基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)研究

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.019

摘? 要：數(shù)據(jù)中心承擔(dān)著現(xiàn)代社會(huì)的信息服務(wù)，然而當(dāng)前基于傳統(tǒng)網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心面臨著嚴(yán)重的性能瓶頸，難以適應(yīng)高效數(shù)據(jù)傳輸處理需求。通過(guò)結(jié)合以服務(wù)器為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和多端口智能網(wǎng)卡的優(yōu)點(diǎn)，提出了基于多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MPS-DCN架構(gòu)設(shè)計(jì)，并以MPS-Cube為例介紹其構(gòu)造和路由過(guò)程。該類網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)能夠充分利用多端口智能網(wǎng)卡的可編程性，實(shí)現(xiàn)智能化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理和網(wǎng)絡(luò)功能卸載，從而提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)卡;數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò);可編程性;網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

中圖分類號(hào)：TP308? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）08-0064-04

Research on Data Center Network Design Based on Server Multiport Intelligent Network Interface Controller

FENG Pei

（Xian Kedagaoxin University，Xian? 710109，China）

Abstract：Data center undertakes the information service of modern society. However，the current data centers based on the traditional network interface controller are facing serious performance bottleneck，which is difficult to meet the needs of efficient data transmission and processing. By combining the advantages of server centered data center network and multiport intelligent network interface controller，the architecture design of data center network MPS-DCN based on multiport intelligent network interface controller is proposed，and its structure and routing process are introduced by taking MPS-Cube as an example. This kind of network design can make full use of the programmability of multiport intelligent network interface controller to realize intelligent network protocol processing and network function unloading，so as to improve the network throughput.

Keywords：intelligent network interface controller;data center network;programmability;network protocol

0? 引? 言

隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心（Data Center）已成為當(dāng)前社會(huì)信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心組成部分，為公司的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和人們的社會(huì)生產(chǎn)生活提供高效和彈性的基礎(chǔ)信息服務(wù)。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（Data Center Network，DCN）通過(guò)高速交換機(jī)連接大量服務(wù)器為海量用戶提供高效的即時(shí)服務(wù)，是數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)其服務(wù)功能的物理基礎(chǔ)^[1-5]。

然而，隨著后摩爾時(shí)代到來(lái)，傳統(tǒng)的網(wǎng)卡和交換機(jī)越來(lái)越難以滿足數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)高效的數(shù)據(jù)傳輸需求，高性能服務(wù)器越來(lái)越多地參與到網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸和處理過(guò)程中，這嚴(yán)重浪費(fèi)了服務(wù)器CPU的計(jì)算能力，進(jìn)而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)中心的計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能降低。

隨著智能網(wǎng)卡（Smart Network Interface Card，SNIC）技術(shù)的發(fā)展，其可編程性受到了學(xué)界和業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注^[6-7]。智能網(wǎng)卡SNIC通過(guò)可編程性實(shí)現(xiàn)智能化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理和網(wǎng)絡(luò)功能卸載，能夠滿足數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)高效靈活的數(shù)據(jù)傳輸需求。通過(guò)在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中部署多端口智能網(wǎng)卡不但能夠提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，而且可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和應(yīng)用層數(shù)據(jù)流量?jī)A斜調(diào)整相應(yīng)的數(shù)據(jù)調(diào)度策略?；诙喽丝谥悄芫W(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（Multi-Port SNIC Data Center Network，MPS-DCN）具有良好的網(wǎng)絡(luò)虛擬化功能，能夠?yàn)樵朴?jì)算供應(yīng)商提供更高效的網(wǎng)絡(luò)彈性以滿足不同用戶的網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)需求?；诙喽丝诰W(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)通過(guò)解耦服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)功能，從而使得高性能服務(wù)器能夠?qū)Ｗ⒂谟?jì)算密集型的核心功能，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力。文中以MPS-Cube為例介紹基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和路由過(guò)程。

1? 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀

自2008年計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的頂級(jí)會(huì)議SIGCOMM提出FatTree^[1]和DCell^[2]結(jié)構(gòu)以來(lái)，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)一直是業(yè)界和學(xué)界研究的熱點(diǎn)。根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的不同，其發(fā)展出以交換機(jī)為中心的（Switch-Centric）數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和以服務(wù)器為中心的（Server-Centric）數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)兩個(gè)并行方向，并且這兩個(gè)方向在各自領(lǐng)域內(nèi)都產(chǎn)生了突破性的進(jìn)展。

1.1? 以交換機(jī)為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

在以交換機(jī)為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，交換機(jī)承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，而服務(wù)器則作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算的功能節(jié)點(diǎn)不參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。

