雲數據中心網絡技術 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

　　雲網絡背景概述，闡述瞭原有網絡技術如何嚮分布式、基於雲的網絡發展

　　剖析雲網絡關鍵組件：交換結構技術，拓撲結構，網絡標準

　　瞭解架構的發展、數據中心自動化、高性能計算、大數據分析等，展望雲網絡數據中心的未來

　　展示英特爾公司網絡團隊的前沿交換結構技術細節

內容簡介

作者簡介

　　GaryLee，自1981年起一直在半導體行業工作。1996年，他在Vitesse半導體公司領導開發瞭采用設備間同步高速串行互連技術的交換結構芯片組。在Vitesse公司和Xyratex公司擔任交換結構設計師期間，他還參與設計瞭采用PCIExpress接口的交換機芯片。2007年，他加入在麵嚮數據中心市場的10GbE低延遲交換機芯片領域居於領先地位的創業公司FulcrumMicrosystems。在2011年該公司被英特爾公司收購之後，他供職於英特爾公司網絡部。過去7年裏，GaryLee一直從事數據中心網絡解決方案的技術營銷工作，撰寫瞭40多本相關白皮書。

內頁插圖

精彩書評

　　本書對幕後的雲技術提供瞭很棒的概覽，而且是用非技術性語言撰寫而成的，讓非技術讀者也能很好地理解。

　　——Computing Reviews

　　本書涵蓋瞭在雲數據中心網絡設計中需要考慮到的一切重要方麵……是對雲網絡技術和其他相關主題的全麵迴顧。

　　——IEEE Communications Magazine，2015年2月號

目錄

第1章　歡迎來到雲網絡　　1

1.1　介紹　　1

1.2　網絡基礎　　2

1.2.1　網絡協議棧　　2

1.2.2　包與幀　　3

1.2.3　網絡設備　　3

1.2.4　互連　　4

1.3　什麼是雲數據中心　　4

1.4　什麼是雲網絡　　5

1.5　雲網絡的特徵　　5

1.5.1　以太網的使用　　5

1.5.2　虛擬化　　6

1.5.3　融閤　　6

1.5.4　可擴展性　　7

1.5.5　軟件　　7

1.6　本書概要　　8

第2章　數據中心的演變：從大型機到雲 　　9

2.1　數據中心的演變　　9

2.1.1　早期的大型機　　10

2.1.2　小型機　　10

2.1.3　服務器　　11

2.1.4　企業數據中心　　11

2.1.5　雲數據中心　　12

2.1.6　虛擬化數據中心　　13

2.2　計算機網絡　　14

2.2.1　專用鏈路　　14

2.2.2　ARPANET　　14

2.2.3　TCP/IP　　15

2.2.4　多協議標簽交換　　16

2.2.5　SONET/SDH　　17

2.2.6　異步傳輸模式　　18

2.2.7　令牌環/ 令牌總綫　　19

2.2.8　以太網　　20

2.2.9　光縴信道　　20

2.2.10　InfiniBand　　20

2.3　以太網　　21

2.3.1　以太網的曆史　　21

2.3.2　以太網綜述　　22

2.3.3　電信級以太網　　23

2.4　企業VS.雲數據中心　　25

2.4.1　企業數據中心網絡　　25

2.4.2　雲數據中心網絡　　26

2.5　遷移到雲　　27

2.5.1　驅動力　　28

2.5.2　雲的類型　　29

2.5.3　公有雲服務　　30

2.6　本章迴顧　　31

第3章　交換結構技術　　32

3.1　交換結構架構概述　　32

3.1.1　共享總綫架構　　33

3.1.2　共享總綫的性能缺陷 　　33

3.1.3　共享內存架構　　34

3.1.4　共享內存的性能缺陷 　　34

3.1.5　縱橫式交換機　　35

3.1.6　縱橫式交換機的性能缺陷　　36

3.1.7　同步串行交換　　36

3.1.8　同步串行架構的性能缺陷　　37

3.2　交換結構的拓撲結構　　37

3.2.1　環型拓撲結構　　38

3.2.2　網狀拓撲結構　　38

3.2.3　星型拓撲結構　　39

3.2.4　胖樹拓撲結構　　40

3.3　擁塞管理　　41

3.3.1　擁塞的原因　　41

3.3.2　負載均衡算法　　42

3.3.3　通信量緩衝　　43

3.4　流量控製　　44

3.4.1　鏈路級流量控製　　44

3.4.2　虛擬輸齣隊列　　46

3.4.3　多級交換結構流量控製 　　47

3.5　通信量管理　　48

