نویسنده: اد دو، معاون و مدیر کل گروه سوئیچ و فابریک، شرکت اینتل
سیمحاسبات با صدای بلند در کنار تغییر اقتصادها و مهاجرت های صنعتی به دلیل افزایش کار از راه دور در حال رشد است. با این حال، همچنان یک چالش مهم برای ارائه دهندگان خدمات ابری (CSP) است که با افزایش ترافیک شبکه همگام شوند. علاوه بر کار از خانه، مصرف کنندگان از راحتی خرید آنلاین و همچنین سرگرمی خانگی از طریق پخش ویدیو و بازی لذت می برند. CSP ها به سرعت در حال توسعه راه حل هایی برای مبارزه با این مسئله دشوار هستند. IDC در سال جاری نسبت به سال 2021 رشد 21.7 درصدی را در هزینه‌های زیرساخت‌های ابری پیش‌بینی کرده است. دقیقاً به همین دلیل است که اینتل Intel® Intelligent Fabric را توسعه داده است – معماری که می‌تواند راه‌حل‌های پارچه مرکز داده لبه به ابر را بهینه کند که به طور خاص برای کمک به شبکه‌های امروزی برای برآورده کردن خواسته‌ها طراحی شده‌اند. از فردا به عنوان مثال برجسته این رویکرد، در پروژه اخیر دروازه ابری Sailfish، علی بابا یک دروازه ابری هوشمند قابل برنامه ریزی با P4 بر اساس قدرت و انعطاف پذیری زبان برنامه نویسی P4 و فناوری اینتل توسعه داد تا با افزایش تقاضای خریداران آنلاین همگام شود.
پس از انتقال کل تجارت الکترونیک خود به ابر عمومی در سال 2019، ترافیک در دروازه ابری علی بابا ده ها ترابیت در ثانیه افزایش یافت. پروژه Sailfish متعاقباً برای رسیدگی به ترافیک روز به روز و مقاومت در برابر بار اضافی رویدادهای اوج خرید ساخته شد. دروازه چند سرویس دهی در مقیاس ابری، چند مستاجر، با استفاده از ترکیبی از پردازنده های Intel® Xeon® Scalable و Intel® Tofino™ سوئیچ اترنت قابل برنامه ریزی ASIC تسریع می شود. این رویکرد ترکیبی سخت‌افزار/نرم‌افزار، ظرفیت مقیاس‌پذیری را در پاسخ به رشد انفجاری ترافیک فراهم می‌کند، در حالی که از تبدیل شدن دروازه به یک گلوگاه جلوگیری می‌کند – راه‌حلی که Intelligent Fabric منحصراً برای رفع آن مناسب است.
پروژه دروازه ابر Sailfish
Alibaba Cloud به عنوان یکی از بزرگترین CSP های عمومی در سراسر جهان، مجموعه کاملی از خدمات و قابلیت های ابری، از جمله محاسبات الاستیک، پایگاه داده، ذخیره سازی، مجازی سازی شبکه، محاسبات در مقیاس بزرگ، امنیت، مدیریت و برنامه های کاربردی، تجزیه و تحلیل داده های بزرگ و یادگیری ماشینی را ارائه می دهد. خدمات پلت فرم چنین پایگاه مصرف کننده بزرگ و در حال گسترش منجر به افزایش شدید هزینه ها و ناکارآمدی های عملیاتی می شود. این امر باعث شد که تیم علی بابا به دنبال رویکردی جدید برای افزایش عملکرد سرورهای درون یک کلاستر باشد و در عین حال از جداول ارسال بزرگ مورد نیاز برای یک دروازه چند مستاجر پشتیبانی کند.
