網(wǎng)絡(luò)管理課程作業(yè)詳解課件

ServerSwitch:AProgrammableandHighPerformancePlatformforDataCenterNetworks

姓名：李曉學(xué)院：計(jì)算機(jī)學(xué)院專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)ServerSwitch:AProgrammable1內(nèi)容提要基本概念ServerSwitch研究動(dòng)機(jī)DCN設(shè)計(jì)存在方法ServerSwitch設(shè)計(jì)目標(biāo)ServerSwitch構(gòu)架ServerSwitch實(shí)驗(yàn)ServerSwitch局限性總結(jié)2022/11/192內(nèi)容提要基本概念2022/11/112數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心（datacenter）:為大型復(fù)雜信息系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)提供分布式存儲(chǔ)和計(jì)算的運(yùn)行平臺(tái)。

人類(lèi)產(chǎn)生語(yǔ)言開(kāi)始，

知識(shí)最多的人（酋長(zhǎng)/祭祀）就是數(shù)據(jù)中心，

口口相傳就相當(dāng)于現(xiàn)如今的網(wǎng)絡(luò)傳輸。2022/11/193數(shù)據(jù)中心2022/11/113數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心相互連接云計(jì)算服務(wù)核心部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，它通過(guò)高速的鏈路和交換機(jī)連接著大量的服務(wù)器這是新領(lǐng)域，包括：拓?fù)湓O(shè)計(jì)和路由流量調(diào)度擁塞控制虛擬化應(yīng)用支持2022/11/194數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心相互連接2022/11/114云計(jì)算2022/11/195云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備。云計(jì)算2022/11/115云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式動(dòng)機(jī)DCN設(shè)計(jì)與現(xiàn)有的方法不同1PortLand的目的MAC地址采用最長(zhǎng)前綴匹配2BCube采用源路由轉(zhuǎn)發(fā)3量化擁塞通知采用基于速率的擁塞控制當(dāng)前的以太網(wǎng)交換機(jī)和IP路由器不能用于實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)因此，需要一個(gè)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些DCN設(shè)計(jì)2022/11/196動(dòng)機(jī)DCN設(shè)計(jì)與現(xiàn)有的方法不同2022/11/116DCN設(shè)計(jì)存在方法實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)需要可編程的平臺(tái)純軟件系統(tǒng)可編程；性能差，開(kāi)銷(xiāo)高，有處理延遲基于FPGA的平臺(tái)難以編程（硬件描述語(yǔ)言如Verilog）NetFPGA成本高OpenFlow交換機(jī)側(cè)重于控制面板功能2022/11/197DCN設(shè)計(jì)存在方法實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)需要可編程的平臺(tái)2022/11三大設(shè)計(jì)目標(biāo)提供可編程數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎，實(shí)現(xiàn)高性能轉(zhuǎn)發(fā)速率支持新的路由和信令，流量/擁塞控制設(shè)計(jì)處理延遲支持新的DCN服務(wù)（網(wǎng)絡(luò)緩存）編程性2022/11/198三大設(shè)計(jì)目標(biāo)提供可編程數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎，實(shí)現(xiàn)高性能2022/1可編程的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑶度氲椒?wù)器地址數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)利用此拓?fù)湫畔?/p>

PortLand把fat-tree拓?fù)湫畔⒕幋a到設(shè)備的MAC地址,物理MAC使用最長(zhǎng)前綴匹配

BCube使用源路由并引入nhi（下一跳指數(shù)）

減少路由路徑長(zhǎng)度新的DCN設(shè)計(jì)需要可編程的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎2022/11/199可編程的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑶度氲椒?wù)器地址2022/新的路由和信令流量/擁塞控制新的DCN設(shè)計(jì)還在控制面板引進(jìn)新的控制和信令協(xié)議PortLand交換機(jī)需要攔截ARP報(bào)文，重定向到Fabric管理器BCube使用自適應(yīng)路由，選擇最大帶寬路線(xiàn)2022/11/1910新的路由和信令流量/擁塞控制新的DCN設(shè)計(jì)還在控制面板引進(jìn)新網(wǎng)絡(luò)包處理數(shù)據(jù)中心由單一的運(yùn)營(yíng)商管理技術(shù)創(chuàng)新之一：數(shù)據(jù)中心引入智能？網(wǎng)絡(luò)流量處理如：CamCube

