网络管理课程作业详解课件

ServerSwitch:AProgrammableandHighPerformancePlatformforDataCenterNetworks

姓名：李晓学院：计算机学院专业：计算机应用技术ServerSwitch:AProgrammable1内容提要基本概念ServerSwitch研究动机DCN设计存在方法ServerSwitch设计目标ServerSwitch构架ServerSwitch实验ServerSwitch局限性总结2022/11/192内容提要基本概念2022/11/112数据中心数据中心（datacenter）:为大型复杂信息系统的海量数据提供分布式存储和计算的运行平台。

人类产生语言开始，

知识最多的人（酋长/祭祀）就是数据中心，

口口相传就相当于现如今的网络传输。2022/11/193数据中心2022/11/113数据中心网络数据中心相互连接云计算服务核心部分数据中心的网络基础设施，它通过高速的链路和交换机连接着大量的服务器这是新领域，包括：拓扑设计和路由流量调度拥塞控制虚拟化应用支持2022/11/194数据中心网络数据中心相互连接2022/11/114云计算2022/11/195云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。云计算2022/11/115云计算是一种基于互联网的计算方式动机DCN设计与现有的方法不同1PortLand的目的MAC地址采用最长前缀匹配2BCube采用源路由转发3量化拥塞通知采用基于速率的拥塞控制当前的以太网交换机和IP路由器不能用于实现这些设计因此，需要一个平台来实现这些DCN设计2022/11/196动机DCN设计与现有的方法不同2022/11/116DCN设计存在方法实现这些设计需要可编程的平台纯软件系统可编程；性能差，开销高，有处理延迟基于FPGA的平台难以编程（硬件描述语言如Verilog）NetFPGA成本高OpenFlow交换机侧重于控制面板功能2022/11/197DCN设计存在方法实现这些设计需要可编程的平台2022/11三大设计目标提供可编程数据包转发引擎，实现高性能转发速率支持新的路由和信令，流量/拥塞控制设计处理延迟支持新的DCN服务（网络缓存）编程性2022/11/198三大设计目标提供可编程数据包转发引擎，实现高性能2022/1可编程的数据包转发引擎网络拓扑信息嵌入到服务器地址数据包转发时利用此拓扑信息

PortLand把fat-tree拓扑信息编码到设备的MAC地址,物理MAC使用最长前缀匹配

BCube使用源路由并引入nhi（下一跳指数）

减少路由路径长度新的DCN设计需要可编程的数据包转发引擎2022/11/199可编程的数据包转发引擎网络拓扑信息嵌入到服务器地址2022/新的路由和信令流量/拥塞控制新的DCN设计还在控制面板引进新的控制和信令协议PortLand交换机需要拦截ARP报文，重定向到Fabric管理器BCube使用自适应路由，选择最大带宽路线2022/11/1910新的路由和信令流量/拥塞控制新的DCN设计还在控制面板引进新网络包处理数据中心由单一的运营商管理技术创新之一：数据中心引入智能？网络流量处理如：CamCube

提出了缓存服务引入包过滤，加工和缓存丰富的可编程性：任意数据包修改，处理和缓存高性能：低开销，低线速数据处理2022/11/1911网络包处理数据中心由单一的运营商管理2022/11/1111两大额外要求实现三大设计目标需要一个平台:1对数据和控制面板可编程2可以实现高吞吐量和低处理延迟两大额外要求可编程性易于使用商品组件价格便宜2022/11/1912两大额外要求实现三大设计目标两大额外要求2022/11/11ServerSwitch1

交换芯片可编程用TCAM表，进行任意字段匹配2PCI-E接口几十Gb/s的吞吐量和微秒级的延迟3商用服务器最好的编程器件2022/11/1913ServerSwitch1交换芯片可编程2022/11/1ServerSwitch架构硬件-交换芯片-多核CPU-PCI-E接口•软件堆栈APIs内核和用户空间数据包处理2022/11/1914ServerSwitch架构2022/11/1114ServerSwitch满足要求1交换芯片提供可编程的数据包转发引擎2ServerSwitch驱动器和PCI-E接口提供低延迟通信3对交换芯片编程,提供高吞吐量1编程使用标准的C/C++2使用商用便宜的部件缺点：受switchingchip，PCI-E接口，服务

