揭秘谷歌网络基础设施十年演变过程

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2015-08-25 10:58 by 副主编 mengyidan1988 评论(2) 有5579人浏览

谷歌 youtube 网络

谷歌今天宣布，它想要修复用户家中的 Wi-Fi 网络连接问题，但在公司内部，这家搜索巨头很早以前便在解决远比这复杂的网络问题了。为了将构成谷歌数据中心的数十万台机器连接起来，你不能仅仅使用路由器和交换机这些最基本的工具，还要管理在服务器之间流动的所有数据。为此，谷歌一直在开发自己的硬件和软件，今天该公司揭开了它们的神秘面纱，让我们得以一窥其网络基础设施的演变过程。

谷歌当前网络基础设施即所谓的“木星”（Jupiter）网络，容量是第一代网络的 100 倍，能以每秒 1 Petabit 的惊人速度提供总对分带宽（total bisection bandwidth）数据。该公司表示，在这种速度下，10 万台服务器可以在不到十分之一秒的时间内，阅读完美国国会图书馆中所有已经扫描的数据。

谷歌工程师艾明·瓦达特（Amin Vahdat）今天写道：“对于谷歌的服务来说，这种网络性能始终是巨大的益处。工程师们可以从给各种水平的带宽优化代码的繁杂工作中解脱出来。例如，一开始，在如何处理连接于相同的架顶式交换机（top of rack switch）的服务器的数据本地化和部署上，以及单个交换机故障引发的相关损失上，我们就面临着痛苦的抉择。”

但是，谷歌在 10 年前远未达到这种数据处理能力。之后，谷歌收购了视频网站 YouTube，不久后又推出了 Gmail、谷歌地球和谷歌地图之类的产品，所以该公司的需要也在发生着快速转变。

以下即是早期服务器网络在 2005 年时的模样：

正如谷歌在今天的文章中所写，该公司基本上在 2004 年就部署了标准的服务器集群（server cluster），这些 2005 年产的机器也是谷歌在 Firehose 1.1 数据中心架构部署的网络设备的第一个例证。在 2005 年部署的机器的目标是，在 1 万台服务器之间实现 1 Gbps 的对分带宽。为了实现这个目标，谷歌曾试图将交换结构（switching fabric）整合到其自主开发的服务器中，但事实证明“服务器的正常运行时间不及理想状态。”

有了 Firehose 1.1 数据中心架构以后，谷歌部署了其第一个定制数据中心集群结构（cluster fabric）。谷歌的工程师今天写道：“根据我们从 FH1.0 了解到的情况，我们不使用常规服务器来存放交换芯片。”相反，谷歌开发了定制式构架，并且转移到所谓的 Clos 数据中心网络构架。

到 2008 年，Firehose 1.1 已演变为 WatchTower，后者转而使用 10G 光纤，而非传统的网线。谷歌面向全球的数据中心推出了这个版本的架构。

下面即是那些架顶的模样：

一年后，WatchTower 又变成了“土星”（Saturn）。WatchTower 的架构可以扩大至 87 Tbps，而“土星”架构则可以在更稠密的架顶下扩大至 207 Tbps。

很显然，“土星”很好地满足了谷歌的需要，因为三年以后该公司才向好于“土星”能力的架构转变。

谷歌工程师写道：“随着每台服务器的平均带宽要求持续提高，数据中心所有集群的相同带宽也具有了这种需要。随着 40G 标准的硅基结构的问世，我们可以考虑将我们的 Clos 架构扩大至整个数据中心（可归入内集群网络层）。”

正是这类架构，现在让谷歌可以将一个数据中心看作是一台巨型计算机，用软件来分配整个网络中所有服务器的计算和存储资源。

诚然，“木星”硬件看上去不同于谷歌在打造定制式网络设备上的最早努力，但从许多方面讲，它还证明谷歌迅速采用了软件定义网络（Software Defined Networking），从而实现了快速创新能力。

谷歌今天公布了四篇论文，详细叙述了该公司网络构架的各个方面。由于谷歌往往先于其他公司触及传统硬件和软件构架的极限，所以类似论文常常在谷歌之外的公司引发新一轮创新活动。

所有的创业公司都想要创建自己的数据中心，但这是不可能的，其他数据中心运营方肯定会详细研究这些论文，也许会随着时间的推移执行类似的解决方案。当然，他们的用户也会从这种转变中受益。