数据中心网络
云计算
与云计算相对的是传统计算。在传统计算的背景下，如果我们需要假设服务器，必须自己购买硬件资源，如CPU、硬盘、网卡等。然而在当今信息爆炸的时代，自己花费资金去购买并维护大型的服务器机房是非常不划算的。
在云计算的背景下，云计算服务商为我们提供了所有的软硬件资源，如果我们需要假设服务器，只需要向云计算服务商租用即可。云计算服务商的机房就叫做数据中心，云计算的出现推动了数据中心网络的发展。
IaaS、Paas、SaaS
- IaaS: Infrastructure-as-a-Service（基础设施即服务）
- PaaS: Platform-as-a-Service（平台即服务）
- SaaS: Software-as-a-Service（软件即服务）
公有云、私有云和混合云
- 公有云：这是云计算部署最常见的一种方式。计算资源由第三方云服务提供商拥有和运营。来自不同组织的企业或个人，共享资源池中的资源。
- 私有云：计算资源由第三方或组织自己拥有和运营。所有的计算资源，只面向一个组织开放。这种方式资源独占，安全性更高。
- 混合云：公有云+私有云。例如，平时业务不多时，使用私有云资源，当业务高峰期时，临时租用公有云资源。这是一种成本和安全的折中方案。
数据中心
IDC：Internet Data Center
数据中心网络的三大要素
我们所有的手机、电脑、超算本质上都在处理三件事：计算、存储和通信。
计算：CPU——GPU——NPU，集中式——分布式
存储：机械硬盘——固态硬盘
通信：网线——光纤，电交换——光交换，传统树型拓扑——新型拓扑，TCP/IP——RDMA
网线——光纤
- 速度：光在二氧化硅中的传播速度：2亿米/秒，非直线传输；电在铜线中的传播速度：2.3亿米/秒，直线传输。
- 带宽：光的频率可以很高，复用范围宽，带宽可达10Tbit/s；电的频率较低，复用范围小，带宽可达10Gbit/s。
- 传输距离：光信号衰减小，干扰小，传输距离100km；高频电信号用于长距离传输时信号衰减快、易受干扰，传输距离100m。
目前基本上都实现了光纤入户（FTTH），有些甚至实现了光纤入屋（FTTR）。
电交换——光交换
光电混合互连
光电混合互连是目前采用的主要技术，即在传输过程中使用光，而在交换节点上使用电，但是这就需要在交换节点上进行光电和电光转换。
光路交换技术
对应于电路交换（CS域）。
空分、时分、波分、码分
分组交换技术
对应于分组交换（PS域）。
优点
- 光纤中承载的是光信号，通过光交换机时无需进行光电和电光转化。可以减少光电变换的损伤，提高信号质量。
- 运行与信号速率无关。光交换机仅仅是将光信号反射而不考虑速率，设备速率可随传输速率的扩展而扩展。可以不受电交换时电子器件速度的限制，提高信号交换的速度。
缺点
- 扩展性差。这些架构最多提供数千个交换端口，无法实现服务器级的全光互连。在这些网络中，仍然需要使用少量电交换机完成机架内互连或簇内互连。
- 全光器件发展不成熟。缺乏深度和快速光记忆器件，且光器件的集成度较低。
传统树型拓扑——新型拓扑
传统树型拓扑
流量汇聚问题：核心层交换设备需要处理大量来自底层的数据，从而使得根节点处的链路带宽成为制约整个网络性能的通信瓶颈。
Fat-tree拓扑
Fat-tree是目前主流的拓扑结构。
基本理念：使用大量低性能的交换机，构建出大规模的无阻塞网络，对于任意的通信模式，总有路径让他们的通信带宽达到网卡带宽。
缺点
- 扩展性差。扩展规模在理论上受限于核心交换机的端口数目，不利于数据中心的长期发展要求。
- 容错性差。对底层交换设备故障非常敏感，当底层交换设备故障时，难以保证服务质量。
- 东西向通信能力弱。拓扑结构的特点决定了网络不能很好的支持one-to-all及all-to-all网络通信模式，不利于部署MapReduce、Dryad等现代高性能应用，目前的数据中心通信从南北向通信向东西向通信转变。
- 交换机数量多。网络中交换机与服务器的比值较大，即使对于交换机的性能要求不高，但数量导致的网络设备成本依然很高。
Dcell、Bcube
以交换机为中心的拓扑结构不适合进行东西向通信，因此出现了以服务器为中心的拓扑结构，如Dcell、Bcube等。
但这种结构使用的交换机数量较多，增加了设备成本。
TCP/IP——RDMA
TCP/IP
缺点：
- 高时延。TCP/IP协议栈在接收/发送报文时，内核需要做多次上下文切换，每次切换需要耗费5us~10us左右的时延。
- CPU高负载。TCP/IP网络需要主机CPU多次参与协议栈内存拷贝，网络规模越大，带宽越高，CPU在收发数据时的调度负担就越大，导致CPU持续高负载。
RDMA
优点：
- 低时延。RDMA的内核旁路机制，允许应用与网卡之间的直接数据读写，将服务器内的数据传输时延降低到接近1us。
- CPU低负载。RDMA的内存零拷贝机制，允许接收端直接从发送端的内存读取数据，极大的减少了CPU的负担，提升CPU的效率。
承载方式
Infiniband
- 封闭架构，私有协议
- 无法兼容现网，运维复杂
- 不需要设计完善的丢包保护机制，InfiniBand可以实现无损无丢包。
Ethernet
- 标准化已完成
- 兼容性好，易运维
- 需要解决丢包问题，否则RDMA性能急剧下降。————超融合数据中心网络智能无损技术。