器系统的限制2022/11/1915ServerSwitch满足要求1交换芯片提供可编程的数据包可编程数据包转发引擎Destination-basedforwarding,e.g.,IP,EthernetTag-basedforwarding,e.g.,MPLSSourceRoutingbasedforwarding,e.g.,BCube2022/11/1916可编程数据包转发引擎2022/11/1116源路由转发NISA:转发引擎使用查找表的第一个中间地址ISA：转发引擎使用索引i和基于索引的IAi2022/11/1917源路由转发NISA:转发引擎使用查找表的第一个中间地址202基于目的和标签的转发目的地址可以放置在报文头的任意地方，所以引擎必须能够对任意字段进行匹配。基于标签的路由采用直接提取查找键。标签仅有局部意义，因此，标签需要修改。2022/11/1918基于目的和标签的转发目的地址可以放置在报文头的任意地方，所以ServerSwitchAPI控制交换芯片和发送/接收数据包1设置查找键（UDLK）SetUDLK(1,(B0-5))//目的mac地址为第一个UDLK2设置查找表SetLookupTable(TCAM,1,1,"000001020001","FFFFFF000000",{act=REDIRECT_VIF,vif=3})设置TCAM第一项为目的mac地址，比较目的mac地址和值000001020001，掩码FFFFFF000000，包转发到第三个虚拟接口2022/11/1919ServerSwitchAPI控制交换芯片和发送/接收数ServerSwitchAPI3设置虚拟接口表SetVIfTable(3,"001F29D417E8",NULL,2)4读/写寄存器ReadRegister(OUTPUT_QUEUE_BYTES_PORT0)5发送/接收数据包intSendPacket(char*pkt,intoport)intRecvPacket(char*pkt,int*iport)2022/11/1920ServerSwitchAPI3设置虚拟接口表2022/DCN设计使用ServerSwitch实施几个有代表性的DCN设计。第一，实现Bcube。说明在ServerSwitch如何支持索引源路由。BCube包转发在硬件进行。第二，QCN拥塞控制。QCN实验表明ServerSwitch可以产生低延迟控制消息。第三，网络缓存。2022/11/1921DCN设计使用ServerSwitch实施几个有代表性的DCBcube实验Bcube是服务器为中心的DCN架构。灰色部分是自定义的头，NH是NHA有效字段的数目。BCube采用递归的构建方法2022/11/1922Bcube实验Bcube是服务器为中心的DCN架构。202转发性能ServerSwitch没有数据包丢失；

转发延迟小，线性增长。基于软件实现Bcube：当数据包小于或等于512字节，数据包丢失；转发延迟大。表明ServerSwitch转发性能好2022/11/1923转发性能ServerSwitch没有数据包丢失；

转发延迟小量化拥塞通知2022/11/1924量化拥塞通知2022/11/1124QCN实验2022/11/1925QCN实验2022/11/1125网络缓存实验AServerswitchA通过ServerSwitch发送请求数据包到B当B接收到一个请求，它回应一个数据包。报文在报文头有唯一的ID。ServerSwitch匹配成功，发给A。ServerSwitch匹配失败，发给B。B网络缓存实验AServerA通过ServerSwitch发送26/29网络缓存性能缓存命中率越高1、

ServerSwitch和B之间带宽节省越多2、ServerSwitch的CPU利用率越高结论：性能好于软件方法2022/11/1927网络缓存性能2022/11/1127局限性1只支持标准协议的修改如改变以太网MAC地址，减少IP的TTL，改变IP的DSCP，修改MPLS头2数据包处理延迟相对高不适合实时处理的协议如XCP3受端口数量和速度限制

服务器只提供4GbE端口

不能直接用于fat-tree和VL22022/11/1928局限性1只支持标准协议的修改2022/11/1128总结ServerSwitch：DCN可编程高性能平台ServerSwitch平台构建新的DCN设计1BCube和PortLand2拥塞控制算法QCN3网络缓存服务特点：对用户定义的转发方案线速转发-支持新的信令和拥塞控制机制-支持网络数据处理2022/11/1929总结ServerSwitch：DCN可编程高性能平台202西安电子科技大学谢谢2022/11/1930西安电子科技大学谢谢2022/11/1130ServerSwitch:AProgrammableandHighPerformancePlatformforDataCenterNetworks

姓名：李晓学院：计算机学院专业：计算机应用技术ServerSwitch:AProgrammable31内容提要基本概念ServerSwitch研究动机DCN设计存在方法ServerSwitch设计目标ServerSwitch构架ServerSwitch实验ServerSwitch局限性总结2022/11/1932内容提要基本概念2022/11/112数据中心数据中心（datacenter）:为大型复杂信息系统的海量数据提供分布式存储和计算的运行平台。

人类产生语言开始，

知识最多的人（酋长/祭祀）就是数据中心，

口口相传就相当于现如今的网络传输。2022/11/1933数据中心2022/11/113数据中心网络数据中心相互连接云计算服务核心部分数据中心的网络基础设施，它通过高速的链路和交换机连接着大量的服务器这是新领域，包括：拓扑设计和路由流量调度拥塞控制虚拟化应用支持2022/11/1934数据中心网络数据中心相互连接2022/11/114云计算2022/11/1935云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。云计算2022/11/115云计算是一种基于互联网的计算方式动机DCN设计与现有的方法不同1PortLand的目的MAC地址采用最长前缀匹配2BCube采用源路由转发3量化拥塞通知采用基于速率的拥塞控制当前的以太网交换机和IP路由器不能用于实现这些设计因此，需要一个平台来实现这些DCN设计2022/11/1936动机DCN设计与现有的方法不同2022/11/116DCN设计存在方法实现这些设计需要可编程的平台纯软件系统可编程；性能差，开销高，有处理延迟基于FPGA的平台难以编程（硬件描述语言如Verilog）NetFPGA成本高OpenFlow交换机侧重于控制面板功能2022/11/1937DCN设计存在方法实现这些设计需要可编程的平台2022/11三大设计目标提供可编程数据包转发引擎，实现高性能转发速率支持新的路由和信令，流量/拥塞控制设计处理延迟支持新的DCN服务（网络缓存）编程性2022/11/1938三大设计目标提供可编程数据包转发引擎，实现高性能2022/1可编程的数据包转发引擎网络拓扑信息嵌入到服务器地址数据包转发时利用此拓扑信息

