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。數(shù)據(jù)中心本身是一個包含多種電子設備的信息系統(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,因此關于數(shù)據(jù)中心節(jié)能的方法也是五花八門,有從空調系統(tǒng)考慮的,也有從服務器考慮的,也有從網絡設備考慮的,這些節(jié)能技術是降低數(shù)據(jù)中心能耗的基石。作為一個數(shù)據(jù)中心網絡技術的研究者,本文想從數(shù)據(jù)中心網絡設備入手,講述一些網絡設備所能實現(xiàn)的、先進理念的節(jié)能技術。
網絡設備虛擬化
虛擬化技術之所以這么火,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)的網絡設備并不都是在滿負荷工作,有的設備具有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,可以將設備的資源充分利用起來,原來網絡設備的CPU利用率在10%,可以通過虛擬化技術提升到20%,讓網絡設備發(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,網絡設備也要運轉,耗費大量的電能。通過虛擬化技術適當增加網絡設備的負載,將不必要的網絡設備關閉,從而達到節(jié)能的目的。所以網絡設備的虛擬化已經成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心必選的一項新的網絡技術,通過虛擬化技術節(jié)能了采購成本,提高設備的利用率,節(jié)約了能耗。
網絡動態(tài)適配技術
網絡設備和我們日常用的電腦一樣,電腦忙的時候風扇、CPU都在拼命運轉,當然耗電量就會大大增加,網絡設備也是如此。在不降低網絡設備處理能力的情況下,通過動態(tài)調整路由協(xié)議也可以達到節(jié)能的目的。數(shù)據(jù)中心的網絡并不是平穩(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,網絡設備根據(jù)流量大小來動態(tài)調整路由,就可以避免出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象。網絡設備可以根據(jù)網絡負載變化動態(tài)調整網絡接口速率,也可以通過計算網絡設備負載動態(tài)調整處理器的電壓與頻率,提高處理器能效。這種調整技術對軟件處理能力要求比較高,實現(xiàn)軟硬件的聯(lián)動。這種技術在網絡設備的風扇上已經廣泛實現(xiàn),通過設備內部各個節(jié)點的溫度傳感器,監(jiān)測設備的運行溫度,當溫度超過軟件設定的閾值時,就可以將對應區(qū)域的風扇扇葉進行高低調速,所以使局部區(qū)域的溫度保持在正常范圍內。根據(jù)網絡負載或者處理器電壓來調節(jié)技術和風扇調速的目的如出一轍,只是實現(xiàn)更為復雜,要軟件全面監(jiān)測整個設備的運行狀態(tài)綜合評估,避免影響業(yè)務是前提,然后才是調節(jié)節(jié)能的動作。這項技術仍處于實驗階段,如果實現(xiàn)那將在數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術方面產生深遠影響。
網絡設備休眠技術
和電腦一樣,網絡設備也可以考慮引入休眠技術。當網絡設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)。當設備處于工作模式時,可以迅速地完成流量轉發(fā)的任務,而設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雜的實現(xiàn)技術。一般情況下,網絡設備不可能像電腦處于完全不運轉的狀態(tài),流量高峰和低峰時,設備都要進行流量轉發(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。網絡設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備時,將會被軟件感知,隨后立即喚醒設備轉發(fā),反之依然。休眠技術可以為網絡設備節(jié)約大量的能耗,避免設備在業(yè)務量少時,空載高速運行。
網絡設備協(xié)議節(jié)能
這種技術是根據(jù)網絡協(xié)議的特點,動態(tài)感知網絡流量的實時變化來動態(tài)調整路由,使得在網絡連通性和網絡性能等約束條件下使用的網絡資源最少。這種技術不再集中于一臺網絡設備,而是從數(shù)據(jù)中心整個網絡考慮。將數(shù)據(jù)中心的網絡看作一個整體,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)設備,盡量都直接和三層核心設備直連,實在不行就采用虛擬化將二層設備虛擬化成一臺設備,這樣做的目的就是減少出入口之間的轉發(fā)路徑,經過的設備和鏈路越少越好,讓每條流量都是在最優(yōu)的網絡路徑上完成轉發(fā),F(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心強調大二層,目的就是減少網絡層數(shù),讓所有設備之間都是二層轉發(fā),快速抵達,這樣做實際上就是為了減少出入口流量轉發(fā)的路徑。在一個城市里開車,如果從A地到B地,要經過多個紅綠燈,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),網絡也是如此。并不是一味增加網絡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。
以上介紹了四種網絡節(jié)能技術,理念非常先進,很多還僅僅是實驗室里的技術,何時能夠實際應用不得而知,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),網絡應該需要做的更多,引入這些新型的節(jié)能技術,不僅能為數(shù)據(jù)中心節(jié)能,也可以使數(shù)據(jù)中心網絡更加合理,管理更加便捷,讓您的數(shù)據(jù)中心網絡變成“高大上”。
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