提出了緩存服務(wù)引入包過(guò)濾，加工和緩存豐富的可編程性：任意數(shù)據(jù)包修改，處理和緩存高性能：低開(kāi)銷(xiāo)，低線(xiàn)速數(shù)據(jù)處理2022/11/1911網(wǎng)絡(luò)包處理數(shù)據(jù)中心由單一的運(yùn)營(yíng)商管理2022/11/1111兩大額外要求實(shí)現(xiàn)三大設(shè)計(jì)目標(biāo)需要一個(gè)平臺(tái):1對(duì)數(shù)據(jù)和控制面板可編程2可以實(shí)現(xiàn)高吞吐量和低處理延遲兩大額外要求可編程性易于使用商品組件價(jià)格便宜2022/11/1912兩大額外要求實(shí)現(xiàn)三大設(shè)計(jì)目標(biāo)兩大額外要求2022/11/11ServerSwitch1

交換芯片可編程用TCAM表，進(jìn)行任意字段匹配2PCI-E接口幾十Gb/s的吞吐量和微秒級(jí)的延遲3商用服務(wù)器最好的編程器件2022/11/1913ServerSwitch1交換芯片可編程2022/11/1ServerSwitch架構(gòu)硬件-交換芯片-多核CPU-PCI-E接口?軟件堆棧APIs內(nèi)核和用戶(hù)空間數(shù)據(jù)包處理2022/11/1914ServerSwitch架構(gòu)2022/11/1114ServerSwitch滿(mǎn)足要求1交換芯片提供可編程的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎2ServerSwitch驅(qū)動(dòng)器和PCI-E接口提供低延遲通信3對(duì)交換芯片編程,提供高吞吐量1編程使用標(biāo)準(zhǔn)的C/C++2使用商用便宜的部件缺點(diǎn)：受switchingchip，PCI-E接口，服務(wù)

器系統(tǒng)的限制2022/11/1915ServerSwitch滿(mǎn)足要求1交換芯片提供可編程的數(shù)據(jù)包可編程數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎Destination-basedforwarding,e.g.,IP,EthernetTag-basedforwarding,e.g.,MPLSSourceRoutingbasedforwarding,e.g.,BCube2022/11/1916可編程數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎2022/11/1116源路由轉(zhuǎn)發(fā)NISA:轉(zhuǎn)發(fā)引擎使用查找表的第一個(gè)中間地址ISA：轉(zhuǎn)發(fā)引擎使用索引i和基于索引的IAi2022/11/1917源路由轉(zhuǎn)發(fā)NISA:轉(zhuǎn)發(fā)引擎使用查找表的第一個(gè)中間地址202基于目的和標(biāo)簽的轉(zhuǎn)發(fā)目的地址可以放置在報(bào)文頭的任意地方，所以引擎必須能夠?qū)θ我庾侄芜M(jìn)行匹配?；跇?biāo)簽的路由采用直接提取查找鍵。標(biāo)簽僅有局部意義，因此，標(biāo)簽需要修改。2022/11/1918基于目的和標(biāo)簽的轉(zhuǎn)發(fā)目的地址可以放置在報(bào)文頭的任意地方，所以ServerSwitchAPI控制交換芯片和發(fā)送/接收數(shù)據(jù)包1設(shè)置查找鍵（UDLK）SetUDLK(1,(B0-5))//目的mac地址為第一個(gè)UDLK2設(shè)置查找表SetLookupTable(TCAM,1,1,"000001020001","FFFFFF000000",{act=REDIRECT_VIF,vif=3})設(shè)置TCAM第一項(xiàng)為目的mac地址，比較目的mac地址和值000001020001，掩碼FFFFFF000000，包轉(zhuǎn)發(fā)到第三個(gè)虛擬接口2022/11/1919ServerSwitchAPI控制交換芯片和發(fā)送/接收數(shù)ServerSwitchAPI3設(shè)置虛擬接口表SetVIfTable(3,"001F29D417E8",NULL,2)4讀/寫(xiě)寄存器ReadRegister(OUTPUT_QUEUE_BYTES_PORT0)5發(fā)送/接收數(shù)據(jù)包intSendPacket(char*pkt,intoport)intRecvPacket(char*pkt,int*iport)2022/11/1920ServerSwitchAPI3設(shè)置虛擬接口表2022/DCN設(shè)計(jì)使用ServerSwitch實(shí)施幾個(gè)有代表性的DCN設(shè)計(jì)。第一，實(shí)現(xiàn)Bcube。說(shuō)明在ServerSwitch如何支持索引源路由。BCube包轉(zhuǎn)發(fā)在硬件進(jìn)行。第二，QCN擁塞控制。QCN實(shí)驗(yàn)表明ServerSwitch可以產(chǎn)生低延遲控制消息。第三，網(wǎng)絡(luò)緩存。2022/11/1921DCN設(shè)計(jì)使用ServerSwitch實(shí)施幾個(gè)有代表性的DCBcube實(shí)驗(yàn)Bcube是服務(wù)器為中心的DCN架構(gòu)?；疑糠质亲远x的頭，NH是NHA有效字段的數(shù)目。BCube采用遞歸的構(gòu)建方法2022/11/1922Bcube實(shí)驗(yàn)Bcube是服務(wù)器為中心的DCN架構(gòu)。202轉(zhuǎn)發(fā)性能ServerSwitch沒(méi)有數(shù)據(jù)包丟失；

