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数据在 TCP/IP 网络上传输获得的 “尽力而为” 承诺的时间在端到端时延中占比太大#xff0c;以至于针对 TCP/IP 的…题目用 “与” 而不是 “是” 连接两名词说明它们天然互斥就比如看到 “经理与人” 自然而然的就会觉得经理接近了神。
数据在 TCP/IP 网络上传输获得的 “尽力而为” 承诺的时间在端到端时延中占比太大以至于针对 TCP/IP 的传输优化存在一个很低的上限甚至说 TCP/IP 不可优化。
可以这样理解数据在主机生成直到网卡发送的时间是 ns 级(至多 us 级)数据被目标主机网卡接收直到被消费的时间亦 ns 级在这期间的网络传输时间却没有任何保底承诺且没有任何反馈承诺这个时间从 us 到 s 不等如此大的时延抖动跨度任何附加手段均无能为力即使最大强度最理想的流控和拥塞控制附加其上也只能将抖动压缩至 5~10ms这对于 400Gbps 高速网络依然不可接受这是 TCP/IP 网络的属性而非缺陷。
想获得极致性能(高吞吐低时延us 级抖动)TCP/IP 向左你向右。
问题显然就是沙漏模型。胖端瘦网模型的意思是将控制全部移到主机网络只负责无状态尽力而为转发这种转发方案就是经典的 “基于最短路径的逐跳转发”。几乎所有优化都是在修补这个转发方案缺失的部分
无状态到有状态优先级队列状态队列数据包分类调度逐跳转发到虚电路转发MPLSSRSRv6最短路径到多路径ECMPMP-XX概率路由无反馈到反馈ECN INT(Inband network telemetry)PFC…
但这些线性扩展行为从没有给出系统化解释这就像分析农业或城市起源的单一原因一样注定失败。另一方面在尽力而为网络构建一个全新的传输框架时会同时遇到兼容松散控制和无法获得信息这一推一拉的双面打击你只能相信最短路径又无法获得任何可承诺的信息什么都做不了。
向右走那么构建胖网络。但切忌在现有架构上增加更复杂更智能的算法到头来只是在寒冬给瘦网络提供了一件更厚的羽绒服而已只是有了更稳固的支撑而不是获得了天然御寒的能力。
网络的核心是拓扑只有基于全互联规则拓扑构建的网络才能彻底打破僵局。该基础上的协议自然利用该基础的特征而不是 IP 4-layer-port 的 tuple 特征在此基础上构建的交换机虽然还是交换机但已经与以太网交换机有了本质不同。
仅举一例单元非仅此一例。对比 NVSwitch 和以太网交换机为防止端口 HoL 造成排队拥塞两类交换机可基于同样的思路构建 VOQ但本质区别在于实现的成本不同
NVSwitch直接通过内存地址映射如 0x1000-0x2000 → 映射到 NVSwitch 的 VOQ_GPU0_Chunk1以太网交换机包分类算法将提取包 tuple 信息将其映射需要复杂的算法权衡时空交换利弊
很容易看到 “哪里不行补哪里” 的哲学NVSwitch 以 GPU 内存事务为中心而以太网交换机以网络传输协议为中心 一个类比尽力而为网络就像我们曾经拿着地图找路或一步一问路到达目的地智能全在我们自己而高速网络正适合我们如今叫网约车或开车导航到目的地我们什么都不用管。
此前我提到等流长的数据在主机端自觉进入不同的队列(参见 数据中心隔离大象流隔离网络流量)而不是让交换机分类遭到了一众票嘲讽我用不回应来回应。很多人仍将注意力集中在 “如何分类数据包” 上觉得只是将分类的工作从交换机转移到了主机所以根本不知道我在说什么其实我的意思是将网络关注的中心从数据包转移到业务这就好理解了。数据流多大规模应用程序自己知道所以无需任何算法启发分类各就各位即可。
换句话说让交换机看到的和业务看到的是同一个东西就是了这就将整个网络汇集到了同一个命名空间其实它们本来就在同一个命名空间是 TCP/IP 隔离了它们我们习惯了这种隔离而已。
看到同一个命名空间高速网络非常清除数据的 sender 和 receiver 要干什么交换机同样非常清除每个节点在阵列中如何等价多路径可达那么聚合带宽的力量便不可小觑如果出现多对一的 incast交换机显然知道如何在多条路径均衡分发流量甚至知道如何错开它们(比如暂存 VOQ?)。
由于直接映射业务命名空间而不是数据包序列空间便可直接聚合带宽而不会面临聚合吞吐时必将面临的重排序等 HoL 问题若映射数据包序列空间则必须关注网络保序因为在提交业务前必须终结网络数据包的保序承诺若不跳跳谨慎保序重排序压力将会压垮接收端主机。
传统网络数据包汇总了业务但也隔离了业务网络只能看到数据包而数据包在 TCP/IP 网络设计之初就是适配最短单路径的这直接阻碍了在传统网络进行多路径传输。
类似乱序重排问题传统网络极力用精巧的算法弥补信息的缺失然而要 O ( 1 ) O(1) O(1) 还是要用空间来换传统网络只能看到映射进网络空间的数据包 tuple所有计算都基于这些 tuple 去启发每一跳引入的 1~5us 左右的计算延时就是效率低的根源这也限定了以太网的效率极限。对待高速网络交换机要去索引而不是计算形象讲就是看不同 mark 做不同动作看到 3 就直接入 3 号队列而不是基于 3 去算出队列号。
现代操作系统的 MMU 是一个极好的索引而不查找例子。另外对比 NVSwitch 和以太网交换机也是高尚的但我几乎不写技术文档此处还请自行搜索查阅。
任何 if 都要额外分支开销如果提前知道何不直接索引。关于 “交换机认业务而不是数据包” 我想再说两句。这里举些例子。
先说域名解析域名好记IP 好处理这些都是从书上学的但实际上更深层次的意义在于 IP 处理更简单而不是更快直接寻址域名肯定最快只不过人和机器都不是纯粹追求更快而是一个性价比。
再说找人用身份证号找人还是用姓名工作单位住址找人肯定是后者更快但还是一样的理由身份证就像数据包处理起来更方便统一。
再看城市道路人民大街解放大路好呢还是经三路纬五路二道街三道街好另外快速路出口数字编号好呢还是路名编号好依据上面的理由自己评判。
总而言之更快和性价比更高之间永远都在玩跷跷板要更快就直接点要更高性价比就加个中间层解耦合记住宗旨就是节约 full-mesh。
…
现在飞机逐渐点对点了枢纽大飞机慢慢退出了历史人们从选择到哪里坐枢纽大飞机中转转换为空管如何调度家门口小国际机场小飞机点对点起降。
随着资源逐渐丰富各领域都在逐渐从更高性价比向更快偏移搞高速网络的咋就是转不过来呢然而还是一边高低要抬个杠一边又舔英伟达的皮夹克。
浙江温州皮鞋湿下雨进水不会胖。
