研究人员在西雅图的SIGCOMM 2008会议上展示了这项研究成果。他们通过将集群计算原理应用于网络架构,以较低成本实现了升级和性能提升。该研究的论文《可升级的商品化数据中心网络架构》中,三位作者之一,计算机科学教授Amin Vahdat指出,数据中心的建设并非完全依赖于高端组件,而是更多地基于网络中高端技术的依赖。
Vahdat提出,企业无需投资昂贵设备,如万兆以太网交换机和路由器,也不必坚持传统的三层架构。通过采用“胖树”架构,企业可以使用标准以太网交换机,以极低的成本达到相同性能。他举例说明,一个拥有2万个节点的网络,如果使用高端交换机,成本将高达2800万美元,而使用商品化设备,仅需400万美元。
商品化产品的广泛应用对计算和技术领域具有潜在的颠覆性影响。历史上,电话交换机和商品化PC集群的普及已经证明了这一点。当前,随着支持数千个节点的高端数据中心的出现,传统网络模式正逐步被打破,为IT经理提供了更多选择。
Yankee Group的高级分析师Phil Hochmuth表示,以太网技术正在逐渐渗透到企业专有和边缘网络中,数据中心是其主要堡垒。以太网的低成本和灵活性是这一趋势的推动力量。加州大学圣地亚哥分校的研究成果展示了这一理念的发展潜力。
Vahdat指出,尽管目前40GB以太网端口的价格尚不诱人,但随着技术的成熟,其价格将变得昂贵,端口密度也会降低。该研究团队在过去一年中,致力于解决高成本、低性能的高端网络问题。通过与多家公司的交流,他们发现企业对高昂的带宽成本和数据中心复杂性感到不满。
随着越来越多的企业建设的数据中心无法提供预期的性能,且需要大量投资,价格问题变得愈发突出。Vahdat解释说,一旦将万兆以太网推向边缘,现有的网络设计将不再适用。在这种情况下,使用传统的网络架构将不再可行。
研究团队设计了一种利用胖树拓扑结构的新型以太网交换机互联方法。这种设计使所有交换机要素相同,从而可以在整个通信架构中使用廉价的商品化部件。Vahdat强调,这种工作无需修改芯片,仅通过软件即可实现。
他们建议使用二级路由表和流量分类技术等多种手段,以便在胖树拓扑结构中实现通信流量的高效路由,避免带宽瓶颈。然而,研究团队仍需解决两个关键问题:一是网络管理员需要进行多少软件或硬件修改,以使交换机能够在胖树拓扑结构中有效路由通信;二是解决布线问题,因为胖树结构网络的连接电缆数量远多于传统网络。
Vahdat表示,他们正在研究对现有交换机进行的最小修改,以实现路由功能并解决布线问题,这将是提升数据中心网络性能的关键一步。
据加州大学圣地亚哥分校的研究人员称,购买速度更快的交换机可能是提高整个数据中心网络性能的唯一方法。这些研究人员本周提出了一种网络架构能够让商品化的以太网交换机以比万兆以太网交换机更低的成本提供更好的性能。
加州大学圣地亚哥分校的计算机科学教授Amin Vahdat在西雅图举行的SIGCOMM 2008会议上发表了这些研究成果,介绍了如何在网络架构中利用集群计算的原则以较低的成本改善升级性和性能。
《可升级的商品化数据中心网络架构》这篇论文的三个作者之一的Vahdat说,数据中心不是根据高端组件建立起来的,而是根据我们仍然依赖高端的领先技术的网络方面建立起来的。
Vahdat说,不用投资特别的设备,如万兆以太网交换机和路由器,也不用使用标准的三层架构,企业可以在一个“胖树”架构中使用商品化的以太网交换机就能够以很低的成本达到同样的性能。有趣的是,他解释说,一个使用价格昂贵的交换机的有2万个节点的网络的造价需要2800万美元。采用商品化的设备,同样的网络只需要将近400万美元。
Vahdat说,有许多乐观的数字。但是,利用商品化产品的优势对于计算和技术将是颠覆性的。在整个历史中,有许多使用电话交换机和商品化PC集群的例子。这些例子显示了商品化组件征服一个行业。
这些研究结果是在支持数千个节点的高端数据中心正在出现和打破老式的网络模式的时候提出来的。这将使企业IT经理寻求选择,因为围绕40GB以太网的标准还有几个月才能推出,而100GB以太网标准还需要几年的时间才能推出。
Yankee Group高级分析师Phil Hochmuth说,以太网技术正在缓慢地进入企业专有/边缘网络技术的最后几个堡垒。这些堡垒主要在数据中心。考虑一下用于存储的光纤通道、用于高性能计算和集群应用程序的应用程序的Infiniband或者Myrinet技术。以太网的低成本和灵活性是这个趋势的推动因素。加州大学圣地亚哥分校的研究是这种思想能走多远的一个很好的例子。
Vahdat指出,由于这个区别很小,价格的理由目前也许还不是很诱人。但是,当40GB以太网成为现实的时候,每个端口的价格将是非常昂贵的,端口的密度将很小。
这个研究团队大约在一年前开始研究解决高成本、低性能、高端网络的问题。与许多公司的谈话揭示了企业对缺少带宽的高成本、复杂的数据中心的抱怨。Vahdat说,这个问题在过去的三年里更严重了,因为更多的企业建设的数据中心不能提供承诺的性能并且需要大量的投资。虽然使用当前的技术的成本不能认为是采用这种提议的架构的主要推动因素,但是,价格将成为近期的一个问题。
Vahdat解释说,目前还不适合考虑每个端口的价格,但是,一旦你把万兆以太网推向边缘,现有的设计就不起作用了。如果你要把万兆以太网推向一个大型集群中的服务器,你就没有任何选择。
Vahdat和他的研究人员同事利用胖树拓扑结构设计了以太网交换机互联的方法,让所有的交换机要素完全一样,从而有可能为通讯架构中的所有交换机使用廉价的商品化部件。他解释说,要使用同类的设备,胖树拓扑结构网络要依赖于能够利用网络中所有不同路径的优势的协议。
Vahdat说,我们认为你们不必修改芯片。这个工作能够通过软件完成,只需要做比较小的修改。
研究人员建议说,使用二级路由表和流量分类技术以及其它技术能够让这些交换机路由整个胖树图表中的通讯流量,不会产生带宽瓶颈。不过,Vahdat说他的团队仍然必须要解决两个问题。第一个问题是网络管理员需要做多少修改(软件修改或者其它修改)才能让交换机发挥胖树拓扑结构的优势路由这些通讯。第二个没有解决的问题是布线问题。现在,使用高端万兆以太网交换机的网络连接到这个网络的电缆线要比胖树网络的电缆线少。胖树结构网络对于100个低速连接需要100条单独的电缆线。
Vahdat解释说,我们正在确定对现有的交换机最低要做多少修改才能实现路由功能和解决胖树拓扑结构提出的布线问题。