数据报文的流量收敛,是指数据报文在网络转发过程中由于架构、设备等非故障原因而不能实现线速无丢包转发。在流量收敛时,网络设备会有部分端口拥塞,进而丢弃部分报文。为了能够描述不同的收敛程度,我们通常用一个系统所有南向(下行)接口的总带宽比上这个系统所有北向(上行)接口总带宽的数值来表示,我们也将这个数值称为这个系统的收敛比。
举个例子,假设你有10台服务器,每台服务器通过10GE的接口连接到一个接入交换机,那我们一共就有100G(10×10G=100G)的南向带宽。假设这台交换机还有2个40GE的接口可以用于接入到更高一层的汇聚交换机,那我们一共就有80G(2×40G=80G)的北向带宽。此时,我们得到的收敛比则是1.25:1(100G÷80G=1.25)。
需要说明的是,造成网络流量收敛的原因并不总是上述描述的这个例子,不过总的来说,我们可以将流量收敛的原因分为两类:
- 交换机不支持线速转发,在交换机内部可能形成流量收敛;
- 网络架构设计的原因,无论交换机是否线速,转发报文时也会存在流量收敛。
以下将分别以示例说明。
文中对于传输报文速率、带宽收敛等的计算没有考虑到网络层协议等开销。
交换机非线速导致的收敛
某交换机只具有8Gbps线速转发的交换能力,某时刻从交换机前12个接口向后12个接口同时转发流量,当每个接口流量均达到1Gbps时,在交换机内部一定会有拥塞,此时便形成了转发的收敛(如图4-1所示)。实际每秒交换机接收流量为12Gbps,但转发出去的报文只有8Gbps,收敛比为输入带宽(12Gbps)÷输出带宽(8Gbps)=1.5:1。
网络设计导致的收敛
如图4-2所示,4台服务器分别通过10GE链路连接接入交换机,接入交换机通过1条25GE链路连接核心交换机。即接入交换机的下行带宽为40Gbps,接入交换机的上行带宽为25Gbps。下上行链路收敛比为下行带宽(40Gbps)÷上行带宽(25Gbps)=1.6:1。
当然,最理想的收敛比是1:1。但是我们也会注意到,低收敛比的设计意味着选用更高上行端口带宽的设备,这意味着更多的投入;如果在不计成本的情况下,1:1的收敛比是我们都期望能实现的。另外一方面,我们的服务器也不是每时每刻都工作在高负荷下,占用100%的带宽,这意味着即使不是1:1的收敛比,也不是就一定会出现数据报文因拥塞丢包,业务仍可以正常运行。因此,找到这两者之间的平衡,找到最适合的收敛比,就显得十分有必要。
收敛比反映了一个网络线速转发流量的能力,因此通常我们会把收敛比作为衡量一个高性能网络的因素来考虑。一般在园区网,由于流量压力不大,园区网网络一般都会存在较大的流量收敛;但在数据中心网络,由于其对性能要求高,流量收敛的设计就十分重要。