轉(zhuǎn)發(fā)延遲小，線(xiàn)性增長(zhǎng)?；谲浖?shí)現(xiàn)Bcube：當(dāng)數(shù)據(jù)包小于或等于512字節(jié)，數(shù)據(jù)包丟失；轉(zhuǎn)發(fā)延遲大。表明ServerSwitch轉(zhuǎn)發(fā)性能好2022/11/1923轉(zhuǎn)發(fā)性能ServerSwitch沒(méi)有數(shù)據(jù)包丟失；

轉(zhuǎn)發(fā)延遲小量化擁塞通知2022/11/1924量化擁塞通知2022/11/1124QCN實(shí)驗(yàn)2022/11/1925QCN實(shí)驗(yàn)2022/11/1125網(wǎng)絡(luò)緩存實(shí)驗(yàn)AServerswitchA通過(guò)ServerSwitch發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)包到B當(dāng)B接收到一個(gè)請(qǐng)求，它回應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)包。報(bào)文在報(bào)文頭有唯一的ID。ServerSwitch匹配成功，發(fā)給A。ServerSwitch匹配失敗，發(fā)給B。B網(wǎng)絡(luò)緩存實(shí)驗(yàn)AServerA通過(guò)ServerSwitch發(fā)送26/29網(wǎng)絡(luò)緩存性能緩存命中率越高1、

ServerSwitch和B之間帶寬節(jié)省越多2、ServerSwitch的CPU利用率越高結(jié)論：性能好于軟件方法2022/11/1927網(wǎng)絡(luò)緩存性能2022/11/1127局限性1只支持標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的修改如改變以太網(wǎng)MAC地址，減少I(mǎi)P的TTL，改變IP的DSCP，修改MPLS頭2數(shù)據(jù)包處理延遲相對(duì)高不適合實(shí)時(shí)處理的協(xié)議如XCP3受端口數(shù)量和速度限制

服務(wù)器只提供4GbE端口

不能直接用于fat-tree和VL22022/11/1928局限性1只支持標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的修改2022/11/1128總結(jié)ServerSwitch：DCN可編程高性能平臺(tái)ServerSwitch平臺(tái)構(gòu)建新的DCN設(shè)計(jì)1BCube和PortLand2擁塞控制算法QCN3網(wǎng)絡(luò)緩存服務(wù)特點(diǎn)：對(duì)用戶(hù)定義的轉(zhuǎn)發(fā)方案線(xiàn)速轉(zhuǎn)發(fā)-支持新的信令和擁塞控制機(jī)制-支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理2022/11/1929總結(jié)ServerSwitch：DCN可編程高性能平臺(tái)202西安電子科技大學(xué)謝謝2022/11/1930西安電子科技大學(xué)謝謝2022/11/1130ServerSwitch:AProgrammableandHighPerformancePlatformforDataCenterNetworks

姓名：李曉學(xué)院：計(jì)算機(jī)學(xué)院專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)ServerSwitch:AProgrammable31內(nèi)容提要基本概念ServerSwitch研究動(dòng)機(jī)DCN設(shè)計(jì)存在方法ServerSwitch設(shè)計(jì)目標(biāo)ServerSwitch構(gòu)架ServerSwitch實(shí)驗(yàn)ServerSwitch局限性總結(jié)2022/11/1932內(nèi)容提要基本概念2022/11/112數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心（datacenter）:為大型復(fù)雜信息系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)提供分布式存儲(chǔ)和計(jì)算的運(yùn)行平臺(tái)。

