数据中心网络架构 — 网络带宽的收敛比

Posted 2021-12-30 范桂飓

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• 什么是带宽收敛比?
• 交换机非线速导致的收敛
• 网络设计导致的收敛

什么是带宽收敛比?

带宽收敛，是指数据报文在数据中心网络架构的转发过程中，由于网络架构、网络设备等非故障原因而不能实现 “线速无丢包（即：无阻塞交换）” 的数据报文转发。在带宽收敛时，网络设备会有部分端口会被拥塞，进而丢弃部分报文。

而带宽收敛比，则是用于描述不同的收敛成都的一个数值。通常的，使用一个网络架构中的所有南向（下行）接口的总带宽比上所有北向（上行）接口的总带宽来表示。

例如：假设有 10 台服务器，每台服务器通过 10GE 的接口连接到一个接入交换机，那我们一共就有 100G（10×10G=100G）的南向带宽。假设这台交换机还有 2 个 40GE 的接口可以用于接入到更高一层的汇聚交换机，那我们一共就有 80G（2×40G=80G）的北向带宽。此时，我们得到的收敛比则是 1.25:1（100G / 80G = 1.25）或者 5:4。

值得注意的是，带宽收敛比的影响因素不仅仅是上下行带宽的数值比例，在实际情况中，还会存在网络设备自身非线速交换和网络架构设备失误导致的带宽损耗。总的来说，我们可以将带宽收敛的原因分为两类：

1. 交换机不支持线速转发，在交换机内部可能形成流量收敛。
2. 网络架构设计的原因，无论交换机是否线速，转发报文时也会存在流量收敛

当然，最理想的收敛比是 1:1。但是，低收敛比的网络架构就意味着要使用更高上行端口带宽的设备，这意味着更多的投入。实际上，数据中心的服务器也并非每时每刻都工作在高负荷下占满 100% 的带宽，也就是说即使不是 1:1 的收敛比，也不一定会出现数据报文拥塞丢包，业务仍可以正常运行。因此，找到 “成本的成效” 两者之间的平衡，找到最适合的收敛比，是网络架构设备的关键。

一般在园区网，由于流量压力不大，园区网网络一般都会存在较大的流量收敛；但在数据中心网络，由于其对性能要求高，流量收敛的设计就十分重要了。

交换机非线速导致的收敛

假设某交换机只具有 8Gbps 线速转发的交换能力，某时刻从交换机前 12 个接口向后 12 个接口同时转发流量，当每个接口流量均达到 1Gbps 时，在交换机内部一定会有拥塞，此时便形成了带宽收敛。如下图所示，实际每秒交换机接收流量为 12Gbps，但转发出去的报文只有 8Gbps，带宽收敛比为 “输入带宽 / 输出带宽（12Gbps / 8Gbps）= 1.5:1 或者 3:2” 。

网络设计导致的收敛

例如下图所示，4 台服务器分别通过 10GE 链路连接接入交换机，接入交换机通过 1 条 25GE 链路连接核心交换机。即：接入交换机的下行带宽为 40Gbps，接入交换机的上行带宽为 25Gbps。带宽收敛比为 “下行带宽 / 上行带宽（40Gbps / 25Gbps）= 1.6:1”。