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什么是数据中心交换机和普通交换机相比有什么区别?
作者:管理员    发布于:2022-12-09 18:27    文字:【】【】【
       

  什么是数据中心交换机和普通交换机相比有什么区别?至于带宽与性能(交换容量/包转)的关系,不明白可去看以前的回答:summer:交换容量大于 端口数x速度x2 有什么意义,怎么算交换机带机量?

  园区网:802.1x认证、POE等(当然还有些奇葩功能,现在也都有产品,比如POE 60W大功率供电,170米网线传输)

  相比普通交换机,数据中心交换机需具备:高容量、大缓存、虚拟化、FCOE、二层TRILL技术等方面的特征。 1.高容量设备 数据中心的网络流量具有高密度应用调度、浪涌式突发缓冲的特点,而普通交换机以满足互连互通为主要目的,无法实现对业务精确识别与控制,在大业务情况无法做到快速响应和零丢包,无法保证业务的连续性,系统的可靠性主要依赖于设备的可靠性。所以普通交换机无法满足数据中心的需要,数据中心交换机需要具备高容量转发特点。 数据中心交换机必须支持高密万兆板卡,即48口万兆板卡,为使48口万兆板卡能够全线速转发,数据中心交换机只能采用CLOS分布式交换架构。除此之外,随着40G和100G的普及,支持8端口40G板卡和4端口的100G板卡也逐渐商用,数据中心交换机40G、100G的板卡早已出现进入市场,从而满足数据中心高密度应用的需求。 2.大缓存技术 数据中心交换机改变了传统交换系统的出端口缓存方式,采用分布式缓存架构,缓存比普通交换机也大许多,缓存能力可达1G以上,而一般的交换机只能达到2~4M。对于每端口在万兆全线毫秒的突发流量缓存能力。从而在突发流量的情况下,大缓存仍能保证网络转发零丢包,正好适应数据中心服务器量大,突发流量大的特点。 3.虚拟化技术 数据中心的网络设备需要具有高管理性和高安全可靠性的特点,因此数据中心的交换机也需要支持虚拟化,虚拟化就是把物理资源转变为逻辑上可以管理的资源,以打破物理结构之间的壁垒。 网络设备的虚拟化主要包括多虚一,一虚多技术,多虚多等技术。通过虚拟化技术,可以对多台网络设备统一管理,也可以对一台设备上的业务进行完全隔离,从而可以将数据中心管理成本减少40%,将IT利用率提高大约25%。 4.FCOE技术 传统的数据中心往往存在一张数据网和一张存储网络,而新一代的数据中心网络融合趋势越来越明显,FCOE技术的出现使网络融合成为可能,FCOE就是把存储网的数据帧封装在以太网帧内进行转发的技术。实现这一融合技术必然是在数据中心的交换机上,普通交换机一般都不支持FCOE功能。 5.TRILL技术 数据中心在构建二层网络方面,原先的标准是STP协议,但其故有的缺陷如:STP是通过端口阻止来工作的,所有冗余链路不进行数据转发,造成了带宽资源的浪费;STP整网只有一颗生成树,数据报文都要经过根桥中转后才能到达,影响了整网的转发效率。所以STP将不再适合超大型数据中心的扩展,TRILL正是因应了STP的这些缺陷而产生的,是为数据中心应用而产生的技术。 TRILL协议把二层配置和灵活性与三层融合和规模有效结合在一起,大二层不需要配置的情况下,就可实现整网无环路转发。TRILL技术是数据中心交换机二层基本特性,这是普通交换机所不具备的。 以上的几种网络技术是普通交换机所不具备的,是数据中心交换机的主要技术,是为新一代数据中心,甚至云数据中心服务的网络技术。有了这些新的网络技术,才使得数据中心得到飞速发展。

  交换机是数据中心不可缺少的网络设备,在数据中心里发挥着重要作用。在平时使用和采购时,大多数都关注交换机的背板带宽、端口密度、单端口速度、协议特性等方面的性能指标,很少有人去关注缓存指标,这是一个常常被人所忽略的指标。其实,缓存是数据中心交换机的重要性能参数,是衡量一款交换机设备性能高低的重要指标。交换机的缓存和通常的缓存概念不同,通常缓存指的是当某一硬件要读取数据时,会首先从缓存中查找需要的数据,如果找到了则直接执行,找不到的话再从内存中找,显然缓存中的数据查找速度比内存中要快得多,这是一个处于CPU内部的一块内存地址空间。而在交换机上,缓存就是数据交换的缓冲区,有时又叫做包缓冲区大小,是一种队列结构,被交换机用来协调不同网络设备之间的速度匹配问题。突发数据可以存储在缓冲区内,直到被慢速设备处理为止。

  交换机有三种转发模式:直通转发、存储转发和无碎片转发,用的最广泛的是存储转发模式。其实不管是哪种转发模式,都要用到缓存,只不过直通转发只解析报文的前几个字节就进行转发,存到缓存里的数据量小,转发速度快,但因没有对整体数据做校验,容易转发错误报文。

  大部分交换机的片上缓存都不大,一般都是几MB到几十MB,虽然单端口带宽在不到十年的时间里从1G发展到了100G,但缓存并没有很大提升,如果一个100G端口出现突发流量,十几MB就会出现丢包,显然在实际应用中会有限制,除非明确应用流量上不要有突发流量。

