执行摘要

云计算和软件定义的网络 (SDN)（包括虚拟化在内）产生的影响让正在构建私有云、公共云和混合云网络的大型企业和客户心悦诚服， 开始考虑采用新方法来帮助其满足当前和未来的数据中心交换需求。数据中心交换平台不断发展变化，在提高性能的同时也简化网络 操作。

这些数据中心构建工作中通常会用到两种类型的芯片：搭载“片上”内存的芯片（低内存 ASIC），以及采用支持“片外”存储方式的 内存的芯片（带有大型外置存储的 ASIC）。尽管低内存 ASIC 以相对较低的成本和功耗支持高端口密度，能够降低总运营成本，但由于 芯片为固定尺寸，因此制约了添加内存的能力，需要牺牲一定的功能才能保证正常运作。因此，新数据中心网络的用户需要谨慎进行规 划，确保有限的逻辑规模和缓冲容量足以满足应用程序的需求。

随着交换需求从基本高速端口连接演变为更为复杂的需求，牵涉到多维扩展和性能，通过基于低内存 ASIC 的产品满足这些需求愈加艰 难。基于外置存储架构的芯片最适合此类用例，这种类型的芯片允许端口扩展，支持充实功能，此外还支持转发信息库 (FIB) 的逻辑扩 展、服务质量 (QoS) 和安全性。

本白皮书将为读者介绍采用 Broadcom Tomahawk 芯片的瞻博网络® QFX5200 交换平台，以及采用瞻博网络专门构建的 Q5 定制芯 片的瞻博网络 QFX10000 交换机。谈到构建高性能数据中心，瞻博网络鼓励用户设计自己的交换基础架构，谨慎衡量各种选项，选择 最契合其具体需求的 ASIC — 无论是第三方芯片还是瞻博网络专门构建的芯片。本白皮书还能帮助读者理解如何将瞻博网络数据中心交 换机定位于功能丰富型的实施。

介绍

计算资源的整合、集中化和虚拟化导致数据中心数量减少、规模增加。与此同时，多核、多插槽服务器带来的更高计算密度与虚拟化和 存储融合相结合，减少了这些整合数据中心的物理空间需要。有些工作负载曾经需要占用多个服务器机架，而如今只需要单独一个机架 的一小部分空间即可满足。

因此，当今的许多数据中心和企业园区部署都转为利用 40GbE 主干网络，在边缘位置采用高密度的 10GbE 服务器接入。超规模数据中 心已经不再满足于 10GbE，开始着眼于各种新标准，例如采用 100GbE 聚合/核心主干交换机的 25GbE 服务器连接，从而利用服务器 的规模经济性以及性能方面提升2.5倍的优势。

大多数企业数据中心的物理网络拓扑结构为两层（或更多层）的主干-枝叶架构，采用 3 层或 IP 交换矩阵拓扑结构的形式交付，有时也 采用以太网交换矩阵拓扑结构的形式交付。大多数基于 IP 交换矩阵的数据中心均已部署或正打算部署叠加技术，以实现工作负载移动性。

多向量扩展

在开发数据中心交换平台时，必须综合考虑多种因素，以便切实有效地满足客户需求，包括多向量扩展在内（图 1）。

一个尤其令人困扰的问题（也是会在多个维度扩展的问题）是：所有参数都是彼此相关的，因此更改一个向量会显著影响其他向量，例 如，添加功能可能会导致延迟增加。再比如，增加缓冲区规模就需要占用更多内存，导致功耗增高。增加逻辑规模可能影响其他多个要 素，例如延迟和功耗。最后，添加隧道功能可能导致系统吞吐量低下。

提供这些向量的最佳组合需要微妙的平衡，但很难通过当前的大多数第三方片上内存芯片实现这种平衡 — 尤其是对于主干、边缘和核心 的较高层数据中心部署。

低片上内存 ASIC 平台 基于低片上内存 ASIC 的交换平台最适合经济高效、高速度、高密度的服务器接入部署。在发 生网络拥塞时，应用程序无需依赖于网络吸收任何数据缓冲的环境中，这些平台是理想的选 择。Broadcom 推出的最新低内存 ASIC 称为 Tomahawk，针对需要基于 25 Gbps 通道的服务 器端口和交换机的云构建商和超大规模 Web 服务用户，与 10 Gbps 通道相比，这些交换机的每位 传输功耗更低；而且与 10 Gbps 速度的产品相比，尽管带宽大幅提升，但成本仅增加了 1.5 倍或更 低 — 而非与速度相应的 2.5 倍。

基于 Broadcom Tomahawk 平台的功能与优势 基于 Broadcom Tomahawk 平台的部分关键功能和优势包括：
• 通过单独一个芯片实现 3.2 Tbps 的交换容量
• 多端口速度：10GbE、25GbE、40GbE、50GbE 和 100GbE
• 可配置、更低的管道延迟，端口间操作延迟不到 400 纳秒
基于 Tomahawk ASIC 的平台可利用现有布线链接到计算和存储元素，以及实现交换矩阵间的链接。云提供商正逐步转为采用在服 务器机架内部具有 25GbE 连接的计算节点，从而降低功耗要求，同时增加带宽。许多交换产品供应商均已发布采用最新 Broadcom StrataXGS Tomahawk 芯片的产品。全新的 Broadcom 芯片支持：
• 32 个 100GbE 端口
• 64 个 40GbE/50GbE 端口
• 单独一个芯片上的 128 个 10GbE/25GbE 端口
• 64 个 50GbE 端口
用例 基于 Tomahawk 的交换机主要定位用于超大规模部署，例如支持 25GbE/50GbE 服务器接入和 100GbE 的聚合/核心速度的柜顶 (ToR) 枝叶交换机部署。这些平台允许大型云规模客户经济高效地将其网络升级到 100GbE