企业网D1Net  11月28日   目前有关数据中心网络的各种软件新技术层出不穷，但实际上还是以提升硬件性能为主。也许未来软件的作用会越来越大，不过目前硬件仍是提升网络设备性能的主要方式。从数据中心网络的硬件技术的发展过程可以概括为三个阶段：

第一阶段：CPU指令集并行处理阶段。这时的网络设备可以同时对存储器中的多个连续单元操作并行专用指令。不过这时的CPU性能不高，单线程处理任务，无法解决系统的I/O瓶颈。

第二阶段：多处理及多核CPU阶段。这时的网络设备可以多线程、多任务同步处理不同的协议，完全独立，互不影响。

第三阶段：ASIC及NP化。这时的网络设备将集中计算转发分散到边缘，分布式处理，很好地解决了系统I/O瓶颈问题。

数据中心网络设备经过了近三十年的发展，硬件已经发展到了第三阶段。交换机一般采用ASIC交换芯片+多核CPU方式。路由器采用NP芯片+多核多处理CPU的方式。

现在的数据中心交换机硬件架构已经从共享总线的交换方式过渡到芯片流水线方式，共享总线的方式成本最低，但吞吐量也较低，均需要解决HOL拥塞问题。所以以前的交换机很难达到真正的全线速转发，很多设备都是2:1收敛、4:1甚至8:1的收敛，即如果设备所有外部端口都打满流量的话，只能按照收敛比转发出去一部分。现在芯片流水线方式主要指的是交换网概念的引入，即CrossBar方式。这种方式已经被在交换机和路由器中应用。交换网可以采用定长信元交换，也可以采用非定长信元交换方式。

交换网实际上是由N *M开关阵列构成，每个开关连接一条输入端口的通道与一条输出端口的通道，开关可以开启和闭合，数据可以在两条通道之间流过。否则，这两条通道保持断开。其中，N为输入端口，M为输出端口个数，最多有N或M条数据可以同时传输。这种架构最先进的地方就在于存在多个独立的通道，可以同时传输大规模的数据，是真正的流水线方式。区别于并行方式，流水线方式是真正将具体业务进行合理分离，每一部分单独出来进行处理，各部分可以独立并行处理互补影响，整体串行完成整个业务处理。流水线方式的优点在于对各处理单元要求不高，只要与数据到达速度匹配即可，但它需要合理的业务划分，与具体业务关系密切，业务的扩展性不强。不过对于复杂多变的业务，在设计、实施方面也有一定困难。任何一个不合理的划分，导致某一个处理环节上较慢，就会成为整体的瓶颈，影响整个流水线的处理性能。

根据数据中心网络设备内部的不同模块，一般并行方式即共享总线的方式部署在分布式设备、多核CPU等。流水线方式则主要应用于芯片内部的报文处理，可以弱化对具体业务的依赖程度，以发挥它对各单元要求不高的优势，降低芯片成本。所以对网络设备的两个部件：CPU一般采用并行处理方式，转发芯片采用流水线方式，充分发挥各自优势。使设备达到最大的性能。

那么，对于数据中心网络设备如何才能更一步的提升性能。从硬件方面考虑，则主要有：

• 使用流水线技术处理转发报文，这样可能使设备实现真正的无阻塞，全线速的转发。
• 有的网络设备可能包含有多个独立转发单元，让每一个转发单元都具有独立转发能力，即实现二层、三层分布式转发，彻底解决I/O瓶颈问题。
• 采用流水线技术的交换网完成高速的内部互连，提供快速数据转发通道，实现基于可变信元、无阻塞的线速转发。
• 采用多核多线程处理的CPU，软件实现协议报文的快速处理，对整个设备进行管理、监控和维护处理。
• 尽量采用低功耗的器件，降低设备的整体运行功耗，让网络设备更加注重绿色。
• 虽然本篇都在讨论网络设备的硬件技术，但实际软件发挥的作用也不可忽视。软件的成本低，如果能够通过软件实现硬件的部分功能，则可以大大降低设备的成本。而且从历史经验来看，一个设备进入市场后，在每个重大硬件批量问题的情况下，主要就是对软件进行更新与维护，通过软件再进一步提升设备的性能。

网络设备的硬件系统结构从本质上决定了设备的性能。除了性能，还有设备的可靠性、故障自动恢复、硬件备份机制、异常告警等功能也都是网络设备需要考虑的重要性能。这些功能虽然并不能提升网络设备的转发能力，但也可以减少网络设备的运营成本。这些性能有些也可以通过硬件实现，有些则需要依靠软件。随着技术的不断完善，数据中心的网络设备性能将更加完善。