以交換機(jī)為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)FatTree和Elastic Tree^[5]，這兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都是通過(guò)基于Clos結(jié)構(gòu)部署的交換機(jī)來(lái)連接服務(wù)器。FatTree的特點(diǎn)是部署大量的交換機(jī)，交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間形成大量冗余路徑為服務(wù)器提供超額網(wǎng)絡(luò)帶寬訂購(gòu)服務(wù);Elastic Tree則從節(jié)約能源的角度根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求適時(shí)調(diào)整FatTree中活動(dòng)交換機(jī)的數(shù)量，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的目的。FatTree網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中圓圈表示服務(wù)器，矩形框表示交換機(jī)。

以交換機(jī)為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展出軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Define Network，SDN）技術(shù)和SDN交換機(jī)，SDN技術(shù)通過(guò)將交換機(jī)的控制面與數(shù)據(jù)面進(jìn)行邏輯分離，從而允許用戶通過(guò)交換機(jī)控制器的可編程接口根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸需求重新定義網(wǎng)絡(luò)傳輸調(diào)度功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)流量的實(shí)時(shí)智能控制。

1.2? 以服務(wù)器為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

在以服務(wù)器為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)器不僅需要承擔(dān)數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)功能，還需要承擔(dān)數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，這類網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)一般只作為服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)連接部件。

以服務(wù)器為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)典型代表是微軟研究院提出的DCell^[2]、BCube^[3]和CamCube^[4]網(wǎng)絡(luò)，前兩類網(wǎng)絡(luò)采用了普通迷你型交換機(jī)，而CamCube網(wǎng)絡(luò)則僅采用多端口服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。在DCell網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，最底層通過(guò)n臺(tái)服務(wù)器連接一個(gè)n端口迷你交換機(jī)組成DCell0網(wǎng)絡(luò)，而高層的DCell網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則由低層網(wǎng)絡(luò)采取完全圖互聯(lián)的方式構(gòu)成。BCube網(wǎng)絡(luò)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用了超立方體結(jié)構(gòu)，而CamCube網(wǎng)絡(luò)采用了3-DTorus結(jié)構(gòu)。BCube網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中的每個(gè)服務(wù)器均裝備有2個(gè)端口的網(wǎng)卡。

以服務(wù)器為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)逐步發(fā)展出智能網(wǎng)卡SNIC和網(wǎng)絡(luò)功能卸載技術(shù)。通過(guò)利用智能網(wǎng)卡的可編程性實(shí)現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議卸載功能，不但能夠解耦服務(wù)器CPU的網(wǎng)絡(luò)處理負(fù)荷，而且能夠根據(jù)應(yīng)用層需求優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)調(diào)度策略，是解決當(dāng)前數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)瓶頸問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。

2? 智能網(wǎng)卡研究發(fā)展現(xiàn)狀

傳統(tǒng)服務(wù)器的網(wǎng)卡通常采用固件寫(xiě)入的方式支持固定類型的網(wǎng)絡(luò)，這類網(wǎng)絡(luò)通常是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)或者Infiniband網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)網(wǎng)卡能夠支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在出廠時(shí)已寫(xiě)入網(wǎng)卡固件，一般在出廠后不可以進(jìn)行更改。在網(wǎng)絡(luò)路由過(guò)程中，傳統(tǒng)網(wǎng)卡根據(jù)已寫(xiě)入的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧以固定模式執(zhí)行數(shù)據(jù)的復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)功能，其過(guò)程需要CPU中斷當(dāng)前操作進(jìn)行參與，這嚴(yán)重降低了CPU數(shù)據(jù)處理性能。

智能網(wǎng)卡SNIC的出現(xiàn)解耦了服務(wù)器CPU處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)的功能，從而將CPU從頻繁的網(wǎng)絡(luò)任務(wù)處理中解放出來(lái)，有效地提升了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理效率。Mellanox公司給智能網(wǎng)卡SNIC定義是“能夠加載CPU通用功能的網(wǎng)絡(luò)接口卡”，而Netronome公司從功能角度將智能網(wǎng)卡SNIC定義為“能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平面的各類功能，并能夠根據(jù)應(yīng)用需要靈活地調(diào)整數(shù)據(jù)平面，能夠無(wú)縫兼容當(dāng)前傳統(tǒng)網(wǎng)卡鏈接生態(tài)”^[7]。

