淺析數據中心低延遲網路設備技術

想要縮短網路延遲，需要對每個部分都做提升。我們知道光纖理論上可以按照光速30萬公里/秒傳遞數據，實際在光纖傳輸中能達到光速的70%，即超過20萬公里/秒，這個速度也不慢，我們繞地球一周也才40萬公里，這樣就算計算機和訪問的伺服器位於地球上距離最遠的兩個位置，那延遲也不超過1秒。不過在計算機和伺服器之間要經過很多網路設備，就算是伺服器所在的數據中心內部，還是要經過層層的網路設備，才能到達最終的伺服器。將這些網路設備的延時加起來，總延遲時間可就不短了。所以在一些特殊的行業，往往需要配置一些低延遲的網路設備，盡量減少網路上的延遲，以提升網路性能，尤其是處於這些科技、證券行業里的數據中心。

在網路技術還不發達的時代，網路是否可達是人們最為關心的事情，而現在人們更為關注的是網路體驗，低延遲概念也是近幾年才逐漸開始映入人們的眼帘，並迅速走紅。如今，在很多數據中心的網路設備選型時，延遲已經成為一項必選項進行考核和測試，延遲大的設備將不能過關。網路設備主要分為路由器和交換機兩大類，路由器採用的是CPU軟體處理數據，延遲取決於CPU的處理速度，一般核心路由器的延遲會控制在1毫秒以內(無擁塞的情況下)，而交換機採用的是專用的轉發晶元處理數據，處理效率要高得多，一般是幾個微妙到幾十個微妙。思科早在2012年就推出了最低延遲的交換機Cisco Nexus 3548，其採用Algorithm Boost技術，專為支持高性能計算、高性能交易和大數據環境而設計。其在二三層網路轉發中，延遲最低可至190納秒，一下子將交換機的延遲降低了十多倍，這個數據直到2015年才被Exablaze打破，網路設備製造商Exablaze在其ExaLINK Fusion網路交換機上，實現了110納秒的二層轉發，為市場提供了更多的選擇。去年來自悉尼的Metamako推出了超快速的交換機，將數據從交易所傳送到電子交易商時，信息從一端傳輸到另一端僅僅需要4納秒(相當於十億分之四秒)左右，基本已經達到了傳輸極限。

翻開網路設備發展史，可能提供納秒級數據處理的網路設備少之又少，之所以這樣有三方面的原因：一是CPU晶元性能問題，CPU的速度很難滿足納秒級的數據處理，路由器的CPU已夠強大，但是還是不能達到納秒級的收發數據的速度，更談不上還要對數據做計算處理，所以在路由器上根本沒法實現;二是使用專用晶元的交換機，研發低延遲的晶元要耗費大量的人力、物力，甚至還無法最終研發出來，研發這類晶元的成本很高，所以專用晶元廠商更願意將精力放在普通的通用晶元上，需求數量大、利潤高;三是網路設備延遲達到微秒級，已經可以滿足絕大部分業務的應用，所以低延遲的網路設備市場需求量很小，雖然思科在2012年早早推出了低延遲專用的交換機，但市場需求並不旺盛，而且這類交換機研發成本很高，自然銷售的價格要比正常交換機高出不少，這也使很多數據中心客戶轉而選擇其它普通類型的交換機。

網路設備雖然是數據傳輸過程中的重要組成部分，但不是全部，僅降低網路設備的延遲是不夠的，需要對整個傳輸環節進行改善。雖然光纖傳遞部分已經很難有提升空間了，但在伺服器和計算機兩邊的網卡上還有文章可做。現在伺服器和計算機也推出了一些低延遲的網卡產品，將延遲降到了1微妙以下(一般是萬兆網卡)，依然還有提升空間。網路設備已經可以達到4納秒了，如果伺服器和計算機網卡不能大幅提升，即使用了4納秒延時的網路設備也沒有意義。只有將整個網路傳輸過程中每個部分延時都降低下來，才有意義。

降低數據中心網路延時是否重要?答案是肯定的，當然重要。但在當前數據中心發展的形勢下。與其它技術相比，降低網路設備延時並不是最為急迫的事情，現在網路設備的延時水平仍可以滿足絕大部分業務部署需求。在很多數據中心網路設備選型時，雖然已經將延時性能作為一項考核指標，但這個指標參數定的不高，絕大多數設備都可以滿足。不過，隨著數據中心網路發展不斷成熟，尤其是隨著SDN、虛擬化、VXLAN等新技術成熟落地后，對網路性能的要求會不斷提高，相信延時指標考核也會越來越嚴格，對網路設備的延時性能要求會越來越高。