全新數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構可解決延遲和吞吐量問題

  ICC訊 數(shù)據(jù)中心內(nèi)的數(shù)據(jù)流量及其支持的服務正在迅速增長。就Google而言，其數(shù)據(jù)中心的帶寬需求每年大約翻番。為此，在硬件方面已經(jīng)取得了很大的進步。交換機Tomahawk 4剛達到25.6兆位/秒。收發(fā)器技術最近又突破了400G。

  到2021年，所有數(shù)據(jù)中心流量的大約95%將來自云端，并且在云應用中，大多數(shù)數(shù)據(jù)包都在500字節(jié)以下。隨著尺寸變小，您需要更快地切換以匹配。不幸的是，網(wǎng)絡仍在等待延遲方面掙扎。

  隨著數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的擴展，使用中的電子分組交換網(wǎng)絡會遇到“長尾延遲”，通常會達到數(shù)百毫秒甚至更長，比中位數(shù)值延遲值高幾個數(shù)量級。詳細說來，正常情況下，每100名用戶中有1名的等待時間達到峰值并不是問題，但是當1%的用戶變成數(shù)千名用戶時，這將成為一個真正的問題。

  最近發(fā)布的名為PULSE的體系結(jié)構提供了創(chuàng)新的解決方案。本杰明(Benjamin)等人設計了一種由分布式硬件調(diào)度程序控制的光電路交換網(wǎng)絡。在MATLAB上建模時，該架構的平均延遲約為1微秒，尾部延遲約為5微秒。當考慮到調(diào)整開銷時，它的吞吐量是驚人的每秒25.6Pb，盡管瞬時節(jié)點到節(jié)點的限制是100Gbps。

  這是通過網(wǎng)絡的一些關鍵功能來完成的。使用了平行星形耦合器，它允許光線從任何端口均等地傳輸?shù)剿衅渌B接的端口。每個機架有64個節(jié)點，總共有64個機架，每個節(jié)點都有多個收發(fā)器以方便子網(wǎng)。每個收發(fā)器都通過不同的星形耦合器將其節(jié)點連接到不同的子網(wǎng)。

  在數(shù)據(jù)傳輸期間，發(fā)射器和接收器被調(diào)諧到相同的時隙和波長。因此，對于每個耦合器，在同一機架中都有一個對應的節(jié)點調(diào)度程序，用于處理源-目標機架對。此外，請求會提前幾個時期(周期持續(xù)時間)發(fā)送到調(diào)度程序。創(chuàng)新的調(diào)度算法為每個電路周期計算一個新的波長。該架構的關鍵特征是其納秒級電路的重新配置速度。

  由于子網(wǎng)是完全獨立的，因此這種獨特的設置允許重復使用波長。結(jié)果，該網(wǎng)絡可以支持超過25萬個頻道。此外，該系統(tǒng)允許100%的波長使用。此架構不需要緩沖、尋址和網(wǎng)絡內(nèi)交換。但是，它確實需要極快的過濾、調(diào)度、數(shù)據(jù)恢復、可調(diào)波長切換和同步。在這種布局下，節(jié)點可以有效地共享資源，并使瓶頸最小化。

  令人驚訝的發(fā)現(xiàn)之一是，相對于當前的網(wǎng)絡架構，其成本約為5美元 / Gbps，實際上具有很高的成本效益。為此，該網(wǎng)絡每位僅消耗82皮焦耳。收發(fā)器的成本在下降，這將進一步使PULSE等系統(tǒng)受益。此外，在數(shù)據(jù)中心刷新周期內(nèi)，僅需要升級終端節(jié)點收發(fā)器，從而可以節(jié)省更多成本。