محققان Alibaba پروژه Sailfish خود را در رویداد SIGCOMM در سال 2021 ارائه کردند. هدف رویکرد چند وجهی بهبود کارایی تحقیق و توسعه عناصر شبکه خدمات لایه بالایی با استفاده از طراحی مشترک سخت افزار/نرم افزار برای اشتراک جدول، تقسیم جدول افقی در میان خوشه های دروازه و فشرده سازی جدول آگاه از خط لوله برای یک گره واحد. دروازه ابر خود روی چندین لایه مجزا اجرا می شود. هواپیمای ارسال بر روی یک لایه اساسی از زیرساخت فیزیکی شبکه ساخته شده است. زیرساخت سخت‌افزار/نرم‌افزار یکپارچه پلتفرم ارسال سخت‌افزار Sailfish مبتنی بر پردازنده‌های اینتل Xeon Scalable با کارایی بالا و سوئیچ‌های اترنت قابل برنامه‌ریزی اینتل Tofino است. این ترکیب استادانه منجر به اولین دروازه ابری مبتنی بر P4 در صنعت شد. این پلتفرم سیستم را برای مقاومت در برابر ترافیک ساعت اوج در جشنواره‌های خرید آنلاین بزرگ با امکان ارسال کارآمد داده بین میزبان‌ها و دروازه‌های اصلی و همچنین حمل ده‌ها ترابیت بر ثانیه ترافیک در یک خوشه تقویت می‌کند.
استفاده از عملکرد مبتنی بر معماری اینتل
همانطور که اشاره شد، طراحی مشترک سخت افزار/نرم افزار یکی از اصول اصلی رویکرد علی بابا است. دروازه ابری Sailfish از ترکیبی از یک دروازه سخت افزاری و یک دروازه نرم افزاری ساخته شده است.
دروازه سخت افزاری از طریق سوئیچ اترنت قابل برنامه ریزی ASIC اینتل Tofino امکان پذیر شده است. سوئیچ اینتل Tofino از معماری سوئیچ مستقل از پروتکل (PISA) برای افزایش کنترل و دقت بر ارسال بسته، سفارشی کردن پشتیبانی از پروتکل شبکه و اجرای برنامه های شبکه در داخل پارچه استفاده می کند. علاوه بر این، ماهیت P4 قابل برنامه ریزی سوئیچ Intel Tofino امکان تنظیمات به موقع را در پاسخ به حجم کاری و چالش های تجاری جدید فراهم می کند.
علی بابا از فضای بزرگ حافظه و قابلیت برنامه ریزی یک دروازه نرم افزاری در GateWay توسعه پذیر خود (XGW) استفاده کرد. XGW مبتنی بر نسل دوم پردازنده‌های اینتل Xeon Scalable است که پلتفرم‌های قوی را برای بارهای کاری مبتنی بر داده‌ها فراهم می‌کند. معماری‌های متوازن با شتاب داخلی و قابلیت‌های امنیتی پیشرفته، از انواع بی‌شماری حجم کار و سطوح با کارایی بالا پشتیبانی می‌کنند. با استفاده از پردازنده‌های Intel Xeon Scalable، XGW علی‌بابا را می‌توان برای رفع نیازهای تجاری با استفاده از پردازنده‌های با کارایی بالاتر یا تعداد هسته‌های بالاتر مقیاس‌بندی کرد.
طراحی Sailfish، دروازه سخت افزاری را ابتدا در مسیر داده، در مقابل دروازه نرم افزار قرار می دهد. دروازه سخت افزاری تنها چند جدول مسیریابی کلیدی را ذخیره می کند که اغلب توسط اکثر ترافیک استفاده می شود. دروازه نرم افزار، جداول فرار باقیمانده که توسط بخش کوچکی از ترافیک برخورد می کنند و جداول حالت بزرگی که نمی توانند در دروازه سخت افزار فشرده شوند را نگه می دارد. پلتفرم مبتنی بر پردازنده Xeon اینتل یک راه حل عالی برای این نوع نیازهای محصول است.
برنامه دنیای واقعی
علی بابا بیش از دو سال پیش Sailfish را در مراکز داده ابری خود در سراسر جهان مستقر کرد و این دروازه در حال حاضر در برنامه های کاربردی در مقیاس بزرگ پیشرو است. تا کنون، بیش از یک میلیون کاربر را برای خدماتی از جمله ابرهای خصوصی مجازی (VPC)، آدرس‌های IP الاستیک، پهنای باند مشترک، کانال‌های پرسرعت و خدمات شبکه سازمانی ابری با موفقیت پشتیبانی کرده است. در طول این استقرار در مقیاس بزرگ، محصولات اینتل هوشمندی، عملکرد، دید و کنترل را به دروازه به ارمغان آورده اند.
