端口擴(kuò)展器技術(shù)讓網(wǎng)絡(luò)交換煥然一新

現(xiàn)代生活方式對于云計算和存儲基礎(chǔ)設(shè)施越來越依賴。無論是在家里、工作中，還是我們隨身攜帶的智能手機(jī)和其他移動計算設(shè)備，對云計算和存儲的需求都無處不在。特別是大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對這類基礎(chǔ)設(shè)施的需求以驚人的速度在增長。隨著應(yīng)用和用戶數(shù)量的增加，其年增長率大概是每年30倍，某些情況下甚至高達(dá)100倍。如此的高增長率使得摩爾定律和新芯片開發(fā)難以滿足計算和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的需求。為此，很多數(shù)據(jù)和通信網(wǎng)絡(luò)廠商通過投資多種并行計算和存儲的方式來解決此問題。這樣，目前很多的云數(shù)據(jù)中心普遍形成了數(shù)百臺甚至數(shù)千臺服務(wù)器連接在一起的情況。

由于需要的交換機(jī)越來越多，因此，所有這些計算和存儲設(shè)備的互連正在成為真正的挑戰(zhàn)。在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接方法是分層的，其中單個機(jī)架使用葉交換機(jī)(Leaf switch, 也稱為機(jī)架式交換機(jī)，即ToR交換機(jī))實現(xiàn)機(jī)架內(nèi)的連接，而主干交換機(jī)用于連接一系列機(jī)架，還有用于整個數(shù)據(jù)中心的核心交換機(jī)。而且，與服務(wù)器和存儲設(shè)備本身一樣，這些交換機(jī)都需要進(jìn)行管理。過去幾年里，通常會有一兩個為數(shù)據(jù)中心提供網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和相關(guān)的管理控制軟件的供應(yīng)商，但情況變化的很快。很多領(lǐng)先的云服務(wù)提供商憑借其強(qiáng)大的購買力和技術(shù)能力，認(rèn)識到他們可以通過設(shè)計和構(gòu)建自己的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來節(jié)省大量成本。在數(shù)據(jù)中心行業(yè)中，許多人認(rèn)為這是瓦解傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件及其控制管理軟件的第一步。云服務(wù)商都有自己的軟件工程師，因此他們自己在內(nèi)部開發(fā)管理軟件，而把硬件設(shè)計外包出去。雖然這在一定程度上滿足了數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商的商業(yè)需求，但從技術(shù)和運(yùn)營管理的角度來看，并沒有任何的簡化，還需要管理大量的交換機(jī)。

2009年，隨著我們現(xiàn)在所知的端口擴(kuò)展器(port extender)的推出，在簡化網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性方面第一次實現(xiàn)了突破。這一概念基于這樣的理念：網(wǎng)絡(luò)中的很多節(jié)點并不需要大多數(shù)交換機(jī)所具有的超強(qiáng)的管理能力。這就類似母和子的關(guān)系，其中控制交換機(jī)是“母”，被管理的交換機(jī)是“子”，而端口擴(kuò)展器為其提供連接。這種端口擴(kuò)展器方法在2012年被列入了網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)802.1BR，目前開發(fā)的每臺網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)都符合此標(biāo)準(zhǔn)。端口擴(kuò)展器的技術(shù)并不復(fù)雜，與全橋交換機(jī)相比，除了功耗更低之外，最明顯的優(yōu)勢是降低了單位成本。

控制橋接和端口擴(kuò)展器的方法有助于簡化網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的管理，但不止于此。深入到端口擴(kuò)展器中，你會發(fā)現(xiàn)使用了與”母”橋接交換機(jī)相同的交換芯片。交換機(jī)供應(yīng)商沒有專門為端口擴(kuò)展器設(shè)計的芯片，而是繼續(xù)使用他們的標(biāo)準(zhǔn)芯片組，因此并沒有充分降低成本和功耗。然而，隨著Marvell的802.1BR兼容端口擴(kuò)展器IC(稱為PIPE——被動式智能端口擴(kuò)展器)的推出，網(wǎng)絡(luò)交換真正的模塊化方法取得了飛躍，實現(xiàn)了與所有業(yè)界領(lǐng)先OEM廠商控制橋接交換機(jī)的互操作。它還具有很高的成本和功耗優(yōu)勢，這也是端口擴(kuò)展器技術(shù)一下子就能引人注目的原因所在。在網(wǎng)絡(luò)分解的第二步，這種方法有效地把端口連接從母交換機(jī)的處理能力中分離出來，建立了一種更模塊化的聯(lián)網(wǎng)方法。母交換機(jī)不再需要知道它與什么類型的設(shè)備相連接，因此，所有的邏輯和處理功能可以集中在母交換機(jī)，由端口擴(kuò)展器承擔(dān)端口I/O功能。

Marvell的Prestera®PIPE系列面向以10GbE和25GbE速度運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心，隨著帶寬需求的增加，這些數(shù)據(jù)中心面臨進(jìn)一步降低CAPEX和OPEX成本的挑戰(zhàn)。Prestera PIPE系列能夠以傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)一半的成本和功耗實現(xiàn)架頂式交換機(jī)的部署。PIPE方法還包括快速故障切換和彈性恢復(fù)功能，這對于關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的連續(xù)性和高可用性至關(guān)重要。