人類(lèi)產(chǎn)生語(yǔ)言開(kāi)始，

知識(shí)最多的人（酋長(zhǎng)/祭祀）就是數(shù)據(jù)中心，

口口相傳就相當(dāng)于現(xiàn)如今的網(wǎng)絡(luò)傳輸。2022/11/1933數(shù)據(jù)中心2022/11/113數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心相互連接云計(jì)算服務(wù)核心部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，它通過(guò)高速的鏈路和交換機(jī)連接著大量的服務(wù)器這是新領(lǐng)域，包括：拓?fù)湓O(shè)計(jì)和路由流量調(diào)度擁塞控制虛擬化應(yīng)用支持2022/11/1934數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心相互連接2022/11/114云計(jì)算2022/11/1935云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備。云計(jì)算2022/11/115云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式動(dòng)機(jī)DCN設(shè)計(jì)與現(xiàn)有的方法不同1PortLand的目的MAC地址采用最長(zhǎng)前綴匹配2BCube采用源路由轉(zhuǎn)發(fā)3量化擁塞通知采用基于速率的擁塞控制當(dāng)前的以太網(wǎng)交換機(jī)和IP路由器不能用于實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)因此，需要一個(gè)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些DCN設(shè)計(jì)2022/11/1936動(dòng)機(jī)DCN設(shè)計(jì)與現(xiàn)有的方法不同2022/11/116DCN設(shè)計(jì)存在方法實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)需要可編程的平臺(tái)純軟件系統(tǒng)可編程；性能差，開(kāi)銷(xiāo)高，有處理延遲基于FPGA的平臺(tái)難以編程（硬件描述語(yǔ)言如Verilog）NetFPGA成本高OpenFlow交換機(jī)側(cè)重于控制面板功能2022/11/1937DCN設(shè)計(jì)存在方法實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)需要可編程的平臺(tái)2022/11三大設(shè)計(jì)目標(biāo)提供可編程數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎，實(shí)現(xiàn)高性能轉(zhuǎn)發(fā)速率支持新的路由和信令，流量/擁塞控制設(shè)計(jì)處理延遲支持新的DCN服務(wù)（網(wǎng)絡(luò)緩存）編程性2022/11/1938三大設(shè)計(jì)目標(biāo)提供可編程數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎，實(shí)現(xiàn)高性能2022/1可編程的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑶度氲椒?wù)器地址數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)利用此拓?fù)湫畔?/p>

PortLand把fat-tree拓?fù)湫畔⒕幋a到設(shè)備的MAC地址,物理MAC使用最長(zhǎng)前綴匹配

BCube使用源路由并引入nhi（下一跳指數(shù)）

減少路由路徑長(zhǎng)度新的DCN設(shè)計(jì)需要可編程的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎2022/11/1939可編程的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑶度氲椒?wù)器地址2022/新的路由和信令流量/擁塞控制新的DCN設(shè)計(jì)還在控制面板引進(jìn)新的控制和信令協(xié)議PortLand交換機(jī)需要攔截ARP報(bào)文，重定向到Fabric管理器BCube使用自適應(yīng)路由，選擇最大帶寬路線(xiàn)2022/11/1940新的路由和信令流量/擁塞控制新的DCN設(shè)計(jì)還在控制面板引進(jìn)新網(wǎng)絡(luò)包處理數(shù)據(jù)中心由單一的運(yùn)營(yíng)商管理技術(shù)創(chuàng)新之一：數(shù)據(jù)中心引入智能？網(wǎng)絡(luò)流量處理如：CamCube

提出了緩存服務(wù)引入包過(guò)濾，加工和緩存豐富的可編程性：任意數(shù)據(jù)包修改，處理和緩存高性能：低開(kāi)銷(xiāo)，低線(xiàn)速數(shù)據(jù)處理2022/11/1941網(wǎng)絡(luò)包處理數(shù)據(jù)中心由單一的運(yùn)營(yíng)商管理2022/11/1111兩大額外要求實(shí)現(xiàn)三大設(shè)計(jì)目標(biāo)需要一個(gè)平臺(tái):1對(duì)數(shù)據(jù)和控制面板可編程2可以實(shí)現(xiàn)高吞吐量和低處理延遲兩大額外要求可編程性易于使用商品組件價(jià)格便宜2022/11/1942兩大額外要求實(shí)現(xiàn)三大設(shè)計(jì)目標(biāo)兩大額外要求2022/11/11ServerSwitch1

