​本着“将通信科普到底”的再聊中心原则 ，今天，数据我再继续聊一下这个话题。网络

故事还是再聊中心要从头开始说起。

1973年夏天，数据两名年轻的网络科学家（温顿·瑟夫和罗伯特卡恩）开始致⼒于在新⽣的计算机⽹络中，寻找⼀种能够在不同机器之间进行通讯的再聊中心⽅法
。

不久后
，数据在一本黄⾊的网络便签本上 ，他们画出了TCP/IP协议族的再聊中心原型 
。云计算

几乎在同时，数据施乐公司的网络梅特卡夫和博格思，发明了以太网（Ethernet）。再聊中心

我们现在都知道，数据互联网的网络最早原型 ，是老美搞出来的ARPANET（阿帕网）。

ARPANET最开始用的协议超烂 ，满足不了计算节点规模增长的需求。于是 ，源码库70年代末 ，大佬们将ARPANET的核心协议替换成了TCP/IP（1978年）。

进入80年代末 ，在TCP/IP技术的加持下
，ARPANET迅速扩大
，并衍生出了很多兄弟姐妹 。这些兄弟姐妹互相连啊连啊  ，就变成了举世闻名的互联网。

可以说 ，TCP/IP技术和以太网技术
，是互联网早期崛起的基石。亿华云它们成本低廉 ，结构简单 ，便于开发、部署 ，为计算机网络的普及做出了巨大贡献 。

但是后来 ，随着网络规模的急剧膨胀 ，传统TCP/IP和以太网技术开始显现疲态，无法满足互联网大带宽、高速率的发展需求 。

最开始出现问题的，建站模板是存储 。

早期的存储 ，大家都知道，就是机器内置硬盘 ，通过IDE、SCSI、SAS等接口 ，把硬盘连到主板上，通过主板上的总线（BUS），实现CPU、内存对硬盘数据的存取 。模板下载

后来 ，存储容量需求越来越大，再加上安全备份的考虑（需要有RAID1/RAID5） ，硬盘数量越来越多 ，若干个硬盘搞不定，服务器内部也放不下 。于是，就有了磁阵。

磁阵，磁盘阵列

磁阵就是专门放磁盘的设备，一口子插几十块那种 。

硬盘数据存取 ，服务器租用一直都是服务器的瓶颈 。开始的时候 ，用的是网线或专用电缆连接服务器和磁阵，很快发现不够用。于是，就开始用光纤。这就是FC通道（Fibre Channel
，光纤通道） 
。

2000年左右，光纤通道还是比较高大上的技术 ，成本不低。

当时，公共通信网络（骨干网）的光纤技术处于在SDH 155M、622M的阶段 ，2.5G的SDH和波分技术才刚起步，没有普及 。后来
，光纤才开始爆发 ，容量开始迅速跃升，向10G（2003）、40G（2010） 、100G（2010） 、400G（现在）的方向发展。

光纤不能用于数据中心的普通网络 ，那就只能继续用网线 ，还有以太网。

好在那时服务器之间的通信要求还没有那么高 。100M和1000M的网线 ，勉强能满足一般业务的需求。2008年左右 ，以太网的速率才勉强达到了1Gbps的标准。

2010年后，又出幺蛾子。

除了存储之外，因为云计算 、图形处理、人工智能
、超算还有比特币等乱七八糟的原因 ，人们开始盯上了算力。

摩尔定律的逐渐疲软，已经无法支持CPU算力的提升需求。牙膏越来越难挤 ，于是 ，GPU开始崛起。使用显卡的GPU处理器进行计算 ，成为了行业的主流趋势 。

​得益于AI的高速发展，各大企业还搞出了AI芯片 、APU、xPU啊各自五花八门的算力板卡。

算力极速膨胀（100倍以上）
 ，带来的直接后果，就是服务器数据吞吐量的指数级增加。

除了AI带来的变态算力需求之外，数据中心还有一个显著的变化趋势 ，那就是服务器和服务器之间的数据流量急剧增加。

互联网高速发展  、用户数猛涨，传统的集中式计算架构无法满足需求 ，开始转变为分布式架构 。

举例来说 ，现在618 ，大家都在血拼。百八十个用户 ，一台服务器就可以，千万级亿级
，肯定不行了。所以 ，有了分布式架构，把一个服务，放在N个服务器上，分开算。

分布式架构下，服务器之间的数据流量大大增加了 。数据中心内部互联网络的流量压力陡增
，数据中心与数据中心之间也是一样。

这些横向（专业术语叫东西向）的数据报文，有时候还特别大，一些图形处理的数据，包大小甚至是Gb级别 。

综上原因 ，传统以太网根本搞不定这么大的数据传输带宽和时延（高性能计算 ，对时延要求极高）需求。所以，少数厂家就搞了一个私有协议的专用网络通道技术 
，也就是Infiniband网络（直译为“无限带宽”技术
，缩写为IB）
。

FC vs IB vs 以太网

IB技术时延极低
，但是造价成本高
，而且维护复杂，和现有技术都不兼容。所以，和FC技术一样，只在特殊的需求下使用。

算力高速发展的同时，硬盘不甘寂寞 ，搞出了SSD固态硬盘，取代机械硬盘。内存嘛，从DDR到DDR2、DDR3、DDR4甚至DDR5 ，也是一个劲的猥琐发育，增加频率，增加带宽
。

处理器、硬盘和内存的能力爆发，最终把压力转嫁到了网卡和网络身上 。

学过计算机网络基础的同学都知道 ，传统以太网是基于“载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）”的机制
，极容易产生拥塞 ，导致动态时延升高，还经常发生丢包 
。

