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交換機重要嗎？
網絡矩陣是現代化數據中心性能的關鍵。這對數據中心的交換機提出了很多要求，而其中最基本的要求，是為所有客戶提供等量的帶寬，以便均勻地共享資源。如果沒有公平的網絡，所有應用都會因吞吐量惡化、延遲、分布式應用緩慢等原因，而出現性能不可預測的情況。
為了回答交換機是否重要這個問題，Tolly Group 對 NVIDIA Spectrum-3 12.8Tbps 交換機的云、AI 和存儲應用性能進行了基準測試，并將結果與典型的（商品級）12.8Tbps 數據中心交換機的性能進行了同類比較。
Tolly Group
Tolly Group 是一家第三方獨立 IT 行業(yè)實驗室，30 多年來，一直從事對 IT 產品的性能測試和實際評估。Tolly Group 的定位是提供證據證明產品達到，或超越營銷主張，并且不產生與 Tolly Group 公平測試憲章相沖突的報告。這一性能證明可以讓客戶知道自己是否可以放心地進行部署。
分布式應用的性能（AI 和 SPARK）
每個交換機都有一個緩沖區(qū)以防止丟包。每當送入交換機的流量超過可以送出交換機的流量時，緩沖區(qū)就會通過吸收數據包突發(fā)，來保護應用性能。這有時被稱為 incast 流量模式。AI 和 Spark 等分布式應用因其性質而會受到 incast 流量模式的困擾。
兩種交換機在其數據表中顯示二者緩沖區(qū)大小相同。但 Tolly Group 發(fā)現，NVIDIA Spectrum-3 能夠吸收的數據包是典型數據中心交換機的 4 - 8 倍，因此需要 8 臺商品級交換機才能提供相當于 Spectrum-3 交換機的數據包吸收能力。
圖1 NVIDIA Spectrum-3 和商品級交換機對比
最大吸收能力固然重要，但光考慮這一點還不夠。交換機必須均勻吸收來自所有發(fā)送方的微突發(fā)流量，一個節(jié)點的延緩就會使整個集群變慢。
Tolly Group 發(fā)現，Spectrum-3 在所有情況下都能均勻吸收來自所有發(fā)送方的微突發(fā)流量，而商品級交換機則會使多個節(jié)點變慢，導致計算資源未得到充分利用。
公有云和私有云性能
公有云和私有云環(huán)境中會出現“吵鬧的鄰居”問題，即當多個租戶使用一個共享資源，如 CPU 周期或網絡帶寬時，出現了一個租戶占用了這些資源，這個租戶被稱為“吵鬧的鄰居”。
“吵鬧的鄰居”問題可能因交換機租戶之間的隔離能力不足，使得一個租戶的使用而降低另一個租戶的體驗。數據中心交換機必須保護租戶不受其他租戶活動的影響，既要防止惡意攻擊，也要防止“吵鬧的鄰居”的影響。
Tolly Group 發(fā)現，Spectrum-3 交換機完全保護了每個租戶。而其他的交換機卻未能保護租戶，因為“吵鬧的鄰居”的流量模式，使一些租戶的成為受害者，嚴重匱乏帶寬。
在擴展多租戶環(huán)境時，Spectrum-3 同樣保護了每個租戶。但在這種情況下，“吵鬧的鄰居”問題規(guī)模遠大于商品級交換機，擴展到交換機端口總數的一半。換言之，多達 70 個端口可能成為受害者并出現帶寬匱乏。
如果一個交換機不能保護租戶免受“吵鬧的鄰居”的影響，該交換機就不符合云架構交換機的基本要求。
圖2 “吵鬧的鄰居”隔離
換句話說：使用 Spectrum-3，“吵鬧的鄰居”流量模式就不會產生影響。而如果使用商品級交換機，受害租戶就會出現帶寬匱乏。
存儲性能
如今，數據中心的大多數存儲流量都在以太網上運行。具體而言，存儲通常使用 9KB 的巨幀。因此，這種數據包的大小變得比以往任何時候都重要，現在大多數交換機都支持 9KB 默認數據包大小。
但典型數據中心交換機僅僅支持 9KB 數據包，這并不意味著它們?yōu)榇鎯眠M行了優(yōu)化。為了測量和比較每個交換機的存儲性能水平，Tolly Group 使用 IXIA 的標準網絡測試工具來測量 9KB 數據包。
Tolly Group 發(fā)現，Spectrum-3 在所有情況下都能為所有存儲節(jié)點提供可預測和公平的性能。商品級交換機在使用 9KB 數據包時，顯示出不公平的流量共享，迫使一個存儲節(jié)點的運行速度比其他存儲節(jié)點慢 17 倍。這些不可預測的結果嚴重影響了存儲性能。
這會對現實世界產生影響。比如本來計劃并預計運行一個存儲備份的時間為 2 小時，但最終用了 34 小時才完成。
混合應用性能
大多數數據中心運行多種不同的應用，每個應用數據包大小不盡相同。即使是單個應用也會使用各種不同大小的數據包。再加上控制流量模式，最終，網絡上可能會出現更多不同大小的數據包。
Tolly Group 發(fā)現，無論數據包大小如何，Spectrum-3 始終能夠實現公平性。而商品級交換機上，使用較小數據包的應用總會陷入帶寬匱乏。更糟糕的是，隨著數據包大小差距的增加，小數據包的情況變得越發(fā)糟糕。
圖3 因幀的大小而產生的懸殊性能
在商品級交換機中，混合數據包大小所帶來的帶寬匱乏會對云、存儲和分布式應用產生不利的影響。
為何會如此？
一言以蔽之，因為架構。
Spectrum 交換機有一個現代的、完全共享的緩沖區(qū)架構，以及靈活的流水線架構，該架構專為優(yōu)化數據中心應用性能和安全而設計。進一步了解評估結果，請下載新的 Tolly Group 性能評估報告。該報告解釋了 Spectrum 交換機和商品級交換機的架構及其優(yōu)勢與劣勢。
架構是一個真正的零和游戲。但與其他許多廠商不同，NVIDIA 同時開發(fā)了 ASIC 和交換機，使用戶可以兼得“魚與熊掌”，并且其出色的結果也得到了 Tolly Group 驗證的。
