警惕數據中心網絡流量劇增

服務器和存儲的虛擬化被廣泛應用于今天的數據中心，為我們帶來了更加靈活、高效、高可用的IT計算環境。但當眾多的虛擬機在同一時刻承載大規模網絡流量時，數據中心就會出現流量劇增（或峰值沖擊）現象。

虛擬化帶來流量變化

過去，由于物理服務器的利用率一般僅有10%~20%，因此，數據中心不曾出現網絡流量劇增（或峰值沖擊）現象。但隨著虛擬化和云計算的應用，服務器的利用率可達50%~60%，且占用空間更少、集成度更高。因此，數據中心網絡流量開始發生變化。

IDC 2010年全球服務器市場預測報告指出，目前虛擬服務器的增長率遠遠超過了物理服務器。一個擁有20臺服務器的機架過去僅能支持20個應用，而現在每個虛擬服務器能支持4~10個應用，所以，現在一個機架就能實現對200個應用的支持。

當使用舊服務器時，一個機架上僅運行幾十個應用程序就會導致網絡流量劇增（峰值沖擊）的發生，我們稱之為“網絡巨浪”。但如果采用較新的高密度服務器，一個機架內運行的應用程序在達到200多個時會造成流量容量的不匹配。當其中某個應用程序的綁定數據丟失后，這時需要重新進行數據傳輸，這就會在網絡上產生更大的流量，這些流量可能會影響到其他應用程序。

與正常流量劇增狀況相比，雖然這種重大的流量劇增（或峰值沖擊）事件發生頻率較低，但它們確實存在，而且出現時毫無征兆。正是由于導致這種狀況的因素非常復雜，才使流量劇增變得不可預期。

云計算趨勢正在推動網絡流量模型不斷發生變化，使應用程序越來越向少數幾個數據中心集中，托管和門戶公司正在管理龐大的數據中心，并提供過去由企業內部IT部門負責提供的計算服務。此外，企業內部IT部門也在發生轉變，所擁有的數據中心規模有所擴大，企業內部IT部門越來越趨向集中化。伴隨著少量大型數據中心的出現，網絡正在承載越來越多的流量。由于虛擬化與云計算的迅速普及正改變著網絡流量模型，IT部門管理者需要對其數據中心網絡進行重新構建。

積極防范有新招

對于以上現象，數據中心如不積極采取預防性措施，可能會導致災難性后果。流量突增(或峰值沖擊)可能會持續數秒甚至是一兩分鐘，這會導致系統中斷，其所產生的影響會以梯級狀態呈現，并且可能會持續數小時。

目前，支持虛擬化數據中心的網絡所經歷的流量模型不同于以往。隨著應用程序的增多，產生的網絡流量也在增長，這種變化不僅僅是量的變化，并且流量的模型也有所不同。雖然不斷增多的應用程序產生的流量不斷增加，但是流量聚合的結果可能是流量波峰/波谷出現頻率的降低，這是因為每個應用所產生的波峰與波谷會相互影響或抵消。然而，當多數應用在同一時刻產生突發網絡流量時，大規模的流量突增（或峰值沖擊）將會發生。此類大規模的流量沖擊需要更高的服務器密度，并且可能會導致丟包現象，進而導致網絡性能低下。

對于傳統網絡流量而言，丟失的數據包僅需簡單地重新傳輸，只是網絡運行速度會變慢。但對于存儲網絡而言，就拿iSCSI來說，數據包丟失后需要被重新傳輸的可能是含有大量數據的數據段，重新發送會增加網絡的承載壓力。隨著服務器網絡與存儲網絡流量融合趨勢不斷加強，iSCSI和光纖通道（FC）協議被廣泛采用，這使預防數據丟包正變得至關重要。不幸的是，大部分現有的完整標準，如數據中心橋接，都是針對10G以太網的，而大部分的數據中心無論是服務器還是網絡都依然運行在1G以太網上（盡管擁有多個1G的鏈接）。

當高度虛擬化的數據中心開始出現流量劇增跡象時，IT管理人員必須關注交換架構，以確保該架構能夠勝任重大流量劇增的處理工作。不過，要設計出大規模流量沖擊的臨界點模型是需要付出昂貴代價的。

幸運的是，到目前為止，不可預測的高流量沖擊頻發的時代還尚未真正到來。目前，最具成本效益的方式是利用交換機來實現更多的緩存，以應對流量劇增問題。

一個典型的數據中心柜頂式（Top-of-Rack）交換機具有8MB~16MB的緩沖容量，如果超越了這個范圍，將會發生數據包丟失現象。避免數據包丟失的傳統方法有：

（1）尋找多種方式通過“操縱流量閥門”來控制流量，即通過辨別這些“破壞性”的應用程序，并“馴服”它們，或將這些應用轉移到一個獨立的網絡/機架上；

（2）為問題網絡配置更多的帶寬，例如新增一個1G接口或把整個基礎架構升級到10G；

（3）采用Cadillac方法，部署整合網絡適配器和FCoE等功能的10G網絡基礎架構。

現在最新的、具有突破性意義的交換機已經面世了，它能夠提供無阻塞的線速性能以及數千兆的緩存容量。每個端口會被配置特定的緩存容量，運行中如果超出該緩存容量值時，該端口會根據必要程度動態調用龐大的容量池內存庫，從而最終確保緩存容量是可自我調節的，流量劇增只會簡單地帶來對更大的緩存容量池的調用。由于這種新型交換機可以提供1G的無阻塞線速性能，IT管理人員無需過早地將其基礎設施升級到10G，以保護數據中心投資。

IT管理人員應該有計劃地淘汰那些老舊的無法有效應對流量突增的交換機，并部署具有充足的、可動態調整緩存容量的交換機，以應對來自服務器與存儲架構的任何需求。