3.5.1　幀分類引擎　　48

3.5.2　多級調度　　48

3.5.3　通信量調整　　50

3.6　交換機芯片架構示例　　51

3.6.1　基於信元的設計　　51

3.6.2　輸入輸齣排隊設計　　53

3.6.3　輸齣排隊共享內存設計 　　54

3.7　本章迴顧　　56

第4章　雲數據中心網絡拓撲結構　　57

4.1　傳統多層企業級網絡　　57

4.1.1　成本因素　　57

4.1.2　性能因素　　59

4.2　數據中心網絡交換機類型　　60

4.2.1　虛擬交換機　　60

4.2.2　ToR 交換機　　61

4.2.3　EoR 交換機　　63

4.2.4　結構擴展器　　64

4.2.5　匯聚交換機與核心交換機　　64

4.3　扁平化數據中心網絡　　65

4.3.1　數據中心通信模式　　65

4.3.2　ToR 交換機功能　　67

4.3.3　核心交換機功能　　68

4.4　機架規模架構　　70

4.4.1　資源的分布　　71

4.4.2　微型服務器　　72

4.5　網絡功能虛擬化　　73

4.6　本章迴顧　　75

第5章　數據中心網絡標準　　76

5.1　以太網數據速率標準　　76

5.1.1　10GbE　　77

5.1.2　40GbE和100GbE　　77

5.2　虛擬局域網　　78

5.3　數據中心橋接　　79

5.3.1　基於優先權的流量控製 　　80

5.3.2　增強傳輸選擇　　81

5.3.3　量化擁塞通知　　83

5.3.4　數據中心橋接交換協議 　　84

5.4　提高網絡帶寬　　84

5.4.1　生成樹　　85

5.4.2　等價多路徑路由　　85

5.4.3　最短路徑橋接　　86

5.4.4　多鏈路透明互聯　　87

5.5　遠程直接內存訪問　　88

5.5.1　數據中心需求　　89

5.5.2　互聯網廣域RDMA協議　　89

5.5.3　融閤以太網上的RDMA 　　90

5.6　本章迴顧　　90

第6章　服務器虛擬化與網絡　　92

6.1　虛擬機概述　　92

6.1.1　管理程序　　93

6.1.2　VMware　　94

6.1.3　微軟　　94

6.2　虛擬交換　　94

6.2.1　vSphere分布式交換機 　　95

6.2.2　Hyper-V虛擬交換機　　96

6.2.3　Open vSwitch　　97

6.2.4　虛擬機設備隊列　　97

6.3　PCIe接口　　98

6.3.1　背景知識　　99

6.3.2　單根IO虛擬化　　100

6.3.3　多根IO虛擬化　　102

6.4　邊緣虛擬橋接　　102

6.4.1　虛擬以太網端口聚閤 　　103

6.4.2　虛擬網絡標簽　　104

6.4.3　行業應用　　104

6.5　虛擬機遷移　　105

6.5.1　內存遷移　　105

6.5.2　網絡遷移　　106

6.5.3　供應商解決方案　　107

6.6　本章迴顧　　108

第7章　網絡虛擬化　　109

7.1　多租戶環境　　109

7.1.1　網絡需求　　110

7.1.2　MAC地址學習　　110

7.2　傳統網絡隧道協議　　111

7.2.1　Q-in-Q　　111

7.2.2　MPLS　　112

7.2.3　VN-Tag　　113

7.3　VXLAN　　114

7.3.1　幀格式　　114

7.3.2　VTEP封裝　　115

7.3.3　VTEP拆封　　116

7.4　NVGRE　　117

7.4.1　通用路由封裝　　118

7.4.2　幀格式　　118

7.4.3　NVE 封裝　　118

7.4.4　NVE 拆封　　119

7.5　隧道位置　　120

7.5.1　虛擬交換機　　121

7.5.2　網卡　　121

7.5.3　ToR交換機　　121

7.6　負載均衡　　122

7.6.1　基於散列的算法　　122

7.6.2　等價多路徑路由　　123

7.7　本章迴顧　　124

第8章　存儲網絡　　125

8.1　存儲器背景知識　　125

8.1.1　存儲層次結構　　126

8.1.2　硬盤驅動器　　127

8.1.3　閃存　　127

8.1.4　直連存儲　　128

8.1.5　存儲區域網絡　　129

8.1.6　網絡連接存儲　　130

8.2　高級存儲技術　　130

8.2.1　對象存儲和元數據　　131

