各种应用程序、数据的指数级增长,以及云服务的快速普及等因素,导致由孤立的单体系统构成的传统基础架构变得过时。基础架构的融合成为数据中心的根本转变,融合或超融合基础架构应运而生,其将计算、存储、网络和虚拟化组合构建成一个统一架构,以便简捷高效地配置和横向扩展。在网络方面,以太网成为现代数据中心实际采用的互联方式。基于以太网的统一网络架构用于传输各种类型的通信流,为这种融合奠定了基础。虽然这种统一和融合式网络有着诸多好处,但也带来了新的挑战。
由于传统数据中心网络在数据传输中采取“尽力而为”的方法,以太网络是“有损”的。当以太网络发生拥塞时,数据包会被丢弃,然后由上层(如TCP中的重新传输)保障数据的完整性。在重新传输的情况下,这些数据包通常不按顺序抵达目的地,进而需要重新排序。随着数据流汇聚到以太网络上,这种重新传输和重新排序将导致应用程序的性能严重下降[1]。考虑到融合性质,这种情形还可能会导致网络上的其他数据流的应用性能下降。因此,需要一套措施来确保流量在以太网网络上实现无损传输。
1 传统网络问题分析
无论是构建公有云,还是用作企业云服务的私有数据中心,都需要解决一组常见的问题:如何为快速变化的环境构建一个高度灵活的组网,以承载多种类型的流量,从而使网络可以最小化,甚至消除丢包损失;在提供高吞吐量的同时,保持低延迟。数据中心流行的CLOS网络架构通过等价多路径实现无阻塞性能,并拥有弹性,交换机之间的连接方式使其具有可扩展、简单、标准和易于理解等优点[2]。在CLOS网络中,机架顶部的交换机被称作叶交换机,它们连接在被当作核心的脊交换机上。叶交换机之间互不相连,而脊交换机只与叶交换机连接。目前,数据中心已经采用了很多技术,试图解决拥塞控制问题。尽管拥塞控制有所改善,但仍不能为今后的使用场景提供无损的网络,以下问题仍然存在。