Alibaba Cloud با استفاده از پیکربندی‌های مختلف برای دستیابی به عملکرد بهینه، بار ترافیک را بین خطوط لوله داده سوئیچ مختلف توزیع کرد تا تعداد ورودی‌های جدول در هر خط لوله را به نصف کاهش دهد. تیم Alibaba با استفاده از سوئیچ‌های قابل برنامه‌ریزی Tofino اینتل، ترافیک را به صورت استراتژیک بین دروازه‌های سخت‌افزار و نرم‌افزار تقسیم کرد تا بار ترافیک ابری در دروازه نرم‌افزار را کاهش دهد. این تقسیم ترافیک افقی چرخه های CPU را برای سایر عملکردهای مهم شبکه یا کسب و کار آزاد می کند.
Sailfish عملکرد بهینه‌سازی‌شده‌ای را هنگام اندازه‌گیری در برابر یک دروازه ابری مشابه فقط با نرم‌افزار ارائه می‌دهد. آزمایش‌ها نشان می‌دهد که Sailfish با موفقیت تاخیر را 95٪ به 2μs کاهش داد، توان عملیاتی را بیش از 20 برابر به 3.2 Tbps افزایش داد و افزایشی از 71x تا 1.8 Gigapacket در ثانیه با طول بسته <256 bytes¹ ارائه کرد.
این دروازه همچنین عملکرد پایداری را در محیط تولید زنده به عنوان یک نتیجه از حاشیه ایمنی بزرگ بسته‌ها ارائه می‌کند که توسط هواپیمای داده با ظرفیت بالا اینتل Tofino ارائه می‌شود. نرخ‌های افت بسته‌ها با نرخ بسیار پایین 10-11 تا 10-10 اندازه‌گیری می‌شوند، که شش مرتبه قدر کمتر از یک دروازه نرم‌افزار به تنهایی2 است.
نتیجه
رشد ترافیک شبکه، علی بابا را برانگیخت تا در طراحی دروازه ابری خود تجدید نظر کند. Sailfish با استفاده از ASIC های سوئیچ اترنت قابل برنامه ریزی Intel Tofino برای به حداکثر رساندن توان در دروازه سخت افزاری و پردازنده های Intel Xeon Scalable برای عملکرد و در دسترس بودن حافظه در دروازه نرم افزار، عملکرد توان عملیاتی مقیاس پذیر را با موفقیت ارائه می کند. Alibaba و Sailfish نمونه‌ای عالی از اینکه چگونه سرویس‌های ابری آینده می‌توانند از افزایش عملکرد و مقیاس‌پذیری طراحی مشترک سخت‌افزار/نرم‌افزار بهره ببرند، ارائه می‌دهند.
با افزایش روزانه تقاضاهای شبکه، CSP ها به دنبال راه حل های نوآورانه برای تقویت پیشنهادات خود خواهند بود. مجموعه محصولات Intelligent Fabric و پشتیبانی از فناوری‌های نرم‌افزار منبع باز، راه‌حل‌های لبه به ابر را برای پارچه‌های بهینه مرکز داده ارائه می‌دهند. با پیشرفت‌های هیجان‌انگیزتر در افق، از همه دعوت می‌کنیم تا کشف کنند که تغییر به هوش می‌تواند برای شما انجام دهد.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد دروازه نوآورانه Sailfish Intelligent Fabric و نحوه فعال کردن آن توسط سوئیچ های اترنت قابل برنامه ریزی Intel Tofino ما، خلاصه راه حل کامل Sailfish را بخوانید. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد پردازنده های Intel Xeon Scalable و دیگر فناوری های ابری Intel®، از صفحه وب Intel Cloud Computing دیدن کنید.
