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許多人針對大數(shù)據(jù)中心應(yīng)用哪些最底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，怎樣演變，會(huì)必須哪些種類的光學(xué)插口，哪些量級，如何測算要求這些難題存有許多疑慮。 最先要提及的是摩爾定律（Moore’s law），其在大數(shù)據(jù)中心的演變中主要表現(xiàn)的比較突出。基本上每2年大數(shù)據(jù)中心的互換網(wǎng)絡(luò)帶寬在價(jià)錢不會(huì)改變的狀況下翻番，進(jìn)而考慮持續(xù)增長的超級運(yùn)用針對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求，特別是在是視頻類的運(yùn)用。例如字節(jié)跳動(dòng)（頭條的總公司）主打產(chǎn)品在北美洲的短視頻App，Tik Tok，總流量指數(shù)值級瘋漲讓其數(shù)據(jù)中心服務(wù)商阿里服務(wù)器在北美洲持續(xù)忙碌升級，或許都是“既有痛又有樂”。 這兒以Google的大數(shù)據(jù)中心拓?fù)錁?gòu)架為例，（之后還有機(jī)會(huì)再一塊兒討論Facebook，Microsoft等的大數(shù)據(jù)中心構(gòu)架）。Google大數(shù)據(jù)中心過去十明年早已演變了好幾代，關(guān)鍵是應(yīng)用場景Clos網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)架，從一開始就的Firehose，慢慢演變到Watchtower，Saturn，到近幾年來許多場所被提及的Jupiter。互換機(jī)器設(shè)備插口速度也從1GbE演進(jìn)到了40GbE/100GbE，400GbE也已經(jīng)少量運(yùn)用中。圖1得出了Google大數(shù)據(jù)中心拓?fù)錁?gòu)架的演化圖示，表1則得出了每一時(shí)代的構(gòu)架主要參數(shù)。更實(shí)際的內(nèi)容能夠參照知乎問答上的文章內(nèi)容。 Clos網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最開始是由Charles Clos于1952年設(shè)計(jì)構(gòu)思出的，用多用的中小型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)列陣搭建1個(gè)“無堵塞”的互聯(lián)網(wǎng)，有那么好多個(gè)特性：
l 關(guān)鍵為3級互換構(gòu)架
l 每一級的每一模塊都和下一級的機(jī)器設(shè)備互連
l 適用遞歸，網(wǎng)絡(luò)帶寬可無限拓展，對隨意每臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，能應(yīng)用網(wǎng)口的最大網(wǎng)絡(luò)帶寬與大數(shù)據(jù)中心隨意每臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通訊
l 向后適配，適配目前的以太網(wǎng)接口及運(yùn)用
l 到特定的到達(dá)站，路由器挑選在初級是能夠有好幾個(gè)相對路徑，但事件互換模塊中間只存有惟一這條路由器
Clos網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常簡單，許多白盒機(jī)生產(chǎn)商用Broadcom的互換集成ic就能夠生產(chǎn)制造出特性非常好的高檔網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。如今很多的大數(shù)據(jù)中心在應(yīng)用Clos網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)架。 傳統(tǒng)式大數(shù)據(jù)中心中南北向（有關(guān)互聯(lián)網(wǎng)中南北方物品的表述能夠參照）的總流量很大，但隨之分布式計(jì)算要求的盛行，東面的總流量迅速增加，不僅分布式計(jì)算造成集群服務(wù)器的瀏覽要求大幅度提升；與此同時(shí)，運(yùn)用也變得更加繁雜，例如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的某一客戶進(jìn)行懇求，管理中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將會(huì)必須從諸多邊沿大數(shù)據(jù)中心或是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提取某些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，解決后再回到到客戶，這般東面的總流量就變得更加大，乃至大過南北向總流量。這也就是說為何近期兩年大數(shù)據(jù)中心中間的互連要求增長率要快過大數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互連，見表2，
Jupiter是應(yīng)用場景1個(gè)40Gbps的大數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)，其構(gòu)架有這一好多個(gè)特性：
1. Centauri TOR（Top of Rack）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)每1個(gè)基本模塊是1個(gè)4U的表面，每1個(gè)帶有640G（16x40G）的互換集成ic，總共4x16x40G的互換容積。假如按3:1南北向分派，則能夠配備為48x40G容積朝南到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，16x40G朝北到fabric network，或是以10Gbps為基本速度，192x10G朝南和64x10G朝北?；蛟S，還可以做1:1分派，南北向各32x40G，如圖所示2。圖2:Centauri TOR（Top of Rack）交換機(jī)配置