交換芯片可編程用TCAM表，進(jìn)行任意字段匹配2PCI-E接口幾十Gb/s的吞吐量和微秒級(jí)的延遲3商用服務(wù)器最好的編程器件2022/11/1943ServerSwitch1交換芯片可編程2022/11/1ServerSwitch架構(gòu)硬件-交換芯片-多核CPU-PCI-E接口?軟件堆棧APIs內(nèi)核和用戶(hù)空間數(shù)據(jù)包處理2022/11/1944ServerSwitch架構(gòu)2022/11/1114ServerSwitch滿(mǎn)足要求1交換芯片提供可編程的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎2ServerSwitch驅(qū)動(dòng)器和PCI-E接口提供低延遲通信3對(duì)交換芯片編程,提供高吞吐量1編程使用標(biāo)準(zhǔn)的C/C++2使用商用便宜的部件缺點(diǎn)：受switchingchip，PCI-E接口，服務(wù)

器系統(tǒng)的限制2022/11/1945ServerSwitch滿(mǎn)足要求1交換芯片提供可編程的數(shù)據(jù)包可編程數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎Destination-basedforwarding,e.g.,IP,EthernetTag-basedforwarding,e.g.,MPLSSourceRoutingbasedforwarding,e.g.,BCube2022/11/1946可編程數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎2022/11/1116源路由轉(zhuǎn)發(fā)NISA:轉(zhuǎn)發(fā)引擎使用查找表的第一個(gè)中間地址ISA：轉(zhuǎn)發(fā)引擎使用索引i和基于索引的IAi2022/11/1947源路由轉(zhuǎn)發(fā)NISA:轉(zhuǎn)發(fā)引擎使用查找表的第一個(gè)中間地址202基于目的和標(biāo)簽的轉(zhuǎn)發(fā)目的地址可以放置在報(bào)文頭的任意地方，所以引擎必須能夠?qū)θ我庾侄芜M(jìn)行匹配。基于標(biāo)簽的路由采用直接提取查找鍵。標(biāo)簽僅有局部意義，因此，標(biāo)簽需要修改。2022/11/1948基于目的和標(biāo)簽的轉(zhuǎn)發(fā)目的地址可以放置在報(bào)文頭的任意地方，所以ServerSwitchAPI控制交換芯片和發(fā)送/接收數(shù)據(jù)包1設(shè)置查找鍵（UDLK）SetUDLK(1,(B0-5))//目的mac地址為第一個(gè)UDLK2設(shè)置查找表SetLookupTable(TCAM,1,1,"000001020001","FFFFFF000000",{act=REDIRECT_VIF,vif=3})設(shè)置TCAM第一項(xiàng)為目的mac地址，比較目的mac地址和值000001020001，掩碼FFFFFF000000，包轉(zhuǎn)發(fā)到第三個(gè)虛擬接口2022/11/1949ServerSwitchAPI控制交換芯片和發(fā)送/接收數(shù)ServerSwitchAPI3設(shè)置虛擬接口表SetVIfTable(3,"001F29D417E8",NULL,2)4讀/寫(xiě)寄存器ReadRegister(OUTPUT_QUEUE_BYTES_PORT0)5發(fā)送/接收數(shù)據(jù)包intSendPacket(char*pkt,intoport)intRecvPacket(char*pkt,int*iport)2022/11/1950ServerSwitchAPI3設(shè)置虛擬接口表2022/DCN設(shè)計(jì)使用ServerSwitch實(shí)施幾個(gè)有代表性的DCN設(shè)計(jì)。第一，實(shí)現(xiàn)Bcube。說(shuō)明在ServerSwitch如何支持索引源路由。BCube包轉(zhuǎn)發(fā)在硬件進(jìn)行。第二，QCN擁塞控制。QCN實(shí)驗(yàn)表明ServerSwitch可以產(chǎn)生低延遲控制消息。第三，網(wǎng)絡(luò)緩存。2022/11/1951DCN設(shè)計(jì)使用ServerSwitch實(shí)施幾個(gè)有代表性的DCBcube實(shí)驗(yàn)Bcube是服務(wù)器為中心的DCN架構(gòu)?；疑糠质亲远x的頭，NH是NHA有效字段的數(shù)目。BCube采用遞歸的構(gòu)建方法2022/11/1952Bcube實(shí)驗(yàn)Bcube是服務(wù)器為中心的DCN架構(gòu)