端口擴展器技術讓網(wǎng)絡交換煥然一新

　　現(xiàn)代生活方式對于云計算和存儲基礎設施越來越依賴。無論是在家里、工作中，還是我們隨身攜帶的智能手機和其他移動計算設備，對云計算和存儲的需求都無處不在。特別是大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對這類基礎設施的需求以驚人的速度在增長。隨著應用和用戶數(shù)量的增加，其年增長率大概是每年30倍，某些情況下甚至高達100倍。如此的高增長率使得摩爾定律和新芯片開發(fā)難以滿足計算和網(wǎng)絡基礎設施的需求。為此，很多數(shù)據(jù)和通信網(wǎng)絡廠商通過投資多種并行計算和存儲的方式來解決此問題。這樣，目前很多的云數(shù)據(jù)中心普遍形成了數(shù)百臺甚至數(shù)千臺服務器連接在一起的情況。

　　由于需要的交換機越來越多，因此，所有這些計算和存儲設備的互連正在成為真正的挑戰(zhàn)。在數(shù)據(jù)中心內，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡連接方法是分層的，其中單個機架使用葉交換機(Leaf switch, 也稱為機架式交換機，即ToR交換機)實現(xiàn)機架內的連接，而主干交換機用于連接一系列機架，還有用于整個數(shù)據(jù)中心的核心交換機。而且，與服務器和存儲設備本身一樣，這些交換機都需要進行管理。過去幾年里，通常會有一兩個為數(shù)據(jù)中心提供網(wǎng)絡交換機和相關的管理控制軟件的供應商，但情況變化的很快。很多領先的云服務提供商憑借其強大的購買力和技術能力，認識到他們可以通過設計和構建自己的網(wǎng)絡設備來節(jié)省大量成本。在數(shù)據(jù)中心行業(yè)中，許多人認為這是瓦解傳統(tǒng)網(wǎng)絡硬件及其控制管理軟件的第一步。云服務商都有自己的軟件工程師，因此他們自己在內部開發(fā)管理軟件，而把硬件設計外包出去。雖然這在一定程度上滿足了數(shù)據(jù)中心運營商的商業(yè)需求，但從技術和運營管理的角度來看，并沒有任何的簡化，還需要管理大量的交換機。

　　2009年，隨著我們現(xiàn)在所知的端口擴展器(port extender)的推出，在簡化網(wǎng)絡復雜性方面第一次實現(xiàn)了突破。這一概念基于這樣的理念：網(wǎng)絡中的很多節(jié)點并不需要大多數(shù)交換機所具有的超強的管理能力。這就類似母和子的關系，其中控制交換機是“母”，被管理的交換機是“子”，而端口擴展器為其提供連接。這種端口擴展器方法在2012年被列入了網(wǎng)絡標準802.1BR，目前開發(fā)的每臺網(wǎng)絡交換機都符合此標準。端口擴展器的技術并不復雜，與全橋交換機相比，除了功耗更低之外，最明顯的優(yōu)勢是降低了單位成本。

　　控制橋接和端口擴展器的方法有助于簡化網(wǎng)絡交換機的管理，但不止于此。深入到端口擴展器中，你會發(fā)現(xiàn)使用了與”母”橋接交換機相同的交換芯片。交換機供應商沒有專門為端口擴展器設計的芯片，而是繼續(xù)使用他們的標準芯片組，因此并沒有充分降低成本和功耗。然而，隨著Marvell的802.1BR兼容端口擴展器IC(稱為PIPE——被動式智能端口擴展器)的推出，網(wǎng)絡交換真正的模塊化方法取得了飛躍，實現(xiàn)了與所有業(yè)界領先OEM廠商控制橋接交換機的互操作。它還具有很高的成本和功耗優(yōu)勢，這也是端口擴展器技術一下子就能引人注目的原因所在。在網(wǎng)絡分解的第二步，這種方法有效地把端口連接從母交換機的處理能力中分離出來，建立了一種更模塊化的聯(lián)網(wǎng)方法。母交換機不再需要知道它與什么類型的設備相連接，因此，所有的邏輯和處理功能可以集中在母交換機，由端口擴展器承擔端口I/O功能。

　　Marvell的Prestera?PIPE系列面向以10GbE和25GbE速度運行的數(shù)據(jù)中心，隨著帶寬需求的增加，這些數(shù)據(jù)中心面臨進一步降低CAPEX和OPEX成本的挑戰(zhàn)。Prestera PIPE系列能夠以傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機一半的成本和功耗實現(xiàn)架頂式交換機的部署。PIPE方法還包括快速故障切換和彈性恢復功能，這對于關鍵基礎設施的連續(xù)性和高可用性至關重要。