作為數(shù)據(jù)中心交換機(jī)，為了支撐數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部大量的內(nèi)部流量，傳統(tǒng)的收斂網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無(wú)法滿足這些流量的高效傳輸了。所以如今的數(shù)據(jù)中心更多的是在提一種叫做CLOS①架構(gòu)的無(wú)阻塞網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，無(wú)阻塞就是實(shí)現(xiàn)任意服務(wù)器之間可以線速交互流量的方式。而對(duì)于單一高端交換機(jī)來(lái)說(shuō)，無(wú)阻塞就是實(shí)現(xiàn)單個(gè)交換機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)不發(fā)生阻塞的傳輸。

1、CLOS架構(gòu)的產(chǎn)生與特點(diǎn)

說(shuō)到CLOS架構(gòu)，先來(lái)講講歷史，也就是CLOS架構(gòu)產(chǎn)生的歷史。

其實(shí)CLOS架構(gòu)這個(gè)東西算是老樹(shù)新花了。由Charles Clos于1953年首次正式使用該術(shù)語(yǔ)，它代表了實(shí)際多級(jí)電話交換系統(tǒng)的理想化表示。所以當(dāng)時(shí)這老先生在想出這個(gè)架構(gòu)的時(shí)候?qū)嶋H上是為電話交換系統(tǒng)使用的，沒(méi)想到的是幾十年之后的今天，高端交換機(jī)路由器遇到高速轉(zhuǎn)發(fā)的問(wèn)題時(shí)，又重新用起了這個(gè)架構(gòu)，所以說(shuō)CLOS架構(gòu)并不是一個(gè)新概念。

CLOS架構(gòu)只是一個(gè)架構(gòu)形式，可以用于交換機(jī)內(nèi)部通過(guò)多個(gè)Crossbar交換矩陣排列組合形成，也可以用于宏觀上的多個(gè)交換機(jī)排列組合成CLOS架構(gòu)，而他們的目的是相同的，那就是無(wú)阻塞。而CLOS架構(gòu)又是怎么實(shí)現(xiàn)無(wú)阻塞的呢？

CLOS架構(gòu)是由二個(gè)參數(shù)k，n來(lái)定義。CLOS架構(gòu)分為三級(jí)，在第一級(jí)，也就是CLOS架構(gòu)的輸入端，有k個(gè)輸入階段的輸入設(shè)備，每一個(gè)輸入階段設(shè)備都有n個(gè)輸入和k個(gè)輸出。中間階段Crossbar Switch有k個(gè)。每一個(gè)輸入階段交換與每一個(gè)中間階段交換之間只有一個(gè)連接。總共具有k個(gè)輸出階段交換，每一個(gè)都具有k個(gè)輸入和n個(gè)輸出。每一個(gè)中間階段交換與每一個(gè)輸出階段交換只有一個(gè)連接。具體CLOS架構(gòu)如下圖所示。

圖1：CLOS架構(gòu)示意圖

所以，我們可以看出，CLOS架構(gòu)的特點(diǎn)有：

• 多級(jí)交換，典型為三級(jí)交換架構(gòu)
• 在每一級(jí)的每個(gè)單元都與下一級(jí)的設(shè)備全連接
•  到指定目的地，在第1級(jí)交換單元存在多條路由，而后續(xù)交換單元都只存在唯一的一條路由
• 嚴(yán)格意義上的無(wú)阻塞
• 支持遞歸，可無(wú)限擴(kuò)展

第一級(jí)和第三級(jí)，也就是輸入端和輸出端的數(shù)量是一致的，這個(gè)概念用于部署網(wǎng)絡(luò)的層面上就是輸入端和輸出端的輸入/輸出帶寬是一致的，也就是說(shuō)我上聯(lián)到第二層的帶寬是10G，那么第二層下聯(lián)到輸出端的帶寬也要是10G，或者第二層上聯(lián)到第三層的鏈路必須是k*10G的帶寬才行，這種形式的連接才能實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)阻塞