TCP/IP协议的话，服役时间实在太长，都40多年的老技术了
，毛病一大堆 。

举例来说，TCP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。另外，还需要至少三次的数据拷贝和依赖CPU进行协议封装。

这些协议处理时延加起来，虽然看上去不大 ，十几微秒 ，但对高性能计算来说 ，是无法忍受的。

除了时延问题外，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。

按照业界测算数据 ：每传输1bit数据需要耗费1Hz的CPU ，那么当网络带宽达到25G以上（满载）的时候 ，CPU要消费25GHz的算力，用于处理网络 。大家可以看看自己的电脑CPU ，工作频率是多少。

那么 ，是不是干脆直接换个网络技术就行呢 ？​

不是不行，是难度太大。

CPU、硬盘和内存，都是服务器内部硬件，换了就换了  ，和外部无关。

但是通信网络技术 ，是外部互联技术 ，是要大家协商一起换的。我换了 ，你没换，网络就嗝屁了 。

全世界互联网同时统一切换技术协议
，你觉得可不可能？

不可能 。所以，就像现在IPv6替换IPv4，就是循序渐进 ，先双栈（同时支持v4和v6），然后再慢慢淘汰v4。

数据中心网络的物理通道 ，光纤替换网线，还稍微容易一点，先小规模换，再逐渐扩大。换了光纤后  ，网络的速度和带宽上的问题
，得以逐渐缓解。

网卡能力不足的问题
，也比较好解决 。既然CPU算不过来
 ，那网卡就自己算呗。于是，就有了现在很火的智能网卡。某种程度来说 ，这就是算力下沉。

搞5G核心网的同事应该很熟悉
，5G核心网媒体面网元UPF，承担了无线侧上来的所有业务数据，压力极大 。

现在，UPF网元就采用了智能网卡技术 ，由网卡自己进行协议处理，缓解CPU的压力
，流量吞吐还更快
。

如何解决数据中心通信网络架构的问题呢
 ？专家们想了半天 ，还是决定硬着头皮换架构。他们从服务器内部通信架构的角度 ，重新设计一个方案
 。

在新方案里 ，应用程序的数据  ，不再经过CPU和复杂的操作系统，直接和网卡通信 。

这就是新型的通信机制——RDMA（Remote Direct Memory Access
，远程直接数据存取）。

RDMA相当于是一个“消灭中间商”的技术，或者说“走后门”技术。

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。同时，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
。RDMA的能力远远强于TCP/IP，逐渐成为主流的网络通信协议栈
 ，将来一定会取代TCP/IP。

RDMA有两类网络承载方案
，分别是专用InfiniBand和传统以太网络。

RDMA最早提出时 ，是承载在InfiniBand网络中。​

但是，InfiniBand是一种封闭架构  ，交换机是特定厂家提供的专用产品，采用私有协议，无法兼容现网 ，加上对运维的要求过于复杂 ，并不是用户的合理选择。

于是，专家们打算把RDMA移植到以太网上 。

比较尴尬的是，RDMA搭配传统以太网，存在很大问题 。

RDMA对丢包率要求极高
。0.1%的丢包率，将导致RDMA吞吐率急剧下降
。2%的丢包率，将使得RDMA的吞吐率下降为0
。

InfiniBand网络虽然贵，但是可以实现无损无丢包。所以RDMA搭配InfiniBand，不需要设计完善的丢包保护机制。

现在好了，换到传统以太网环境，以太网的人生态度就是两个字——“摆烂”
。以太网发包，采取的是“尽力而为”的原则 ，丢包是家常便饭，丢了就再传。

于是，专家们必须解决以太网的丢包问题，才能实现RDMA向以太网的移植 。再于是 ，就有了前天文章提到的，华为的超融合数据中心网络智能无损技术。

说白了 ，就是让以太网做到零丢包，然后支撑RDMA。有了RDMA，就能实现超融合数据中心网络。

关于零丢包技术的细节
，我不再赘述
，大家看前天那篇文章（再给一遍链接 ：这里​）。

值得一提的是，引入AI的网络智能无损技术是华为的首创 ，但超融合数据中心，是公共的概念。除了华为之外 ，别的厂家（例如深信服 、联想等）也讲超融合数据中心 ，而且，这个概念在2017年就很热了。

什么叫超融合？

准确来说 ，超融合就是一张网络，通吃HPC高性能计算、存储和一般业务等多种业务类型。处理器、存储、通信 ，全部都是超融合管理的资源，大家平起平坐  。

超融合不仅要在性能上满足这些低时延 、大带宽的变态需求 ，还要有低成本
，不能太贵，也不能太难维护。

未来，数据中心在整体网络架构上，就是叶脊网络一条路走到黑（到底什么是叶脊网络？​）。路由交换调度上，SDN、IPv6 、SRv6慢慢发展。微观架构上，RDMA技术发展，替换TCP/IP 。物理层上，全光继续发展 ，400G 、800G 、1.2T…我个人臆测，目前电层光层的混搭 ，最终会变成光的大一统。光通道到全光交叉之后，就是渗透到服务器内部，服务器主板不再是普通PCB，而是光纤背板 。芯片和芯片之间 ，全光通道。芯片内部
，搞不好也是光 。

路由调度上，以后都是AI的天下，网络流量啊协议啊全部都是AI接管 ，不需要人为干预。大量的通信工程师下岗 。

好了 ，关于数据中心通信网络的介绍就是这么多。不知道大家这次有没有看明白 ？

没看明白的话  ，就再看一次。​