Cisco Nexus 9000搶先看

思科Nexus9000系列，是思科內(nèi)部孵化企業(yè)Insieme 的成果。它不僅僅是一個快速的路由器，它改變了高端路由的設(shè)計和構(gòu)建方式。在不久的將來，它會成為思科ACI的一個里程碑，它比以往更緊密地融合應(yīng)用、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在位于美國加州圣何塞思科自己的實驗室里，我們看到了思科最新研制的硬件Nexus 9508機箱和36端口40Gbps線卡。盡管我們沒有獲準碰觸硬件本身，但親眼見證了性能測試中Nexus 9508非同凡響的吞吐量。

Nexus 9508以線速在全部288個端口上傳輸因特網(wǎng)級的數(shù)據(jù)包(1500 字節(jié))時，包丟失率為零。在同一張線卡上，端口到端口的平均時延為624納秒，跨線卡的平均時延為2050納秒。當每一個端口發(fā)送流量到其他所有端口(即網(wǎng)狀吞吐量測試)，盡管線卡間的時延增加了50%，但每一個端口的平均速度幾乎是一樣的。 64字節(jié)幀的時延是2412納秒，1,518字節(jié)幀的時延是6,007納秒，超長報文幀(9,216字節(jié))的時延是26,928納秒。包丟失率依然為零。在IP多播測試中，無論是一個端口向其它287個端口傳輸，還是將其分割成每14個端口一組的20個分組，Nexus 9508的性能可以保持線速，并且無數(shù)據(jù)包丟失。測試運行在三層網(wǎng)絡(luò)的模式下，每一個端口在不同的子網(wǎng)中，并且所有流量是通過設(shè)備進行路由而非交換。思科的交換編碼還沒有完成，但思科宣稱Nexus 9000在交換模式下將保持線速。

數(shù)據(jù)中心的管理員重點考慮的一個問題是電力消耗。在沒有任何流量的情況下，滿載288個 40Gbps光纖端口的Nexus 9508機箱的每個端口電力消耗為11瓦特。當運行一般因特網(wǎng)流量負載時，每一個端口的電力消耗將增加至16瓦特(使用Ixia的IMIX測試儀)。對于這樣的速度來說其電力消耗是非常低的。

基準線：Nexus 9000最大的關(guān)注點是速度。它支持線速、無阻塞、大規(guī)模的40Gbps路由。并且尚未發(fā)布的16槽 Nexus 9500機箱可升級到576個 40Gbps端口。如果你傾向于用10Gbps，思科支持40Gbps到10Gbps光纖分支電纜。對于已經(jīng)發(fā)布的高達1152 個10Gbps連接的Nexus 9508 8槽機箱，或者即將發(fā)布的16槽機箱來說也沒有問題的。

支持虛擬化應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)管理員如果想用10Gbps連接數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，利用40Gbps架頂式交換機進行上聯(lián)的話，可以考慮使用Nexus 9500 或者9300，以提升數(shù)據(jù)中心內(nèi)帶寬并節(jié)約開支。Nexus 9000系列還可以直接連接到思科以太網(wǎng)陣列擴展模塊，后者提供一種運行在架頂式環(huán)境中的1G和10G連接。這種架構(gòu)最初部署在Nexus 5000 和7000系列交換機中。

什么讓Nexus 9500與眾不同

毫無疑問，設(shè)計了Nexus 9500 的Insieme團隊使路由和交換技術(shù)的發(fā)生了許多革新。Nexus9500 設(shè)計優(yōu)雅，盡可能利用了商用交換組件(例如采用了博通公司的Trident II交換芯片)并且使組件數(shù)量最小化。它沒有背板和中間板的設(shè)計限制。相反， 線卡從前部水平插入機箱，直接連接到從機箱后部垂直插入的Fabric模塊的連接器上。Fabric 模塊處理線卡與線卡之間的通信，并且提供擴展性。這種線卡與Fabric 模塊之間的連接方式是非常特殊，兩者聯(lián)通不需總線。如果需要Nexus 9508的極限、完全無阻塞性能表現(xiàn)，可以安放最多6個Fabric模塊。如果不需要這么大的吞吐量，想節(jié)省一些開銷(Fabric 模塊標價每個16,000美元)，使用2個Fabric 模塊即可達到初始需求。

