网络管理课程作业详解.ppt

1、Server Switch: A Programmable and High Performance Platform for Data Center Networks,姓 名： 李 晓 学 院：计 算 机 学 院 专 业：计算机应用技术,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,2020/6/23,2,数据中心,数据中心（data center）: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

2、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。,2020/6/23,3,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,2020/6/23,4,云计算,2020/6/23,5,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。,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

3、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,2020/6/23,6,DCN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,2020/6/23,7,三大设计目标,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,2020/6/23,8,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

4、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,2020/6/23,9,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,2020/6/23,10,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

5、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,2020/6/23,11,两大额外要求,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,2020/6/23,12,ServerSwitch,1 交换芯片可编程 用TCAM表，进行任意字段匹配 2 PCI-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,2020/6/23,13,ServerSwitch架构,硬件 - 交换芯片 - 多核CPU - PCI-E接口 软件堆栈 API

6、s 内核和用户空间数据包处理,2020/6/23,14,ServerSwitch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switching chip，PCI-E接口，服务 器系统的限制,2020/6/23,15,可编程数据包转发引擎,Destination-based forwarding, e.g., IP, Ethernet Tag-based forwarding, e.g., MPLS Source Routing ba

7、sed forwarding, e.g., BCube,2020/6/23,16,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IAi,2020/6/23,17,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。,2020/6/23,18,ServerSwitch API,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UDLK 2设置查找表 SetLookup

8、Table(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,2020/6/23,19,ServerSwitch API,3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 int SendPacket(char *pkt, int

9、oport) int RecvPacket(char *pkt, int *iport),2020/6/23,20,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。,2020/6/23,21,Bcube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,2020/6/23,22,转发性能,Se

10、rverSwitch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,2020/6/23,23,量化拥塞通知,2020/6/23,24,QCN实验,2020/6/23,25,网络缓存实验,A,Server switch,A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,2020/6/23,27,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XCP 3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VL2,2020/6/23,28,总结,