目前,在物联网、IOT、云计算、AI等新兴技术的发展大势下,边缘设备增多,应用程序激增,网络数据量暴涨,在此背景下,促使数据中心对网络提出了更高的要求,从10Gb、25Gb到40Gb、100Gb,带宽越来越高、速度越来越快。
高带宽网络固然能带来更高的传输速率,不过同时也意味着更高的成本和能耗。在成本与性能的平衡方面,25Gb以太网以低延迟、大吞吐量、高性能的优异特征,很好地满足了现代化数据中心现在及未来的带宽需求。
2016年,光润通开始着手于25G光纤以太网方便的部署,配合其上游服务器厂家,在IOT/AI/云计算/大数据/方面,为其提供了25G光纤以太网卡F2502E-V3.0的传输解决方案,经过四年的发展和培育,光润通25G光纤以太网卡F2502E-V3.0在虚拟化、云计算和大数据等经过实际应用应用场景下的实际应用,以低延迟、大吞吐量、高性能、稳定性可靠,已经列入主流的服务器厂家的GPU服务器和高性能计算服务器等系列的入驻网卡,在现有市场,从起步到现在与10G光纤以太网卡形成一个平分秋色的局面。以下是知名第三方机构的数据,可以看出,数据中心以太网从万兆/四万兆向25/50Gb转变的趋势非常明显:
▲到2019年,100GE和25GE将构成近60%的数据中心交换端口
▲固定托管的10GbE市场花了20个季度累积发运了500,000个端口,而固定托管的25GbE仅用2个季度就取得了相同的成绩
随着25G光纤以太网卡使用量的上涨、成本控制逐年下降,加上与10Gb光纤以太网卡布线兼容,25Gb光纤以太网卡已经扫除了最后障碍,被广泛部署在虚拟化、云计算和大数据等应用场景。
同时,随着无线局域网接入带宽从1Gb提升到2.5Gb/5Gb,25GbE园区网也日益盛行,下面我们将通过实例观察光润通25G光纤以太网卡F1002E-V3.0在某服务器厂家的虚拟化/HPC/XaaS/云技术应用,光润通25G光纤以太网卡F1002E-V3.0的支持下会表现出怎样的卓越性能。
背景
一个高效的系统应该将所有部件组合在一起以产生最大能量且无短板限制,而目前服务器整体设计中,I/O(网络)是最大的短板。
光润通通过对用户使用环境和后续发展需求的评估,以确保足够的网络带宽。在目前最常用的10GbE光纤以太网网卡的使用环境下,进行25GbE以太网网卡改造升级,其单位成本下的性能更高,且能和10GbE光纤以太网网卡现有的产品布线兼容。
考虑到成本效益和向后兼容性,您的工作负载会在什么时候超过10GbE并保证对25GbE的投资?我们决定通过一系列测试比较每个问题的结果,来进一步探讨这个问题。
测试方案
我们在运行VMware的某服务器厂家的服务器上进行了大量测试,以量化这两种光纤以太网网卡之间的性能差异。
其中,光润通 10GbE光纤以太网网卡/25GbE光纤以太网网卡充当独立变量。测试过程中,在25Gbps光纤以太网网卡上运行16个虚拟机,同时也在10Gbps光纤以太网网卡上运行与25Gbps光纤以太网网卡相同的16个、12个和8个虚拟机,一共进行了4组测试,以显示在不同的工作负载水平下,25GbE光纤以太网网卡相比10GbE光纤以太网网卡的优势。
四种类型的VMware工作负载(从中等到重度)被应用于每组测试,持续2小时。在实验结束时,会量化延迟、CPU利用率和吞吐量并对其进行比较。
1.性能
如前所述,每个配置的测试组都应用了唯一的VMware工作负载:
●DVD Store
●Iometer上的文件服务器模拟
●Exchange Jetstress
●Iometer上的网页服务器模拟
每种工作负载都以不同的强度对服务器施加压力,从而提供广泛的数据分析。每次任务完成都会对所收集的性能数据进行评价,单位时间内完成的任务越多,性能就越高。这4组测试的结果与以下示例类似:
▲比较文件服务器的传输速率,可以看出对于12个和16个VM,25G光纤以太网卡明显优于10GbE
▲虽然没有文件服务器数据那么明显的领先优势,但25GbE仍然要优于10GbE上12个和16个VM的表现
运行在25GbE光纤以太网网卡上的16个VM的总体性能,与运行在10GbE光纤以太网网卡上的8个VM所表现出来的性能相当;相反,与10GbE光纤以太网网卡上12个和16个VM的表现相比,25GbE的性能分别增加了14%和31%。
2.延迟
下一系列测试旨在量化10GbE光纤以太网网卡和25GbE光纤以太网网卡之间的平均延迟增量,相同的四种工作负载在相同的四种配置中运行。以下为比较示例:
▲DVD Store操作的延迟平均值,可以看到25GbE显著改善了10GbE VM工作负载的延迟
▲网页服务器操作的延迟平均值,在12和16VM时,10GbE网卡运行速度比25GbE慢得多
整体延迟遵循相同的模式,如果在10GbE光纤以太网网卡测试中添加超过8个VM,就会产生速度损失,在10GbE光纤以太网网卡上运行12个及以上VM所产生的延迟都比25GbE光纤以太网网卡上运行16个VM负载的延迟高;而对于16个VM的工作负载,我们看到25GbE光纤以太网网卡适配器的总体延迟总体降低了25%。
现在,趋势已经很明显了——当10GbE光纤以太网网卡 VM负载大致超过25GbE光纤以太网网卡工作负载的一半时,使用更高带宽的适配器更有利。似乎确实如此,但在得出最终结论之前,我们还有一些数据需要分析。
3.处理器利用率
▲比较16个VM的平均值,可以看出10GbE带宽的不足限制了处理器的利用率
4.吞吐量
▲在这种环境下,直接就4TB电影文件比较25GbE和10GbE的下载速度。10GbE平均速度约为2Gbps,因此限制了其最大性能。而相对的,25GbE的速率上限为4Gbps,电影文件下载完成的时间仅是10GbE的2/3
结论
将服务器厂家的服务器与光润通25GbE光纤以太网网卡相结合,将服务器厂家的服务器与光润通10GbE光纤以太网网卡相结合相对比,可以提高性能、CPU利用率和吞吐量并降低延迟。
在扩展和利用运行服务器时,我们通常会敦促客户确定是否将光纤以太网网卡从10GbE升级到25GbE以防止瓶颈,因为如果不这样做可能会降低基础架构的利用率。