Nexus 9000的設(shè)計充分考慮到了可維護性。其冗余交換控制模塊被安裝到機箱后部的專用插槽，負責處理路由操作和管理的冗余半寬控制引擎模塊位于機箱前部專用插槽。風扇，電源，線卡，F(xiàn)abric module塊和幾乎每一個組件都可以被即時移除和替換，并且整個Nexus 9508可以在幾分鐘內(nèi)被完全拆成組件形式。

Nexus 9000操作系統(tǒng)是建立在Nexus 7000操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)中心管理員被它許多創(chuàng)新與不同所吸引。比如，它添加了支持大規(guī)模虛擬化的VxLAN功能。 另外，思科開放了管理接口以便大幅提升網(wǎng)絡(luò)管理員的能力。利用多種配置API，直接訪問操作系統(tǒng)底層的Bash Shell，集成編排工具如 OpenStack 和Puppet/Chef，將64位Linux容器加入交換機，管理員可讓交換機實現(xiàn)自動化管理及可擴展性。在利用CLI配置網(wǎng)絡(luò)不切實際或者容易出錯的大規(guī)模環(huán)境中，所有這些附加功能很有價值。

思科技術(shù)團隊編寫了所有關(guān)于擴展管理工具的腳本。絕大多數(shù)時候系統(tǒng)并不會出錯，此時有一系列的選項用于啟用不同的技術(shù)來進行配置分配，控制和修補。然而，Nexus 9000 系列畢竟還沒有準備好進行生產(chǎn)部署。

新的操作系統(tǒng)：ACI

如果 Catalyst 6500 是交換平臺的瑞士軍刀，可以服務(wù)于核心、邊緣及各種環(huán)境的話，那么Nexus9000則具有精簡的配置文件，使得它適合數(shù)據(jù)中心環(huán)境。在Nexus 9000中由于沒有背板的結(jié)構(gòu)，絕不會有類似的Catalyst系列功能：如防火墻，無線局域網(wǎng)集合器等等。實際上，Nexus 7000中的一些功能如光纖通道以太網(wǎng)，MPLS和數(shù)據(jù)中心互連都未添加到Nexus 9000中。

Nexus 9000在“思科世界”的定位是什么? 它跟Nexus 7000和Nexus 5000系列的功能是否有重疊?它是一個替代品嗎?很不幸，答案“很復(fù)雜”。

Nexus 9500可以運行在兩種模式下： NX-OS模式和ACI模式，這取決于裝載的操作系統(tǒng)和安裝的線卡。處于NX-OS模式下，它幾乎就是一個更大，更快，更便宜的Nexus 7000。當運行在ACI 模式下就不一樣了，它擁有完全不同的操作系統(tǒng)和線卡。在思科的新愿景里，包括基于機箱的 9500和固定配置的 9300 的Nexus 9000系列交換機是用來支持高度虛擬化的數(shù)據(jù)中心交換技術(shù)首批炮彈。

在NX-OS 和ACI 模式下，絕大多數(shù)(但不是全部)的Nexus 9508組件是通用的，比如機箱、控制引擎模塊、電源和Fabric 模塊。但是二者的線卡有極大的不同：定制化的思科芯片(ALE)比NX-OS線路卡添加了更多的智能和額外的緩沖(思科說，ACI模式線路卡也可以在NX-OS模式下使用，但其附加功能無法發(fā)揮作用)。

新的管理系統(tǒng)APIC

需要強調(diào)一點ACI交換機和路由器的管理和其他思科的交換機和路由器不同。這并非IOS細微的多樣性的體現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)管理員逐漸適應(yīng)與4451X類似的新的ISR G2模式以及Nexus路由器操作系統(tǒng)。.

與以往的模式完全不同，ACI模式?jīng)]有命令行。ACI設(shè)備通過叫做APIC(Application Policy Infrastructure Controller)的ACI控制器進行管理。APIC向設(shè)備推送所有重要的配置。這些重要的配置信息不像在IOS和它的子系統(tǒng)中被表述為文本文件。Nexus 9000處于ACI 模式下，如果不通過APIC是沒有辦法對其進行配置的。對于思科交換和路由的忠實用戶而言，ACI可能難以被接受。然而，現(xiàn)在猜測網(wǎng)絡(luò)管理員會傾向在哪種模式下使用這個極快的硬件還為時過早。

