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数据中心级业务调度平台

【发布时间:2009-06-08】

简单、粗粒度的传统业务区分方式,难以满足数据中心大密度服务布局要求。而采用密集的硬件队列、多级调度等大规模调度交换技术的S12500,作为统一交换平台,将为数据中心精细化应用级运营提供有力技术支撑。

一、概述

数据中心建设是企业IT架构持续发展的重要环节,性能与业务响应是数据中心的基本要求,是数据中心提供IT服务的关键点。性能的考虑包含服务器、网络、存储各方面,但从基础网络层面,数据中心建设经历了10M100M到当前成熟的1000M、先进的万兆各阶段,并且即将开启40G/100G的超高速纪元,高带宽高性能成为数据中心基础网络建设的必然准则。

然而,数据中心的应用是密集的,流量特征复杂,大量的终端用户访问,不仅带来密集的前置服务器流量吞吐,同时也引发应用服务器之间的数据交换、信息同步。即使平均的业务流量不会很高,但是在每一个吞吐瞬间,进入网络的流量都会以交换系统的线速能力在网络中流转,而高密的服务器布局会进一步加速基础网络上的流量冲突,用浪涌来形容数据中心交换架构中承载的应用并不为过。

因此,密集服务数据中心面临的一个问题就是,不同业务之间冲突严重,关键业务难以得到保证。目前已经有一些大型门户网站数据中心开始此类问题的探索。一般网络情况下解决业务访问的基本方式是采用QoS,但是,传统交换架构QoS总是与队列优先级关联,一般情况下只有8个优先级队列。数据中心业务种类丰富,8个优先级中除了保证网络管理、路由通信,剩余业务队列不足7个,难以满足多种类型数据中心业务的访问保证需求,业务调度能力较低。

二、传统的业务调度能力

在网络边缘的设备需要对数据流进行分类,从而使整个网络中的设备可以认识对丢失、延迟、抖动等敏感的应用并给予端到端的合适处理。参考IBM在数据中心应用分类方式,广义上可分为如下几类:

话音业务(Voice:话音业务是延迟敏感业务,在网络传输过程中需要给予高优先级。话音数据应该有小于1%的丢失并且不能大于150200ms延迟,同时需要保证每个呼叫的带宽小的抖动。因此话音应用需要非常严格的网络性能保证。例如VoiceVideo等均属于这一类。

实时业务(Real Time:实时业务是那些任务严格的应用,它们是一个企业的核心业务。这些应用有着很强的交互性,对丢包和延迟很敏感。例如ERP应用、资产应用等。

批处理业务(Batch:批处理类型的应用,有着比较少的用户访问。这些应用是典型的高延迟和丢包不敏感,经常跨越几个小时进行操作。例如大量的文件传输及备份等。

Best Effort:是数据的默认类型,在企业运做中往往扮演次要的角色,没有确定的带宽要求。例如email和普通的Internet访问。

未定义QoS:当有新的应用产生时可以部署在这个范围内。

网络控制:以上五类是应用提供商可提供的业务大分类,但在网络上还存在保持网络互联的各种控制协议,如生成树、路由等,是网络实现正常互联的基础。

以上业务分类如图1所示。在如此粗粒度条件下,实现不同业务访问要求的调度方式是简单的,所需的交换网络内部队列是少量的。一般的交换架构提供能力是8个队列或4个队列,按照SPWRRSP+WRR等方式调度。

因此,传统的调度是简单、粗略的,难以满足数据中心大密度服务布局要求。在高密应用分布的数据中心,大量业务被模糊地划归到同一层级,虽然可以简单地保证几个层级之间的业务差异性,但对同一层级内的众多细分业务,显然难以区分对待。当前千台、万台级服务器(虚拟机或物理服务器)数据中心逐步成为一种常见的规模,67种业务的调度能力,在满足IT架构业务保证要求下是微不足道的。

1 传统的数据中心业务分类与调度

 

三、大规模的调度交换技术——S12500多级队列

1、密集的硬件队列

传统交换机一般提供4个或8个硬件队列,其中一个队列还要保证网络管理、路由通信,难以满足多种类型数据中心业务的访问保证需求,业务调度能力较低。

队列主要用于实现丰富的数据流通道功能,并实现如流量限速、拥塞避免、流量整形和队列调度等,硬件队列数目决定了同时最多可以有多少流参与QoS处理。S12500产品提供了每板高达48K的硬件队列,并且数据流转发与调度分离,如图2所示,能够保证上万台服务器的精细化业务调度,完全满足数据中心业务的访问保证和业务带宽管理需求。

2 S12500密集队列架构

每两个万兆端口共享12K虚拟化队列,12K队列可调整为两级、三级方式,形成不同的队列模型,而在每一级内也可进行调度方式区分。所有输出数据流按照预定的统一策略进行流分类与队列匹配,并对所有业务流队列进行调度。

2、多级调度

普通QoS调度算法是基于端口的,只对业务等级敏感,对用户不敏感,会产生混乱的抢占结果,S12500产品通过多级调度来解决此问题。

如图3所示,在多级调度模型中,共包括端口层、服务器组层、服务器层、服务器业务层共四个层次。业务调度处理引擎完成拥塞避免、多级调度、流量限速、流量统计、带宽保证等功能。

3 多级调度模型

 

四、数据中心级业务调度的应用模型

针对数据中心的高密业务调度与交换需求,首先进行业务类型细分规划。

可以根据应用分大类,如分成Class-1Class-2、……、Class-NN可以是8163264。同时还可以在每一大类内部进行下一级应用类型划分,如Class-1subClass-1subClass-2、……、subClass-M)、Class-2subClass-1subClass-2、……、subClass-M)、……如图4所示。

4 数据中心基于业务类别的调度规划

数据中心的应用可分为多个大类,如按传统分类方式为:话音业务、实时业务、批处理业务、网络控制业务、Best Effort、未定义QoS(实际上还可增加更多大类),对应到上图的Class-1、…、Class-N。对于每个大类,如实时业务,可包含ERPCRMBI等子业务群,而在一般企业数据中心,每个子业务如ERP都是由一个服务器集群来完成的。

因此,从上述模型来看,业务大类可明确数据中心不同业务群的业务共有特点和业务级别,此业务级别可远多于现有交换系统8个优先级的限制。业务大类的调度,仍然是粗粒度的调度,但是在每一个粗粒度业务大类内,还可以执行基于细分子类业务的调度,如在实时业务内可对ERPCRMBI等进行更细的调度。由于在粗略调度一级已经给实时业务保证了相应的网络带宽,在更精细调度情况下,可进一步分配各业务所需的带宽要求。从而在数据中心总体业务范围内实现基于业务类型的服务质量保证,实现如图5的数据中心业务调度方式。

5 全业务调度的基础网络保证能力

五、结束语

随着当前数据中心业务高密化,保证关键业务的访问能力、提供大规模业务类型调度能力、保证业务带宽的可控,是IT架构精细化发展的必然要求。H3C下一代IToIP统一交换平台S12500提供的多级、高密队列调度能力,将为数据中心精细化应用级运营提供有力技术支撑。