基于主机的网络的影响

　　在主机软件上实现复杂的网络相关处理的需求将会需要大量的x86 CPU周期。当然，这一需求也导致了可用于虚拟机、VNF和其他应用程序的CPU周期的减少。CPU周期对于网络处理的要求是随着数据速率的不断增长而急剧增加的，如从今天10GbE服务器连接过渡到25、40和50GbE的连接，以及越来越多的租户，使得每台服务器的虚拟机需要处理更多的网络隧道、服务和安全政策。而随着部署container容器替代虚拟机，这种情况只会加剧。

　　想象一个相对简单的借助基本的安全匹配策略，处理网络虚拟化隧道终端的例子，其可能消耗多达四个Intel Xeon级CPU核心，而在一个10GbE只能实现50%的数据传输速率。对于CPU的需求是更复杂的基于主机的网络功能，而在未来几年，随着服务器连接转移到25、40和50GbE的网络，这个问题会显著的变得更糟。图3显示了一个典型的数据路径处理方案的例子，其每美元和每瓦吞吐量(功率)的效率均降低。　　

 

　　图3：从软件进行数据路径处理产生的每美元的吞吐量和每瓦(功率)的吞吐量的下降。

　　基于主机的网络部署中还有两大额外的影响。首先，在网络交换基础设施对于部署复杂的安全性和拥塞管理政策在可扩展的每款应用程序和每位用户的基础上对于智能情报的需求显着降低。而由于相对于硅技术的物理规律使得在交换硅有效实现复杂的策略管理变的很难，这一效果变得特别有用，同时也为多个太比特每秒的数据包处理增加了带宽，提供了最低的端到端的延迟时间。在数据中心的交换基础设施的这种简化方便了对于所谓的“白盒”交换机与分类联网操作系统的采用，从而大大节约了资本和运行成本。

　　第二大影响是对于网络设备而言的。例如负载均衡和防火墙的部署实施。随着网络基础设施的简化，数据中心运营商对于开发和部署新的功能的控制欲的增强，对基于COTS服务器的应用程序的诉求越来越多。这些“超级服务器”实现了最苛刻的网络功能，有时也被称为服务节点或网络节点，特别是对于那些运营商们而言。当然，许多的这些相同的网络功能也可以在分布式计算节点使用基于主机联网的元素实现，如内核网络堆栈和虚拟交换机数据路径。

　　基于主机的网络硬件加速的出现

　　在服务器中，基于硬件的网络加速功能并不是新事物。新一类的服务器适配器已经有了周期性地发展，通过在服务器增加数据速率和复杂的网络功能来驱动。例如，当无卸载网络功能需求变得重要时，对于新一类的1Gb以太网服务器适配器的需求也会变的重要。对于诸如校验和卸载等简单功能的支持将演变成更先进的支持，如大型发送卸载、接收端缩放和其他功能，而这是由保护日益减少的服务器CPU周期的实际需要所驱动的。

　　随着10GbE网络的采用，这种特定的应用程序加速和卸载已变得更加普遍。其结果是，应用程序优化的服务器适配器实现了更广泛的应用。这方面的例子包括存储区域网(SAN，storage area network)使用互联网小型计算机系统接口(iSCSI)和光纤通道以太网(FCoE)优化的适配器，以及高性能计算和集群存储优化的适配器，使用内核旁路和远程直接内存访问(RDMA)卸载技术，如iWARP和RoCE (RDMA over Converged Ethernet) 。

　　最近，随着10, 25, 40和50GbE速率的基于主机的网络的迅速崛起，服务器适配器被称为智能服务器适配器或网络数据路径加速的SmartNICs变得越来越重要。这样的适配器被称为智能，因为他们为两大领域带来了最好的性能：它们促进了基于硬件的加速;提升了服务器的效率，但他们也能够迅速发展，这是一大保持与软件创新的步伐协调一致的相当关键的新功能。

　　本系列文章的第二部分，我们将与大家探讨被用于基于主机的网络应用程序的智能服务器适配器设计的三大基本技术，其为提供最佳的价格/性能的解决方案提供了指导。

　　关于作者

　　本文作者Nick Tausanovitch拥有电子和网络相关行业超过25年的经验，从业的范围涵盖了从FPGA和芯片设计到系统架构和产品营销。Nick目前是Netronome公司解决方案架构资深总监，他主要负责该公司的数据中心应用程序企业智能服务器适配器产品。此前，他曾负责Broadcom公司的高端网络处理器产品线。在此之前，Nick曾担任IDT公司的电子设计主管，在那里他开发了TCAMs和搜索引擎算法。并曾在Nortel公司担任过系统架构师，负责开发交换机、路由器和网络处理器。Nick持有罗切斯特大学的电气工程科学学士学位及纽约大学理工学院电气工程硕士学位。

　　责任编辑：余芯