隨著現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷擴(kuò)張，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚赊D(zhuǎn)發(fā)變得越來(lái)越復(fù)雜。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心使用大型機(jī)和小型機(jī)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相對(duì)較小，普通的機(jī)框式交換機(jī)就能滿足網(wǎng)絡(luò)的需求。隨著CLOS集群架構(gòu)的普及，標(biāo)準(zhǔn)的x86服務(wù)器集群以低成本和高擴(kuò)展性逐漸取代大型機(jī)和小型機(jī)而成為數(shù)據(jù)中心的主流。

下圖就是一個(gè)典型的基于CLOS架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心解決方案，在這樣的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中，如何讓數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中能以最快的速度從發(fā)送端到接收端，成為網(wǎng)絡(luò)性能調(diào)優(yōu)的關(guān)鍵因素。

京東IT資源服務(wù)部舉辦的未來(lái)數(shù)據(jù)中心核心技術(shù)研討會(huì)上，京東人工智能，大數(shù)據(jù)，云計(jì)算團(tuán)隊(duì)的多位研發(fā)總監(jiān)，技術(shù)骨干人員，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響應(yīng)用性能的話題，展開(kāi)了深入的討論。

網(wǎng)絡(luò)影響應(yīng)用性能的一個(gè)原因，是處理器的性能越來(lái)越高，應(yīng)用到應(yīng)用之間，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)延遲越來(lái)越低。比如在高性能計(jì)算和AI應(yīng)用中用到的MPI 協(xié)議，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)难舆t可以小于1微秒（1us）, 而現(xiàn)在多數(shù)交換機(jī)的單個(gè)Hop延遲超過(guò)了3微秒。

從上面那張拓?fù)鋱D中可以看到，同一數(shù)據(jù)中心需要經(jīng)過(guò)5個(gè)Hop（從Rack ToR 到Row Spine，到Data Center Spine， 再到Row Spine，到Rack ToR），這需要消耗15微秒的延遲。1微秒比15微秒，在運(yùn)行應(yīng)用的過(guò)程中超過(guò)90%的時(shí)間消耗到了網(wǎng)絡(luò)上，這種情形還不包括網(wǎng)絡(luò)上有任何丟包導(dǎo)致的重傳。

如何減小網(wǎng)絡(luò)對(duì)于應(yīng)用性能的影響

1、采用高性能的交換機(jī)

如果交換機(jī)的性能能從3微秒降低到0.3微秒，這樣的話，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)會(huì)降低到原來(lái)的十分之一。

2、采用性能高而且穩(wěn)定的交換機(jī)

有的交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)性能不穩(wěn)定，在不同的包大小情況下，會(huì)有不同的轉(zhuǎn)發(fā)性能，在小包的情況下可以有低的延遲，在大包的情況下延遲會(huì)大幅增加，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能不可預(yù)測(cè)。有的交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)性能可以不隨著包大小的變化而波動(dòng)，一直維持在低延遲的狀態(tài)。

3、避免出現(xiàn)多對(duì)一通訊時(shí)的不公平現(xiàn)象

如果出現(xiàn)這種不公平現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)速度不均，出現(xiàn)先到后得的現(xiàn)象。

4、建立快速的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制機(jī)制

在大型的網(wǎng)絡(luò)中，擁塞是不可避免的，如何能有效的管理?yè)砣徒档蛽砣麕?lái)的丟包和重傳，是現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)管理中非常重要的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)

5、降速慢傳數(shù)據(jù)策略?xún)?yōu)于丟包重傳數(shù)據(jù)

在網(wǎng)絡(luò)中，降速慢傳和丟包重傳是兩種被用來(lái)解決擁塞的方式，實(shí)踐證明，慢傳比丟包重傳更能有效的解決擁塞問(wèn)題。

對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞的管理和控制

通過(guò)研討會(huì)上的討論我們可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用的屬性決定了網(wǎng)絡(luò)中的通訊方式，如存儲(chǔ)應(yīng)用中的多個(gè)initiator訪問(wèn)單個(gè)或多個(gè)target，MPI應(yīng)用中的多對(duì)多通訊，machine learning中的worker和parameter server通訊，CDN中的一對(duì)多通訊等。

當(dāng)多對(duì)一的情況發(fā)生時(shí)，為了減少丟包導(dǎo)致的重傳，我們需要采取措施來(lái)降低發(fā)送端的速度，來(lái)減少對(duì)交換機(jī)buffer的壓力。在網(wǎng)絡(luò)的擁塞管理和控制上，業(yè)界通常采用PFC（Priority based Flow Control）和ECN（Explicit Congestion Notification）兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1、PFC 是在交換機(jī)入口（ingress port）發(fā)起的擁塞管理機(jī)制

在通常無(wú)擁塞情況下，交換機(jī)的入口buffer不需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)交換機(jī)出口（egress port）的buffer達(dá)到一定的閾值時(shí)，交換機(jī)的入口buffer開(kāi)始積累，當(dāng)入口buffer達(dá)到我們?cè)O(shè)定的閾值時(shí)，交換機(jī)入口開(kāi)始主動(dòng)的迫使它的上級(jí)端口降速。由于PFC是基于優(yōu)先級(jí)的控制，所以這種反壓可能導(dǎo)致同樣優(yōu)先級(jí)的應(yīng)用受到影響。

2、ECN是在交換機(jī)出口（egress port）發(fā)起的擁塞控制機(jī)制

當(dāng)交換機(jī)的出口buffer達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)，交換機(jī)會(huì)改變數(shù)據(jù)包頭中的ECN位來(lái)給數(shù)據(jù)打上ECN標(biāo)簽，當(dāng)帶ECN標(biāo)簽的數(shù)據(jù)到達(dá)接收端以后，接收端會(huì)生成CNP（Congestion Notification Packet）并將它發(fā)送給發(fā)送端，CNP包含了導(dǎo)致?lián)砣膄low或QP的信息，當(dāng)接收端收到CNP后，會(huì)采取措施降低發(fā)送速度。

可見(jiàn)ECN是基于TCP flow或RDMA QP的擁塞控制機(jī)制，它只對(duì)導(dǎo)致?lián)砣膄low或QP起作用，不會(huì)影響到其他的應(yīng)用。

京東IT資源服務(wù)部的硬件系統(tǒng)部技術(shù)負(fù)責(zé)人王中平提出：在管理網(wǎng)絡(luò)的擁塞中，應(yīng)該綜合應(yīng)用PFC 和ECN 兩種方式，來(lái)有效的實(shí)現(xiàn)性能和操作性的平衡。具體的實(shí)施過(guò)程中可參考以下推薦：

京東IT資源服務(wù)部負(fù)責(zé)人呂科說(shuō)：“如何降低網(wǎng)絡(luò)對(duì)于應(yīng)用性能的影響是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，也是所有的數(shù)據(jù)中心管理者一直在力求解決的問(wèn)題。***的方式就是我們的網(wǎng)絡(luò)人員和應(yīng)用人員一起來(lái)討論應(yīng)用對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求，我們專(zhuān)業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)會(huì)針對(duì)需求，測(cè)試和選擇最合適的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)方案。”