PortLand把fat-tree拓扑信息编码到设备的MAC地址,物理MAC使用最长前缀匹配

BCube使用源路由并引入nhi（下一跳指数）

减少路由路径长度新的DCN设计需要可编程的数据包转发引擎2022/11/1939可编程的数据包转发引擎网络拓扑信息嵌入到服务器地址2022/新的路由和信令流量/拥塞控制新的DCN设计还在控制面板引进新的控制和信令协议PortLand交换机需要拦截ARP报文，重定向到Fabric管理器BCube使用自适应路由，选择最大带宽路线2022/11/1940新的路由和信令流量/拥塞控制新的DCN设计还在控制面板引进新网络包处理数据中心由单一的运营商管理技术创新之一：数据中心引入智能？网络流量处理如：CamCube

提出了缓存服务引入包过滤，加工和缓存丰富的可编程性：任意数据包修改，处理和缓存高性能：低开销，低线速数据处理2022/11/1941网络包处理数据中心由单一的运营商管理2022/11/1111两大额外要求实现三大设计目标需要一个平台:1对数据和控制面板可编程2可以实现高吞吐量和低处理延迟两大额外要求可编程性易于使用商品组件价格便宜2022/11/1942两大额外要求实现三大设计目标两大额外要求2022/11/11ServerSwitch1

交换芯片可编程用TCAM表，进行任意字段匹配2PCI-E接口几十Gb/s的吞吐量和微秒级的延迟3商用服务器最好的编程器件2022/11/1943ServerSwitch1交换芯片可编程2022/11/1ServerSwitch架构硬件-交换芯片-多核CPU-PCI-E接口•软件堆栈APIs内核和用户空间数据包处理2022/11/1944ServerSwitch架构2022/11/1114ServerSwitch满足要求1交换芯片提供可编程的数据包转发引擎2ServerSwitch驱动器和PCI-E接口提供低延迟通信3对交换芯片编程,提供高吞吐量1编程使用标准的C/C++2使用商用便宜的部件缺点：受switchingchip，PCI-E接口，服务

器系统的限制2022/11/1945ServerSwitch满足要求1交换芯片提供可编程的数据包可编程数据包转发引擎Destination-basedforwarding,e.g.,IP,EthernetTag-basedforwarding,e.g.,MPLSSourceRoutingbasedforwarding,e.g.,BCube2022/11/1946可编程数据包转发引擎2022/11/1116源路由转发NISA:转发引擎使用查找表的第一个中间地址ISA：转发引擎使用索引i和基于索引的IAi2022/11/1947源路由转发NISA:转发引擎使用查找表的第一个中间地址202基于目的和标签的转发目的地址可以放置在报文头的任意地方，所以引擎必须能够对任意字段进行匹配。基于标签的路由采用直接提取查找键。标签仅有局部意义，因此，标签需要修改。2022/11/1948基于目的和标签的转发目的地址可以放置在报文头的任意地方，所以ServerSwitchAPI控制交换芯片和发送/接收数据包1设置查找键（UDLK）SetUDLK(1,(B0-5))//目的mac地址为第一个UDLK2设置查找表SetLookupTable(TCAM,1,1,"000001020001","FFFFFF000000",{act=REDIRECT_VIF,vif=3})设置TCAM第一项为目的mac地址，比较目的mac地址和值000001020001，掩码FFFFFF000000，包转发到第三个虚拟接口2022/11/1949ServerSwitchAPI控制交换芯片和发送/接收数ServerSwitchAPI3设置虚拟接口表SetVIfTable(3,"001F29D417E8",NULL,2)4读/写寄存器ReadRegister(OUTPUT_QUEUE_BYTES_PORT0)5发送/接收数据包intSendPacket(char*pkt,intoport)intRecvPacket(char*pkt,int*iport)2022/11/1950ServerSwitchAPI3设置虚拟接口表2022/DCN设计使用ServerSwitch实施几个有代表性的DCN设计。第一，实现Bcube。说明在ServerSwitch如何支持索引源路由。BCube包转发在硬件进行。第二，QCN拥塞控制。QCN实验表明ServerSwitch可以产生低延迟控制消息。第三，网络缓存。2022/11/1951DCN设计使用ServerSwitch实施几个有代表性的DCBcube实验Bcube是服务器为中心的DCN架构。灰色部分是自定义的头，NH是NHA有效字段的数目。BCube采用递归的构建方法2022/11/1952Bcube实验Bcube是服务器为中心的DCN架构