基于服务器多端口智能网卡的数据中心网络设计研究

基于服务器多端口智能网卡的数据中心网络设计研究DOI:10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.019摘要:数据中心承担着现代社会的信息服务,然而当前基于传统网卡的数据中心面临着严重的性能瓶颈,难以适应高效数据传输处理需求。通过结合以服务器为中心的数据中心网络和多端口智能网卡的优点,提出了基于多端口智能网卡的数据中心网络MPS-DCN架构设计,并以MPS-Cube为例介绍其构造和路由过程。该类网络设计能够充分利用多端口智能网卡的可编程性,实现智能化的网络协议处理和网络功能卸载,从而提升网络吞吐量。关键词:智能网卡;数据中心网络;可编程性;网络协议:TP308:A:2096-4706(2021)08-0064-04ResearchonDataCenterNetworkDesignBasedonServerMultiportIntelligentNetworkInterfaceControllerFENGPei(XianKedagaoxinUniversity,Xian710109,China)Abstract:Datacenterundertakestheinformationserviceofmodernsociety.However,thecurrentdatacentersbasedonthetraditionalnetworkinterfacecontrollerarefacingseriousperformancebottleneck,whichisdifficulttomeettheneedsofefficientdatatransmissionandprocessing.Bycombiningtheadvantagesofservercentereddatacenternetworkandmultiportintelligentnetworkinterfacecontroller,thearchitecturedesignofdatacenternetworkMPS-DCNbasedonmultiportintelligentnetworkinterfacecontrollerisproposed,anditsstructureandroutingprocessareintroducedbytakingMPS-Cubeasanexample.Thiskindofnetworkdesigncanmakefulluseoftheprogrammabilityofmultiportintelligentnetworkinterfacecontrollertorealizeintelligentnetworkprotocolprocessingandnetworkfunctionunloading,soastoimprovethenetworkthroughput.Keywords:intelligentnetworkinterfacecontroller;datacenternetwork;programmability;networkprotocol0引言隨着现代化信息技术的发展,数据中心(DataCenter)已成为当前社会信息基础设施的核心组成部分,为公司的生产经营和人们的社会生产生活提供高效和弹性的基础信息服务。数据中心网络(DataCenterNetwork,DCN)通过高速交换机连接大量服务器为海量用户提供高效的即时服务,是数据中心实现其服务功能的物理基础[1-5]。然而,随着后摩尔时代到来,传统的网卡和交换机越来越难以满足数据中心网络高效的数据传输需求,高性能服务器越来越多地参与到网络的数据传输和处理过程中,这严重浪费了服务器CPU的计算能力,进而导致了数据中心的计算和网络服务性能降低。随着智能网卡(SmartNetworkInterfaceCard,SNIC)技术的发展,其可编程性受到了学界和业界越来越多的关注[6-7]。智能网卡SNIC通过可编程性实现智能化的网络协议处理和网络功能卸载,能够满足数据中心网络高效灵活的数据传输需求。通过在数据中心网络中部署多端口智能网卡不但能够提高网络吞吐量,而且可以根据网络负载和应用层数据流量倾斜调整相应的数据调度策略。基于多端口智能网卡的数据中心网络(Multi-PortSNICDataCenterNetwork,MPS-DCN)具有良好的网络虚拟化功能,能够为云计算供应商提供更高效的网络弹性以满足不同用户的网络传输服务需求。基于多端口网卡的数据中心网络通过解耦服务器的网络功能,从而使得高性能服务器能够专注于计算密集型的核心功能,进而提高数据中心网络的服务能力。文中以MPS-Cube为例介绍基于服务器多端口智能网卡的数据中心网络构造和路由过程。1数据中心网络发展现状自2008年计算机网络领域的顶级会议SIGCOMM提出FatTree[1]和DCell[2]结构以来,云计算数据中心网络的设计一直是业界和学界研究的热点。根据转发设备的不同,其发展出以交换机为中心的(Switch-Centric)数据中心网络设计和以服务器为中心的(Server-Centric)数据中心网络设计两个并行方向,并且这两个方向在各自领域内都产生了突破性的进展。1.1以交换机为中心的数据中心网络在以交换机为中心的数据中心网络设计中,交换机承担网络数据的路由转发功能,而服务器则作为数据存储和计算的功能节点不参与数据转发任务。以交换机为中心的数据...

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