從當(dāng)前通用智能網(wǎng)卡SNIC配備的核心處理器來(lái)看，常見(jiàn)的智能網(wǎng)卡架構(gòu)設(shè)計(jì)可分為兩種類型，基于可編程門(mén)陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）的智能網(wǎng)卡和基于多核處理器（Multi-core Processors，MP）的智能網(wǎng)卡。FPGA智能網(wǎng)卡由微軟亞洲研究院的Catapult提出，是為可重構(gòu)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，能夠大幅提高規(guī)模性網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)吞吐量，其在微軟數(shù)據(jù)中心中得到了部署;MP智能網(wǎng)卡則使用片上多核系統(tǒng)（Multi-core System on Chip，SoC）來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡的可編程性，其多核性可兼容通用處理器和網(wǎng)絡(luò)處理器，具有低造價(jià)和高兼容性的特點(diǎn)。

3? 基于多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

在本節(jié)中，首先闡述基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MPS-DCN設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)，然后給出MPS-DCN的設(shè)計(jì)方案，最后對(duì)MPS-DCN的其他性能特點(diǎn)進(jìn)行分析。

3.1? 設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)

基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MPS-DCN的設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)來(lái)源于以服務(wù)器為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和智能網(wǎng)卡在網(wǎng)絡(luò)功能卸載方面的優(yōu)異性能。

在當(dāng)前以服務(wù)器為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)器承擔(dān)數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，但其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)需要CPU中斷當(dāng)前任務(wù)進(jìn)行參與，而采用智能網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)則可以將CPU參與的網(wǎng)絡(luò)功能卸載到智能網(wǎng)卡上，由智能網(wǎng)卡根據(jù)應(yīng)用需求執(zhí)行數(shù)據(jù)路由轉(zhuǎn)發(fā)處理任務(wù)。采用智能網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)不但能夠解耦服務(wù)器CPU的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，而且能夠提升網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)效率降低網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲。因此，通過(guò)將智能網(wǎng)卡和以服務(wù)器為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合進(jìn)行新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)具有廣闊的設(shè)計(jì)空間和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能的現(xiàn)實(shí)意義。

3.2? 設(shè)計(jì)方案

下面分別從數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)設(shè)計(jì)和路由設(shè)計(jì)兩個(gè)方面描述基于多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MPS-DCN的方案。

3.2.1? 架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MPS-DCN設(shè)計(jì)中，直接采用多端口智能網(wǎng)卡替換基于多端口服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的傳統(tǒng)網(wǎng)卡，即可構(gòu)成基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

以超立方體數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)CamCube^[4]結(jié)構(gòu)為例，原網(wǎng)絡(luò)中采用6端口的傳統(tǒng)網(wǎng)卡，而在MPS-DCN設(shè)計(jì)中直接使用多端口智能網(wǎng)絡(luò)接口卡SNIC將傳統(tǒng)網(wǎng)卡NIC形成新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)MPS-Cube網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖中省略了下兩層服務(wù)器和控制器的邏輯聯(lián)系;服務(wù)器的編號(hào)表示其邏輯位置，該網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)是物理位置和邏輯位置一致。相對(duì)于CamCube網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，MPS-Cube采用多端口智能網(wǎng)卡能夠在邏輯上配置軟件定義網(wǎng)絡(luò)控制器（SDN Controller），使用SDN控制器可以根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)高效的數(shù)據(jù)調(diào)度。

在基于多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，多端口服務(wù)器的CPU不再需要承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)功能，數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)探測(cè)和數(shù)據(jù)封裝加速等任務(wù)均由多端口智能網(wǎng)卡承擔(dān)。由于多端口智能網(wǎng)卡具有遠(yuǎn)程直接存儲(chǔ)器存?。≧emote Direct Memory Access，RDMA）功能，因此可以直接訪問(wèn)服務(wù)器存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)，而不需要服務(wù)器CPU中斷當(dāng)前任務(wù)進(jìn)行干預(yù)。

3.2.2? 路由設(shè)計(jì)

由于多端口智能網(wǎng)卡能夠兼容標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和Infiniband網(wǎng)絡(luò)，因此基于多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)可以采用原有標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議體系完成數(shù)據(jù)路由過(guò)程?；诜?wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MPS-DCN可以直接部署傳統(tǒng)的開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First，OSPF）和等價(jià)多路徑路由（Equal-Cost Multipath Routing，ECMP）等協(xié)議，并可兼容基于IPv6的各類組播和廣播等數(shù)據(jù)傳輸模式。上述傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要基于靜態(tài)路由過(guò)程，難以根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量?jī)A斜狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)傳輸調(diào)度策略。