當Nexus 9500和 Nexus 9300運行在ACI 模式下，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)會發(fā)生顯著的變化。目前在Nexus 9508里唯一可用的線卡是48端口1/10-GigE(銅纜和SFP+光纖)，它擁有4個40Gbps QSFP上聯(lián)端口。固定配置的Nexus 9300擁有兩種規(guī)格。 一種是配備了40Gbps QSFP+端口的3U版本，它擁有96端口1/10-10GigE(僅銅纜)。當96個端口都連接在10Gbps的服務(wù)器或者下游交換機上，它的轉(zhuǎn)發(fā)比例是3:1。如要堅持無阻塞構(gòu)架，另外一種規(guī)格的Nexus 9300是一個2U設(shè)備，它配備有48端口1/10-GigE (支持銅線/光纖SFP+)和上聯(lián)的12個40Gbps QSFP+端口。

新的架構(gòu)：主干—葉子

事實上，術(shù)語“無阻塞”是Nexus 9000 ACI 架構(gòu)中非常重要的一部分。當大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)管理員在他們的數(shù)據(jù)中心開始建設(shè)二層或者三層網(wǎng)絡(luò)時，Nexus 9000團隊打造了截然不同的方法，被稱作主干--葉子結(jié)構(gòu)。 這種方法把數(shù)據(jù)中心兩個設(shè)備之間的組件數(shù)量減少到最多只有三個：兩個葉子交換機和一個主干交換機。在配置恰當、流量均衡的情況下，一個Nexus 9000 數(shù)據(jù)中心設(shè)施不會呈現(xiàn)任何流量瓶頸。

主干—葉子架構(gòu)與三層架構(gòu)之間最大的區(qū)別在哪里? 它不是簡單的僅除去了一層，而是每一個邊緣交換機(在結(jié)構(gòu)中叫做葉子)與其他的邊緣交換機僅僅只有兩跳的距離，只因主干節(jié)點與所有的葉子節(jié)點相連接。這意味著就網(wǎng)絡(luò)規(guī)模而言，它不單單是一個架頂式交換機連接上游設(shè)備的問題，而是架頂式交換機不得不與所有的主干節(jié)點相連，這就增強所有那些40Gbps端口存在的意義。

仔細觀察ACI模式下的Nexus 9000系列交換機，管理員會發(fā)現(xiàn)體積形態(tài)更小的Nexus 9300作為網(wǎng)絡(luò)的主干，可以提供足夠密度的40Gbps端口。為了將網(wǎng)絡(luò)邊緣(葉子節(jié)點)連接到Nexus 9300主干交換機，思科支持利用Nexus 2000 Fabric擴展器架頂式交換，或者Nexus 9300交換機，亦或者一個Nexus 9500機箱式在末端。這是最合適的配置用于連接1Gbps服務(wù)器的環(huán)境中。

價格是Nexus 9500機箱設(shè)備的一個優(yōu)勢。思科具有競爭力的組件數(shù)量和使用更多博通的第三方商用LAN交換機芯片為其提供了非常有吸引力的價格。對于大型機箱來說，思科在10/40 Gbps價格上打敗其他產(chǎn)品線：一個10Gbps銅線端口價格區(qū)間為490 美元到 625美元(浮動取決于機箱是全配還是半配)，一個10Gbps SFP+端口價格區(qū)間為850 到 $975(如果你選擇SFP+，還要附加每個端口$1,000的光纖轉(zhuǎn)換器的花費)。但是如果你使用的一些交換機端口為1Gbps的模式，那么除非用于短期過渡否則這個價格是不合理的。

對于9300交換機，價格已經(jīng)足夠低廉了。一些網(wǎng)絡(luò)管理員可能會買一些組件來更多了解ACI，例如10Gbps銅線一個端口價格$250, 10Gbps SFP+一個端口的價格$300，還有更加昂貴的附加產(chǎn)品需要購買。

在實驗室之外還沒有采用的設(shè)備測試起來是比較困難的，所以現(xiàn)在為ACI模式下的Nexus 9000提供正式測試報告不是非常合理。對于剛剛發(fā)布的ACI技術(shù)，一個已經(jīng)發(fā)布的機箱(8槽)和一個配置好的ACI 線卡(支持銅纜和SFP模式)，Nexus 9500和9300在長時間內(nèi)不會贏得市場份額。無論Nexus 9000和ACI技術(shù)有多么的非同凡響，它們給數(shù)據(jù)中心交叉矩陣帶來多么大的革新，我們也還只是剛剛踏上了這條道路。(編譯/鄭楠)