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1 引言
互聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展及人們對信息處理的迅猛需求加速了數(shù)據(jù)中心在各個行業(yè)的部署與應用，數(shù)據(jù)中心這種集中式的應用便利了數(shù)據(jù)的存儲與共享、增強和整合業(yè)務系統(tǒng)的應用、網(wǎng)絡安全管理、數(shù)據(jù)容災與備份等。但在部署數(shù)據(jù)中心解決方案時，有一個重要的問題不容忽視——擁塞控制：用戶的隨機訪問性使得某一條鏈路或某一路服務產生擁塞，擁塞的結果就會使得業(yè)務應用變慢，甚至失敗。
2 數(shù)據(jù)中心及擁塞機制分析
數(shù)據(jù)中心應用的典型特征就是業(yè)務應用的匯聚與集中，利用高性能的交換機/路由器構建數(shù)據(jù)轉發(fā)與交換核心及接入網(wǎng)絡，連接起終端用戶和業(yè)務應用系統(tǒng)（見圖1）。數(shù)據(jù)中心部署中，應用系統(tǒng)處理能力可以預計且加以增強，數(shù)據(jù)通信及交換系統(tǒng)也可以擴充以增加更多的帶寬，但是仍然無法避免多路用戶訪問而造成網(wǎng)絡擁塞，這種擁塞是隨機且不可避免的：一些用戶可能通過交換機下載文件，另外一些用戶也可能通過同樣的端口進行數(shù)據(jù)計算，當需求的帶寬超過端口的轉發(fā)能力時，擁塞就會產生。
圖1 數(shù)據(jù)中心分層模型
當擁塞產生時，用戶的直接感受就是業(yè)務應用或資源訪問變慢，甚至失�。粡膫鬏攲覶CP/UDP來看則是報文延時、重傳甚至丟失；而在MAC鏈路層，數(shù)據(jù)包因為擁塞就會被緩存、排隊，也可能因為隊列滿而被丟棄。因此，由于擁塞不能避免，對于交換機的緩存管理及擁塞處理能力要求相當重要，它能使擁塞發(fā)生時對業(yè)務及用戶的影響風險減到最小。
3 交換機/路由器擁塞分析
交換機/路由器端口間的鏈路通常都能達到線速，常規(guī)的L2/L3測試已經(jīng)覆蓋了這些項目，但如果訪問存在多對一的情況，如12個GE端口的入口流量流向1個10GE出端口，出口會發(fā)生擁塞，在L2/L3的測試表現(xiàn)上，出口帶寬還是在10G的速率上；但在應用層的表現(xiàn)上，應用層業(yè)務的有效帶寬肯定會明顯降低。當DUT因為擁塞發(fā)生丟包時，應用層業(yè)務如TCP就會存在等待、延時及重傳等相關的數(shù)據(jù)保護措施，這些重傳及等待不僅造成有效帶寬降低，產生了大量的無效帶寬，而且使得L2/L3的轉發(fā)能力降低，浪費了鏈路的帶寬（見圖2）。而且，擁塞越嚴重，有效帶寬降低越明顯。
圖2 擁塞產生場景
目前的交換機/路由器設備基本上是屬于存儲轉發(fā)方式（Store and Forwarding/LIFO），報文進入設備后，從一個芯片的緩存轉發(fā)到其它芯片上的緩存（如果基于NP/CPU轉發(fā)，就會多了一層CPU的隊列轉發(fā))，再從緩存中進入轉發(fā)隊列，并從目的地端口上轉發(fā)出去；緩存的分配包括配置到端口的緩存及公共緩存。設備緩存的大小及隊列調度能力會體現(xiàn)在對于擁塞的處理能力上。這種能力不僅僅表現(xiàn)在擁塞的處理上，而且報文在緩存中的排隊效率也會影響應用層的性能。通過增加緩存可以減小擁塞時處理能力，但這方面會增加硬件成本。另外，過多的緩存會增加報文轉發(fā)的時延，從而也會影響應用層的性能。緩存及漏斗的粒度控制也會對不同幀長度的報文轉發(fā)存在不同的影響。緩存的分配與隊列管理要基于效率與公平的原則，既要保證端口擁塞處理的性能需要，也要保證嚴重擁塞產生時不相關的端口被阻塞甚至得不到調度而餓死。
4 擁塞處理能力評估
如何評估測試設備的擁塞處理能力及隊列調度能力？傳統(tǒng)的測試方法包括RFC2544的Back-to-Back，RFC2889的Congestion Control Test，但這些傳統(tǒng)的L2/L3測試手段首先只能是局部地測試設備的幾個端口，另外測試結果也只是一個量值，無法將其跟真實的業(yè)務表現(xiàn)關聯(lián)起來，而且難以與同類產品進行比較。
在數(shù)據(jù)中心的實際應用中，最重要的是用戶體驗，也就是用戶的真實感受。傳統(tǒng)的測試情況下，設備測試的結果是一個測試很好的指標，而到用戶真實應用時，可能會是一個糟糕的情景。因此，改正測試方法，直接采用真實的業(yè)務進行測試，盡量接近用戶行為和體驗，讓測試變得更加真實，是一個發(fā)展方向。通過真實的FTP/Http L4~L7層業(yè)務，根據(jù)測試的最終有效帶寬就可以得出設備在真實應用中的轉發(fā)性能情況，所見即所得。事實上，目前在數(shù)據(jù)中心的驗收或選型測試中，對于擁塞性能或緩存性能的測試比較流行的方法是：通過部署大量的服務器連接交換機/路由器設備，并在服務間運行真實的業(yè)務，如FTP或Iperf軟件，來測量最終的有效帶寬（見圖3）。
圖3 測試10GE鏈路擁塞時的有效帶寬
5 TestCenter HyperMetrics CM板卡的真實性測試
通過構建大量的服務器連接DUT（交換機/路由器），并在拓撲造成DUT發(fā)生擁塞，這是一種真實的L4~L7應用測試模型，也是一個很好的測試方法。但對于設備廠商來說，在實驗室中擺開幾十臺服務器來測試這項功能，不僅管理起來費事，而且沒法移動和復制，從成本上來說也是一項不小的投資。
Hypermetrics-CM板卡則能提供一個很好的測試方案：首先CM卡能夠產生真實的應用層業(yè)務，CM卡上的端口既可以模擬成大量的服務器以供真實的PC客戶端訪問，也可以模擬大量的客戶端去訪問真實的服務器，且應用層協(xié)議棧的實現(xiàn)與真實的業(yè)務一致；其次，CM卡能產生GE線速的應用層流量，滿足了測試中的高帶寬要求；再者，多達12個端口的高密度CM卡則能夠同時模擬12臺Client/Server，解決了測試中的大規(guī)模部署問題（見圖4）。
圖4 HyperMetrics CM系列——CM-1G-D12
