數(shù)據(jù)中心發(fā)展過程中遇到了很多問題,能耗絕對算一個。隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大,數(shù)據(jù)中心數(shù)量和規(guī)模迅速增長,能耗問題日益突出,數(shù)據(jù)中心如何進行節(jié)能已經(jīng)成為了一個老生常談的話題,各路專家、學者都曾紛紛拋出了多種節(jié)能的技術(shù)。數(shù)據(jù)中心本身是一個包含多種電子設(shè)備的信息系統(tǒng),降低任意一個環(huán)節(jié)的能耗,都能夠達到節(jié)能的目的,因此關(guān)于數(shù)據(jù)中心節(jié)能的方法也是五花八門,有從空調(diào)系統(tǒng)考慮的,也有從服務(wù)器考慮的,也有從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備考慮的,這些節(jié)能技術(shù)是降低數(shù)據(jù)中心能耗的基石。作為一個數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究者,本文想從數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備入手,講述一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所能實現(xiàn)的、先進理念的節(jié)能技術(shù)。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化
虛擬化技術(shù)之所以這么火,除了能給數(shù)據(jù)中心帶來管理上的便利,更重要的是還能節(jié)約能源。進入數(shù)據(jù)中心就會發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并不都是在滿負荷工作,有的設(shè)備具有48個端口,而使用的還不到一半,大量的端口閑置,通過虛擬化的“一虛多”和“多虛一”技術(shù),可以將設(shè)備的資源充分利用起來,原來網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的CPU利用率在10%,可以通過虛擬化技術(shù)提升到20%,讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)揮更大的作用,而不是資源的大量閑置,要知道即使沒有業(yè)務(wù),網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也要運轉(zhuǎn),耗費大量的電能。通過虛擬化技術(shù)適當增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的負載,將不必要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備關(guān)閉,從而達到節(jié)能的目的。所以網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的虛擬化已經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心必選的一項新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),通過虛擬化技術(shù)節(jié)能了采購成本,提高設(shè)備的利用率,節(jié)約了能耗。
網(wǎng)絡(luò)動態(tài)適配技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和我們?nèi)粘S玫碾娔X一樣,電腦忙的時候風扇、CPU都在拼命運轉(zhuǎn),當然耗電量就會大大增加,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也是如此。在不降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理能力的情況下,通過動態(tài)調(diào)整路由協(xié)議也可以達到節(jié)能的目的。數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)并不是平穩(wěn)的,而是不斷變化的,每天每月甚至每一年流量都有洪峰和低谷,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)流量大小來動態(tài)調(diào)整路由,就可以避免出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載變化動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)接口速率,也可以通過計算網(wǎng)絡(luò)設(shè)備負載動態(tài)調(diào)整處理器的電壓與頻率,提高處理器能效。這種調(diào)整技術(shù)對軟件處理能力要求比較高,實現(xiàn)軟硬件的聯(lián)動。這種技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的風扇上已經(jīng)廣泛實現(xiàn),通過設(shè)備內(nèi)部各個節(jié)點的溫度傳感器,監(jiān)測設(shè)備的運行溫度,當溫度超過軟件設(shè)定的閾值時,就可以將對應(yīng)區(qū)域的風扇扇葉進行高低調(diào)速,所以使局部區(qū)域的溫度保持在正常范圍內(nèi)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載或者處理器電壓來調(diào)節(jié)技術(shù)和風扇調(diào)速的目的如出一轍,只是實現(xiàn)更為復(fù)雜,要軟件全面監(jiān)測整個設(shè)備的運行狀態(tài)綜合評估,避免影響業(yè)務(wù)是前提,然后才是調(diào)節(jié)節(jié)能的動作。這項技術(shù)仍處于實驗階段,如果實現(xiàn)那將在數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)方面產(chǎn)生深遠影響。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備休眠技術(shù)
和電腦一樣,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也可以考慮引入休眠技術(shù)。當網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或部件處于空閑狀態(tài)時,可以進入一種新的低功耗狀態(tài),稱為“休眠”狀態(tài)。當設(shè)備處于工作模式時,可以迅速地完成流量轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù),而設(shè)備空閑時將快速切換到休眠模式,從而減少無效能耗的浪費。然而何時進入休眠,何時又喚醒是一個復(fù)雜的實現(xiàn)技術(shù)。一般情況下,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不可能像電腦處于完全不運轉(zhuǎn)的狀態(tài),流量高峰和低峰時,設(shè)備都要進行流量轉(zhuǎn)發(fā),所以休眠也并不是完全不工作,只是工作不用那么賣力而已。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以在接口處增加報文感知硬件,當報文達到正在休眠的設(shè)備時,將會被軟件感知,隨后立即喚醒設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā),反之依然。休眠技術(shù)可以為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)約大量的能耗,避免設(shè)備在業(yè)務(wù)量少時,空載高速運行。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備協(xié)議節(jié)能
這種技術(shù)是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的特點,動態(tài)感知網(wǎng)絡(luò)流量的實時變化來動態(tài)調(diào)整路由,使得在網(wǎng)絡(luò)連通性和網(wǎng)絡(luò)性能等約束條件下使用的網(wǎng)絡(luò)資源最少。這種技術(shù)不再集中于一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,而是從數(shù)據(jù)中心整個網(wǎng)絡(luò)考慮。將數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)看作一個整體,對于外部只有一個入口和出口,減少出入口之間的路由、鏈路,從而達到減低能耗的目的。比如:盡量避免大二層級聯(lián)設(shè)備,盡量都直接和三層核心設(shè)備直連,實在不行就采用虛擬化將二層設(shè)備虛擬化成一臺設(shè)備,這樣做的目的就是減少出入口之間的轉(zhuǎn)發(fā)路徑,經(jīng)過的設(shè)備和鏈路越少越好,讓每條流量都是在最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)路徑上完成轉(zhuǎn)發(fā)。現(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心強調(diào)大二層,目的就是減少網(wǎng)絡(luò)層數(shù),讓所有設(shè)備之間都是二層轉(zhuǎn)發(fā),快速抵達,這樣做實際上就是為了減少出入口流量轉(zhuǎn)發(fā)的路徑。在一個城市里開車,如果從A地到B地,要經(jīng)過多個紅綠燈,遇到塞車,自然速度會慢,而且更加耗油,就算路修的再寬,隨著車輛的增多,這種情況遲早還會出現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)也是如此。并不是一味增加網(wǎng)絡(luò)帶寬就能解決一切問題,減少出入口之間的路由和鏈路才是根本解決之道。
以上介紹了四種網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù),理念非常先進,很多還僅僅是實驗室里的技術(shù),何時能夠?qū)嶋H應(yīng)用不得而知,不過隨著數(shù)據(jù)中心能耗問題日益嚴重,解決能耗問題需要從多方面入手,作為數(shù)據(jù)中心的最重要一環(huán),網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該需要做的更多,引入這些新型的節(jié)能技術(shù),不僅能為數(shù)據(jù)中心節(jié)能,也可以使數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)更加合理,管理更加便捷,讓您的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)變成“高大上”。
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