端口扩展器技术让网络交换焕然一新

作者：Marvell首席架构师 George Hervey

现代生活方式对于云计算和存储基础设施越来越依赖。无论是在家里、工作中，还是我们随身携带的智能手机和其他移动计算设备，对云计算和存储的需求都无处不在。特别是大数据和物联网的快速发展，对这类基础设施的需求以惊人的速度在增长。随着应用和用户数量的增加，其年增长率大概是每年30倍，某些情况下甚至高达100倍。如此的高增长率使得摩尔定律和新芯片开发难以满足计算和网络基础设施的需求。为此，很多数据和通信网络厂商通过投资多种并行计算和存储的方式来解决此问题。这样，目前很多的云数据中心普遍形成了数百台甚至数千台服务器连接在一起的情况。

由于需要的交换机越来越多，因此，所有这些计算和存储设备的互连正在成为真正的挑战。在数据中心内，传统的网络连接方法是分层的，其中单个机架使用叶交换机（Leaf switch, 也称为机架式交换机，即ToR交换机）实现机架内的连接，而主干交换机用于连接一系列机架，还有用于整个数据中心的核心交换机。而且，与服务器和存储设备本身一样，这些交换机都需要进行管理。过去几年里，通常会有一两个为数据中心提供网络交换机和相关的管理控制软件的供应商，但情况变化的很快。很多领先的云服务提供商凭借其强大的购买力和技术能力，认识到他们可以通过设计和构建自己的网络设备来节省大量成本。在数据中心行业中，许多人认为这是瓦解传统网络硬件及其控制管理软件的第一步。云服务商都有自己的软件工程师，因此他们自己在内部开发管理软件，而把硬件设计外包出去。虽然这在一定程度上满足了数据中心运营商的商业需求，但从技术和运营管理的角度来看，并没有任何的简化，还需要管理大量的交换机。

2009年，随着我们现在所知的端口扩展器（port extender）的推出，在简化网络复杂性方面第一次实现了突破。这一概念基于这样的理念：网络中的很多节点并不需要大多数交换机所具有的超强的管理能力。这就类似母和子的关系，其中控制交换机是“母”，被管理的交换机是“子”，而端口扩展器为其提供连接。这种端口扩展器方法在2012年被列入了网络标准802.1BR，目前开发的每台网络交换机都符合此标准。端口扩展器的技术并不复杂，与全桥交换机相比，除了功耗更低之外，最明显的优势是降低了单位成本。

控制桥接和端口扩展器的方法有助于简化网络交换机的管理，但不止于此。深入到端口扩展器中，你会发现使用了与”母”桥接交换机相同的交换芯片。交换机供应商没有专门为端口扩展器设计的芯片，而是继续使用他们的标准芯片组，因此并没有充分降低成本和功耗。然而，随着Marvell的802.1BR兼容端口扩展器IC（称为PIPE——被动式智能端口扩展器）的推出，网络交换真正的模块化方法取得了飞跃，实现了与所有业界领先OEM厂商控制桥接交换机的互操作。它还具有很高的成本和功耗优势，这也是端口扩展器技术一下子就能引人注目的原因所在。在网络分解的第二步，这种方法有效地把端口连接从母交换机的处理能力中分离出来，建立了一种更模块化的联网方法。母交换机不再需要知道它与什么类型的设备相连接，因此，所有的逻辑和处理功能可以集中在母交换机，由端口扩展器承担端口I/O功能。

Marvell的Prestera®PIPE系列面向以10GbE和25GbE速度运行的数据中心，随着带宽需求的增加，这些数据中心面临进一步降低CAPEX和OPEX成本的挑战。Prestera PIPE系列能够以传统以太网交换机一半的成本和功耗实现架顶式交换机的部署。PIPE方法还包括快速故障切换和弹性恢复功能，这对于关键基础设施的连续性和高可用性至关重要。