  那么有人会有疑问,既然缓存这么重要,那为何不做的大一些?其实以现有的芯片集成技术应该不难实现。的确,缓存理论上可以通过芯片工艺设计放大,但是过大的缓存会影响正常通信状态下数据包的转发速度,因为过大的缓冲空间需要相对多一点的寻址时间,并增加设备的成本,在一些对延迟要求比较高的应用场景中,缓存过大反而会起反作用,所以不能简单地去扩大缓存,要在缓存和延迟两个方面做取舍,“鱼和熊掌不可得兼”。当然,随着技术的进步,在尽量不增加延迟的情况下,也可以不断提升交换机的缓存能力。受制于时钟、总线带宽的能力,缓存性能难以大幅提升,考虑到功耗、成本的平衡,缓存容量也不会大幅增加。有的交换机还在交换芯片外部挂了一个DRAM缓存,用来提升交换机的缓存能力,这样延迟可能会更大,但缓存可以做得很大,达到1G以上。缓存十分重要,但我们究竟需要多大的缓存,却没有正确答案。巨大的缓存意味着网络不会丢弃任何流量,同时也意味着网络延迟的增加,具体要根据数据中心的业务来选择。比如在搜索业务中,一次搜索要在海量数据库里寻找结果,容易产生网络突发流量,甚至造成网络拥塞,在这样的网络业务中就需要部署缓存大的交换机设备;在金融领域,尤其是股票证券交易网络中,差一个纳秒都可以带来巨大收益或者损失,这样的领域对网络延迟要求非常高,不允许出现拥塞,也就不需要多少缓存,有的金融数据中心还要求使用低延迟交换机,转发延迟控制在纳秒级。

  缓存通常都是因为网络接口速率不同造成的,流量突然爆发或者多对一的流量传输。最常见的问题是多对一的流量突然变化。例如,某个应用程序搭建在多个服务器集群结点上。如果其中某个结点同时请求来自其他所有结点的数据,那么所有答复应该在同一时间到达。这种情况发生时,所有网络流量洪水会涌向请求者的交换机端口。如果交换机没有足够的出口缓冲区,那么它可能会抛弃一些流量,或者增加应用程序延迟。足够的网络缓冲区可以防止因为低级别协议造成的丢包或网络延迟。缓存对交换机来说是一个整体的概念,整个交换芯片共享缓存,每个端口分多少都是可以调整的,交换机上对这些缓存是有管理的,于是就出现了两种模式:QOS模式和FC模式。硬件上对每个报文都要存储后,处理完再转发,但存储空间都是有限的,因此当缓存不足时,就会出现丢包。QOS模式下,发生拥塞时不会发出流控帧,但可以对端口上不同优先级的流量进行调度,一定要丢包,优先丢掉优先级低的包,通过设置相关配置,可以做到选择性丢包。而在FC模式下,发生拥塞时会发出流控帧(需要手工配置,默认一般设备都不开启,若开启对端设备拥塞也会发流控帧,设备要响应处理流控帧,这将极大消耗设备端口的缓存)。QOS模式所有缓存被所有端口共享,FC模式缓存被均匀固定的分配给每个端口,因此QOS模式单个端口可能会获得更多的存储能力,减少了丢包,但带来的影响是可影响其它端口低优先级报文的传输。现在的交换机基本采用的是两种模式的结合,即为每个端口固定分配一些缓存,保证一定的转发带宽,同时再留一部分缓存作为公共部分,当有端口固定分配的部分不够用时,就可以使用公共部分,为防止一个端口拥塞将所有共享缓存占光,每个端口还可以设定一个最大允许占用的缓存,以此保证多端口拥塞时,公共缓存部分依然有剩余,所以缓存容量虽然不大,但是管理上是比较灵活的。不过,由于缓存管理是交换机非常底层的东西,调整不大对设备的转发影响很大,所以这部分调整一般都是在设备出厂之前调好,默认是最为通用的方式,有特殊应用的场景,再根据实际情况由专业技术人员来调整。

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  数据中心交换机和园区交换机的区别是什么?互联网的大量普及带来了信息技术的高速发展,数据中心的使用需求也随之增加。因此,普通的园区交换机已逐渐无法满足人们建设数据中心的需要,具有更高性能的数据中心交换机诞生了,它和园区交换机又有什么区别呢?下文将帮您解答这个疑惑。

  为了满足数据中心网络流量特有的高密度调度应用和浪涌式突发缓冲的特性,实现在大业务情况下的零丢包和快速及时响应,对业务能够精准识别和有效控制,数据中心交换机专门具备了高容量转发的特点来实现以上种种需求。以锐捷的新一代数据中心网络核心交换机为例,充分支持100G、400G线卡,详情可点击链接查看:

  高度的可管理性和足够的安全可靠性是数据中心选择网络设备时的重要指标,由此也催生了数据中心交换机和园区交换机的区别中较为重要的一点,即支持虚拟化,也就是将人们认知中的物理资源变成在逻辑上可管理的资源。通过这样的虚拟化操作,数据中心在管理上所花费的成本往往只有原先的60%,并且IT的利用效率也可以提高约25%。

  除了上述所提到的数据中心交换机和园区交换机的区别,FCOE技术的应用也是二者的一个显著区别。FCOE技术是交换机将存储在存储网的数据帧通过封装在以太网帧内转发的技术,这项技术使数据中心的存储网和数据网得以融合,而实现这项技术也只能是在数据中心交换机上,园区交换机通常不支持这项功能。

  以上是本文所介绍的几种数据数据中心交换机和园区交换机的区别,大致总结一下,可归类为数据中心交换机的数据传输更加高效、传输信息稳定性和安全性更高、数据管理更加便捷、运营成本更低廉等,这也是让数据中心交换机成为了新一代数据中心和云服务中心的重要支持设备,感谢大家的阅读,希望本文能让您感到有所收获。

  数据中心交换机有几个很明显的特点:CLOS架构,FCOE,云计算中心还会涉及vxlan这类虚拟化功能,实际上有的园区网交换机也能实现这些功能,要花钱买授权涵来开启这些功能

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