2. 正中間部分（Middle Blocks）由4個(gè)Centauri網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)成，其互換容積為4x4x(16x40G)，但每一正中間部分都由2級（two-stage）Clos網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)成，每一級能夠配備為64x40G朝北到Spine網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，64x40G或是256x10G朝南聯(lián)接32個(gè)TOR網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。3. 每一聚集部分（Aggregation Blocks）由8個(gè)正中間部分組成，其互換容積為8x(64x40G)即512x40G朝北到Spine網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，朝南8x(256x10G)即2048x10G到TOR網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。4. Spine網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)由2-stage Clos網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)成，即2x(64x40G)與聚集部分互連。 那樣針對1個(gè)Jupiter大數(shù)據(jù)中心，其構(gòu)架為256個(gè)Spine網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，朝南與64個(gè)聚集部分互連，每一聚集部分朝南與32個(gè)TOR網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)互連，也就代表一共必須2048（=64x32）個(gè)TOR服務(wù)器機(jī)柜；每臺(tái)服務(wù)器機(jī)柜能夠有數(shù)最多48臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，滿配換句話說98304臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器；每臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可配備2個(gè)髙速網(wǎng)口，即1個(gè)Jupiter大數(shù)據(jù)中心會(huì)必須196,608個(gè)10G髙速網(wǎng)口。 從左右的構(gòu)架看來，我覺得大伙兒早已能夠自身算出去光學(xué)插口的總數(shù)了。這要以較大基本速度40Gbps的Google Jupiter大數(shù)據(jù)中心舉的事例，或許假如較大基本速度是100Gbps或是400Gbps，一起服務(wù)器網(wǎng)卡最少速度為25Gbps或是50Gbps，大伙兒能夠以此方法做相對的推演。 或許，大數(shù)據(jù)中心將來的演變還是有許多挑戰(zhàn)的。例如電互換的速度慢慢會(huì)碰到短板，以Broadcom的Switching ASIC為例，從以前2011年公布的640G互換容積的Trident，到2014年公布的1.2T Trident 2，2015年公布的3.2T Tomahawk，到2017年底公布2018年3一季度燒錄的應(yīng)用場景16nm CMOS加工工藝的12.8T Tomahawk 3，技術(shù)路線圖發(fā)展趨勢還是迅速的，但后邊的25.6T及左右互換集成ic的發(fā)布時(shí)間存有許多系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)，根本原因集成ic的BGA封裝PIN腳相對密度，IO總數(shù)迅速提高較難。 如圖4，由于硅光技術(shù)性的導(dǎo)入，每臺(tái)刀片服務(wù)器的規(guī)格能夠大幅度減少60%左右，一起，速度大幅度提高及其功率的大幅度降低是顯而易見易見的益處。這也就立即驅(qū)動(dòng)器流行的集成ic企業(yè)乃至實(shí)際機(jī)器設(shè)備商們，近期兩年很多資金投入在硅光技術(shù)性（Silicon Photonics，SiP），及其2.5D/3D的芯片封裝技術(shù)性等。有關(guān)硅光技術(shù)性，之后再找機(jī)遇做專題討論。 另一個(gè)，也是好多個(gè)難題會(huì)限定大數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢速率，例如IEEE在PCIe系統(tǒng)總線接口標(biāo)準(zhǔn)的演變很慢，現(xiàn)階段流行依然是PCIe 3.0，每一lane的速度僅為8Gbps，許多業(yè)內(nèi)專家也在號召立即繞過PCIe 4.0去公布PICe 5.0，每一Lane的速度超過32Gbps，那樣光學(xué)速度能夠配對。其他難題，例如SERDES演變（25G-50G），大數(shù)據(jù)中心致冷（傳統(tǒng)式風(fēng)冷式到水冷散熱），Serverless這些，也全是很大的話題討論。 綜上所述，將來的大數(shù)據(jù)中心構(gòu)架是向著“模塊化設(shè)計(jì)、扁平化設(shè)計(jì)、易拓展”這好多個(gè)方位在發(fā)展趨勢，特大型云服務(wù)提供商們也愈來愈高度重視大數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演變和提升，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，5G必定會(huì)催生出超級運(yùn)用，進(jìn)而推動(dòng)大數(shù)據(jù)中心的迅速發(fā)展趨勢。期待還有機(jī)會(huì)與專業(yè)人士多多的討論這行的話題討論。下篇將大量討論光學(xué)互連插口在大數(shù)據(jù)中心的運(yùn)用。