以上便是CLOS架構(gòu)的大體概念。需要注意的是CLOS架構(gòu)只是一種幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并不是一種專(zhuān)門(mén)用于交換矩陣的結(jié)構(gòu)，更不是一種新型的交換矩陣。只不過(guò)廠商把CLOS架構(gòu)用在了部署Crossbar交換矩陣中，實(shí)現(xiàn)高端交換機(jī)內(nèi)部的無(wú)阻塞轉(zhuǎn)發(fā)。

2、基于CLOS的交換架構(gòu)

讀者可能有這樣一個(gè)疑問(wèn)，支持交換網(wǎng)板的交換機(jī)交換網(wǎng)板的數(shù)量頂多就9塊，怎么部署CLOS架構(gòu)，更不用說(shuō)沒(méi)有交換網(wǎng)板的交換機(jī)了，只有兩個(gè)引擎，每個(gè)引擎上只有一個(gè)Crossbar，更沒(méi)辦法組建CLOS架構(gòu)了。所以可能會(huì)像之前筆者想的一樣，分布式Crossbar就是CLOS架構(gòu)，每個(gè)線卡上一個(gè)Crossbar，從而可以實(shí)現(xiàn)三級(jí)的CLOS架構(gòu)。但是我們通過(guò)上面對(duì)分布式Crossbar的辨析我們已經(jīng)知道了這種方式其實(shí)并不是真正實(shí)現(xiàn)的。所以其實(shí)對(duì)于具有交換網(wǎng)板的交換機(jī)，每個(gè)交換網(wǎng)板上可以有多個(gè)Crossbar，或者把MAC芯片當(dāng)做輸入或者輸出級(jí)，所以同樣也可以實(shí)現(xiàn)CLOS架構(gòu)。而實(shí)現(xiàn)形式與之前講解的CLOS架構(gòu)一樣。所以這也是有交換網(wǎng)板的交換機(jī)的優(yōu)勢(shì)之一，實(shí)現(xiàn)交換矩陣與引擎的物理分離，可以有更高的擴(kuò)展性擴(kuò)充更多的Crossbar資源來(lái)組件CLOS架構(gòu)。

3、基于CLOS的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

CLOS架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淦鋵?shí)比CLOS架構(gòu)的交換矩陣實(shí)現(xiàn)起來(lái)更為容易，并且更容易理解。我這里以我司為阿里巴巴設(shè)計(jì)的方案為例，講解下基于CLOS架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?br />  

圖2：阿里巴巴網(wǎng)絡(luò)CLOS架構(gòu)示意圖

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缟纤尽Ｒ?臺(tái)S6200-48XS為數(shù)據(jù)中心核心，48臺(tái)S6080為接入組成CLOS網(wǎng)絡(luò)。一臺(tái)S6080有80個(gè)千兆端口作為接入口，用8個(gè)萬(wàn)兆作為上聯(lián)端口與8臺(tái)核心S6200的萬(wàn)兆端口進(jìn)行全連接，從而實(shí)現(xiàn)10個(gè)千兆接入口與一個(gè)萬(wàn)兆上聯(lián)口對(duì)應(yīng)，相同的，S6200下聯(lián)也是如此連接。對(duì)于接入設(shè)備來(lái)說(shuō)，有多少帶寬接入，就用多少帶寬上聯(lián)，并且輸入輸出的帶寬是1:1對(duì)等的，從而實(shí)現(xiàn)CLOS架構(gòu)。

所以通過(guò)這個(gè)案例可以看出，想要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞腃LOS架構(gòu)，只要讓下聯(lián)和上聯(lián)的帶寬1：1對(duì)等，同時(shí)讓網(wǎng)絡(luò)的上行和下行的帶寬1:1對(duì)等，實(shí)現(xiàn)無(wú)阻塞網(wǎng)絡(luò)，就基本達(dá)到了組建CLOS架構(gòu)的目的了。

① “CLOS”名字取自它的發(fā)明者Charles Clos的姓氏。