在部署數(shù)據(jù)中心解決方案時，有一個重要的問題不容忽視——擁塞控制：用戶的隨機訪問性使得某一條鏈路或某一路服務(wù)產(chǎn)生擁塞，擁塞的結(jié)果就會使得業(yè)務(wù)應(yīng)用變慢，甚至失敗。
　
      1 引言

　　互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展及人們對信息處理的迅猛需求加速了數(shù)據(jù)中心在各個行業(yè)的部署與應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心這種集中式的應(yīng)用便利了數(shù)據(jù)的存儲與共享、增強和整合業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全管理、數(shù)據(jù)容災(zāi)與備份等。但在部署數(shù)據(jù)中心解決方案時，有一個重要的問題不容忽視——擁塞控制：用戶的隨機訪問性使得某一條鏈路或某一路服務(wù)產(chǎn)生擁塞，擁塞的結(jié)果就會使得業(yè)務(wù)應(yīng)用變慢，甚至失敗。

　　2 數(shù)據(jù)中心及擁塞機制分析

　　數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的典型特征就是業(yè)務(wù)應(yīng)用的匯聚與集中，利用高性能的交換機/路由器構(gòu)建數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與交換核心及接入網(wǎng)絡(luò)，連接起終端用戶和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心部署中，應(yīng)用系統(tǒng)處理能力可以預(yù)計且加以增強，數(shù)據(jù)通信及交換系統(tǒng)也可以擴充以增加更多的帶寬，但是仍然無法避免多路用戶訪問而造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，這種擁塞是隨機且不可避免的：一些用戶可能通過交換機下載文件，另外一些用戶也可能通過同樣的端口進行數(shù)據(jù)計算，當需求的帶寬超過端口的轉(zhuǎn)發(fā)能力時，擁塞就會產(chǎn)生。
　　當擁塞產(chǎn)生時，用戶的直接感受就是業(yè)務(wù)應(yīng)用或資源訪問變慢，甚至失敗;從傳輸層TCP/UDP來看則是報文延時、重傳甚至丟失;而在MAC鏈路層，數(shù)據(jù)包因為擁塞就會被緩存、排隊，也可能因為隊列滿而被丟棄。因此，由于擁塞不能避免，對于交換機的緩存管理及擁塞處理能力要求相當重要，它能使擁塞發(fā)生時對業(yè)務(wù)及用戶的影響風(fēng)險減到最小。

　　3 交換機/路由器擁塞分析

　　交換機/路由器端口間的鏈路通常都能達到線速，常規(guī)的L2/L3測試已經(jīng)覆蓋了這些項目，但如果訪問存在多對一的情況，如12個GE端口的入口流量流向1個10GE出端口，出口會發(fā)生擁塞，在L2/L3的測試表現(xiàn)上，出口帶寬還是在10G的速率上;但在應(yīng)用層的表現(xiàn)上，應(yīng)用層業(yè)務(wù)的有效帶寬肯定會明顯降低。當DUT因為擁塞發(fā)生丟包時，應(yīng)用層業(yè)務(wù)如TCP就會存在等待、延時及重傳等相關(guān)的數(shù)據(jù)保護措施，這些重傳及等待不僅造成有效帶寬降低，產(chǎn)生了大量的無效帶寬，而且使得L2/L3的轉(zhuǎn)發(fā)能力降低，浪費了鏈路的帶寬。而且，擁塞越嚴重，有效帶寬降低越明顯。
　　目前的交換機/路由器設(shè)備基本上是屬于存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式(Store and Forwarding/LIFO)，報文進入設(shè)備后，從一個芯片的緩存轉(zhuǎn)發(fā)到其它芯片上的緩存(如果基于NP/CPU轉(zhuǎn)發(fā)，就會多了一層CPU的隊列轉(zhuǎn)發(fā))，再從緩存中進入轉(zhuǎn)發(fā)隊列，并從目的地端口上轉(zhuǎn)發(fā)出去;緩存的分配包括配置到端口的緩存及公共緩存。設(shè)備緩存的大小及隊列調(diào)度能力會體現(xiàn)在對于擁塞的處理能力上。這種能力不僅僅表現(xiàn)在擁塞的處理上，而且報文在緩存中的排隊效率也會影響應(yīng)用層的性能。通過增加緩存可以減小擁塞時處理能力，但這方面會增加硬件成本。另外，過多的緩存會增加報文轉(zhuǎn)發(fā)的時延，從而也會影響應(yīng)用層的性能。緩存及漏斗的粒度控制也會對不同幀長度的報文轉(zhuǎn)發(fā)存在不同的影響。緩存的分配與隊列管理要基于效率與公平的原則，既要保證端口擁塞處理的性能需要，也要保證嚴重擁塞產(chǎn)生時不相關(guān)的端口被阻塞甚至得不到調(diào)度而餓死。

　　4 擁塞處理能力評估

　　如何評估測試設(shè)備的擁塞處理能力及隊列調(diào)度能力？傳統(tǒng)的測試方法包括RFC2544的Back-to-Back，RFC2889的Congestion Control Test，但這些傳統(tǒng)的L2/L3測試手段首先只能是局部地測試設(shè)備的幾個端口，另外測試結(jié)果也只是一個量值，無法將其跟真實的業(yè)務(wù)表現(xiàn)關(guān)聯(lián)起來，而且難以與同類產(chǎn)品進行比較。
　　在數(shù)據(jù)中心的實際應(yīng)用中，最重要的是用戶體驗，也就是用戶的真實感受。傳統(tǒng)的測試情況下，設(shè)備測試的結(jié)果是一個測試很好的指標，而到用戶真實應(yīng)用時，可能會是一個糟糕的情景。因此，改正測試方法，直接采用真實的業(yè)務(wù)進行測試，盡量接近用戶行為和體驗，讓測試變得更加真實，是一個發(fā)展方向。通過真實的FTP/Http L4~L7層業(yè)務(wù)，根據(jù)測試的最終有效帶寬就可以得出設(shè)備在真實應(yīng)用中的轉(zhuǎn)發(fā)性能情況，所見即所得。事實上，目前在數(shù)據(jù)中心的驗收或選型測試中，對于擁塞性能或緩存性能的測試比較流行的方法是：通過部署大量的服務(wù)器連接交換機/路由器設(shè)備，并在服務(wù)間運行真實的業(yè)務(wù)，如FTP或Iperf軟件，來測量最終的有效帶寬。

　　5 TestCenter HyperMetrics CM板卡的真實性測試

　　通過構(gòu)建大量的服務(wù)器連接DUT(交換機/路由器)，并在拓撲造成DUT發(fā)生擁塞，這是一種真實的L4~L7應(yīng)用測試模型，也是一個很好的測試方法。但對于設(shè)備廠商來說，在實驗室中擺開幾十臺服務(wù)器來測試這項功能，不僅管理起來費事，而且沒法移動和復(fù)制，從成本上來說也是一項不小的投資。
　　Hypermetrics-CM板卡則能提供一個很好的測試方案：首先CM卡能夠產(chǎn)生真實的應(yīng)用層業(yè)務(wù)，CM卡上的端口既可以模擬成大量的服務(wù)器以供真實的PC客戶端訪問，也可以模擬大量的客戶端去訪問真實的服務(wù)器，且應(yīng)用層協(xié)議棧的實現(xiàn)與真實的業(yè)務(wù)一致;其次，CM卡能產(chǎn)生GE線速的應(yīng)用層流量，滿足了測試中的高帶寬要求;再者，多達12個端口的高密度CM卡則能夠同時模擬12臺Client/Server，解決了測試中的大規(guī)模部署問題。