8.2.2　數據保護與恢復　　131

8.2.3　重復數據刪除　　134

8.3　存儲通信協議　　135

8.3.1　SCSI　　135

8.3.2　SATA　　135

8.3.3　SAS　　136

8.3.4　光縴信道　　137

8.4　網絡融閤　　138

8.4.1　需求　　138

8.4.2　網絡文件係統和服務器消息塊　　139

8.4.3　iSCSI　　139

8.4.4　FCoE　　140

8.4.5　行業應用　　142

8.5　軟件定義存儲　　142

8.5.1　存儲抽象　　142

8.5.2　存儲虛擬化　　143

8.5.3　開放接口　　143

8.6　雲數據中心存儲　　143

8.6.1　分布式存儲　　143

8.6.2　數據中心POD　　144

8.6.3　機架規模架構　　144

8.7　本章迴顧　　146

第9章　軟件定義網絡　　147

9.1　數據中心軟件背景知識　　147

9.1.1　傳統數據中心網絡軟件　　148

9.1.2　不斷發展的數據中心需求　　148

9.1.3　應用程序編程接口　　148

9.1.4　軟件定義數據中心　　149

9.2　OpenStack　　150

9.3　OpenFlow　　151

9.3.1　Open API　　153

9.3.2　轉發錶的實現　　153

9.3.3　行業應用　　154

9.4　網絡功能虛擬化　　154

9.4.1　背景知識　　155

9.4.2　網絡安全　　156

9.4.3　負載均衡　　157

9.4.4　網絡監控　　158

9.4.5　實施　　158

9.4.6　Open Daylight基金會 　　158

9.5　SDN部署　　159

9.5.1　控製器的位置　　159

9.5.2　網絡邊緣處的SDN　　160

9.6　本章迴顧　　161

第10章　高性能計算網絡　　162

10.1　HPC係統架構　　162

10.1.1　大型計算節點　　163

10.1.2　計算節點陣列　　163

10.2　多插座CPU闆　　163

10.2.1　超傳輸技術　　164

10.2.2　英特爾快速通道互連　　165

10.2.3　RapidIO　　165

10.2.4　PCIe NTB　　165

10.3　HPC網絡標準　　166

10.3.1　交換結構　　167

10.3.2　Myrinet　　167

10.3.3　InfiniBand　　168

10.3.4　以太網　　168

10.4　HPC網絡性能因素　　169

10.4.1　結構接口　　169

10.4.2　交換機　　169

10.4.3　結構架構　　170

10.5　HPC網絡軟件　　170

10.5.1　消息傳遞接口　　170

10.5.2　動詞　　171

10.6　本章迴顧　　171

第11章　未來發展趨勢　　172

11.1　機架規模架構　　172

11.1.1　資源區分　　172

11.1.2　CPU模塊　　173

11.1.3　內存和存儲模塊　　174

11.1.4　分布式結構　　175

11.2　內存技術　　175

11.2.1　非易失性內存和存儲器　　176

11.2.2　內存接口　　176

11.3　交換結構技術　　177

11.3.1　幀開銷　　177

11.3.2　端口帶寬　　178

11.3.3　模塊化設計　　178

11.4　布綫技術　　179

11.4.1　銅纜布綫　　179

11.4.2　光纜布綫　　180

11.4.3　無綫互連　　181

11.5　軟件定義基礎設施　　181

11.5.1　數據中心自動化　　181

11.5.2　網絡功能虛擬化　　182

11.5.3　大數據分析　　182

11.6　本章迴顧　　183

第12章　總結　　184

12.1　技術發展　　184

12.2　行業標準　　185

12.3　網絡設計　　185

12.4　存儲器和HPC　　186

12.5　數據中心虛擬化　　186

12.6　軟件定義基礎設施　　187

12.7　結束語　　187

前言/序言

　　在過去的30年裏，我目睹瞭半導體行業和網絡行業的許多進展。正是由於網絡係統依賴於半導體技術的演進，這兩方麵的進展在許多方麵相互交織。鑒於在半導體和網絡行業工作多年，我想先介紹一些與此相關的背景，這樣你們就會明白我的觀點源自何處。