在MPS-Cube網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，服務(wù)器的邏輯位置與其物理位置一致，因此服務(wù)器之間可以采用基于位置的路由策略。使用src代表數(shù)據(jù)源服務(wù)器，dst代表目的服務(wù)器，則可采用逐位變化的方式得出src到dst的路由路徑。例如src=000，dst=222，則src到dst之間的路徑可表示為path1=（000，002，022，222），path2=（000，002，202，222），path3=（000，020，220，222），path4=（000，020，022，222），path5=（000，200，220，222），path6=（000，200，202，222）。部署多端口智能網(wǎng)卡SNIC的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)兼容該靜態(tài)路由策略，并能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的實(shí)時(shí)負(fù)載進(jìn)行路由調(diào)度，以充分發(fā)揮多端口智能網(wǎng)卡的優(yōu)勢(shì)，滿足用戶定制化的路由調(diào)度需求。

基于多端口智能網(wǎng)卡的MPS-Cube網(wǎng)絡(luò)能夠支持網(wǎng)絡(luò)的軟件定義屬性，從而支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中控制平面和數(shù)據(jù)平面的解耦分離，控制器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸調(diào)度機(jī)制以提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。MPS-Cube網(wǎng)絡(luò)可以在服務(wù)器和鏈路負(fù)荷較大時(shí)，根據(jù)全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和待傳輸數(shù)據(jù)量動(dòng)態(tài)規(guī)劃數(shù)據(jù)傳輸路徑。以圖3的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例，src=000代表數(shù)據(jù)源服務(wù)器，dst=222代表目的服務(wù)器。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)器200和鏈路（000，002）負(fù)荷較大時(shí)，源服務(wù)器則通過(guò)path3=（000，020，220，222），path4=（000，020，022，222）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中鏈路和服務(wù)器負(fù)荷均較大時(shí)，控制器可以通過(guò)對(duì)待傳輸數(shù)據(jù)依據(jù)可用鏈路容量進(jìn)行分組多路徑傳輸，以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量。由于多端口智能網(wǎng)卡具有可編程特性，因此能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)性，從而使得基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MPS-DCN能夠應(yīng)對(duì)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)中心東西向網(wǎng)絡(luò)流量和因多樣化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用導(dǎo)致的流量?jī)A斜問(wèn)題。

3.3? 其他特點(diǎn)

基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MPS-DCN設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)卡功能基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)以下智能網(wǎng)卡特有的功能：（1）智能化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理：智能網(wǎng)卡支持遠(yuǎn)程直接數(shù)據(jù)存取RDMA協(xié)議和各類型的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議。通過(guò)RDMA協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)智能網(wǎng)卡到存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)直接存取，從而降低服務(wù)器CPU的中斷頻率，提高網(wǎng)絡(luò)輸入輸出吞吐量。各類型網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議能夠?yàn)榛诜?wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)提供更低的數(shù)據(jù)傳輸延遲，更大的網(wǎng)絡(luò)帶寬適應(yīng)性。（2）智能化網(wǎng)絡(luò)功能卸載：智能網(wǎng)卡能夠卸載SDN協(xié)議，并能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV），從而實(shí)現(xiàn)基于軟件的細(xì)粒度網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)切片功能。通過(guò)SDN協(xié)議和NFV協(xié)議，基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)能夠支持網(wǎng)絡(luò)資源池細(xì)粒度的彈性分配，因而能夠從更大程度上支持?jǐn)?shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)功能的按需分配。

4? 結(jié)? 論

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和智能網(wǎng)卡的功能分析，結(jié)合以服務(wù)器為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多端口智能網(wǎng)卡的優(yōu)點(diǎn)，提出了基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MPS-DCN設(shè)計(jì)方案。文章討論了MPS-DCN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)造和數(shù)據(jù)路由轉(zhuǎn)發(fā)方案，并分析了其與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的兼容性。結(jié)論顯示，基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MPS-DCN設(shè)計(jì)方案具有以服務(wù)器為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和多端口智能網(wǎng)卡的雙重優(yōu)點(diǎn)。MPS-DCN在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議的基礎(chǔ)上，能夠充分利用多端口智能網(wǎng)卡的可編程性實(shí)現(xiàn)智能化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理和網(wǎng)絡(luò)功能卸載，從而降低服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

上述優(yōu)點(diǎn)使基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MPS-DCN設(shè)計(jì)具有優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能的現(xiàn)實(shí)意義。然而，由于智能網(wǎng)卡的設(shè)計(jì)尚未形成統(tǒng)一規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)，因此基于服務(wù)器多端口智能網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MPS-DCN設(shè)計(jì)還需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的探索和嘗試才能推向市場(chǎng)應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：馮佩（1985—），女，漢族，陜西西安人，工程師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、并行計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、移動(dòng)終端軟件等。

收稿日期：2021-03-08

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳專項(xiàng)科學(xué)研究計(jì)劃（20JK0779）