　　當我以應屆大學畢業生的身份加入半導體行業時，研究實驗室仍在努力確定可用於高性能邏輯器件的最佳技術。剛開始，我是矽雙極芯片設計師，後來很快轉到瞭GaAs（Gallium Arsenide，砷化鎵）芯片的設計上。20世紀90年代，我親眼見證瞭CMOS成為在行業中占主導地位的半導體技術。我剛從大學畢業的時候，以太網還隻是眾多建議網絡協議中的一個，但是到20世紀90年代，它已經發展到瞭開始主導各種網絡應用的地步。現在，在局域網絡、數據中心網絡、運營商網絡和模塊化係統背闆等領域，已經很難找到其他可以與以太網競爭的網絡技術瞭。

　　1996年，我在Vitesse半導體公司工作。在大約12年的GaAs芯片設計經曆之後，我開始探索將GaAs技術用於新的交換結構（switch fabric）架構。當時，矽技術在最大帶寬容量上仍然落後於GaAs技術，我們今天的交換結構芯片架構尚不存在。我有幸與網絡工程顧問John Mullaney在同一團隊共事，一起設計瞭一種新的高速串行交換機架構，並且因此獲得瞭兩項專利。在這一時期，我們研究關於交換結構架構的論文時，有一個名字頻頻齣現——Nick McKeown。當Nick McKeown還是加州大學伯剋利分校的博士生時，他和學生們就進行瞭大量的基礎性研究，其中的很多理念被當時設計的新興交換結構架構所采用，也促進瞭今天交換結構架構設計的誕生。20世紀90年代末，CMOS技術在性能水平上很快超過瞭GaAs技術，所以Vitesse半導體公司的團隊也改弦更張，開始為各種各樣的通信市場研發大型CMOS交換結構芯片組。我們並不是唯一這樣做的公司。

　　從1996年到21世紀初電信泡沫結束，人們提齣瞭20～30種嶄新而獨特的交換結構芯片組設計，主要麵嚮飛速發展的電信行業。這些設計有些來自IBM這樣的老牌公司，有些則來自從思科和北電網絡等公司跳槽齣來的設計工程師所成立的創業公司，還有一些來自斯坦福大學和華盛頓大學這樣的機構。泡沫最終破裂，資金隨之枯竭，這些研發成果絕大多數都已絕跡。現在，這些公司當中僅有很少一部分幸存瞭下來，被Broadcom公司收購的Sandburst公司和Dune Networks公司就是兩個例子。

　　電信行業的飛速發展期結束之後，在英特爾公司的主導下，交換結構芯片行業僅存的幾傢公司聯閤起來組建瞭ASI-SIG（Advanced Switching Interconnect Special Interest Group，高級交換互連特彆興趣小組）。該小組的目標是為遵循PCI Express 接口規範建立的通信係統創建一個標準的交換結構架構。在ASI 董事會製定規範期間，我作為Vitesse 公司的代錶參加瞭ASI-SIG。人們很快發現，這樣的規範顯得過於雄心勃勃瞭。這最終導緻英特爾等公司慢慢從中抽身，直到ASI 走到盡頭。但是對我而言，這是一次很好的學習經曆，既讓我明白瞭標準機構應該如何運作，也促使我對當今計算機行業廣泛應用的PCI Express 標準有瞭一些技術上的見解。

　　在ASI 完全退齣曆史舞颱之前，我就開始為Xyratex 公司工作瞭。這傢存儲器公司緻力於基於ASI 標準為服務器開發共享IO 係統，希望以此來擴大自己的市場。其共享IO 計劃最終擱淺，所以我轉變方嚮，開始研究麵嚮存儲器應用的SAS 交換機。雖然隻在Xyratex 工作瞭2 年時間，但是我學到瞭很多關於光縴通道、SAS 和SATA 存儲陣列設計的知識，並且從Xyratex 公司的工程師和科學傢們那裏瞭解到基於閃存的存儲器具有何種優勢和缺陷，他們甚至在Xyratex 公司從IBM 公司分離齣來之前就已經花費瞭多年時間來研究這些技術。 雲數據中心網絡技術 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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