揭秘谷歌網絡基礎設施十年演變過程

英文原文：How Google’s Networking Infrastructure Has Evolved Over The Last 10 Years

谷歌今天 宣布 ，它想要修復用戶家中的 Wi-Fi 網絡連接問題，但在公司內部，這家搜索巨頭很早以前便在解決遠比這 復雜 的網絡問題了。為了將構成谷歌數據中心的數十萬臺機器連接起來，你不能僅僅使用路由器和交換機這些最基本的工具，還要管理在服務器之間流動的所有數據。為此，谷歌一直在開發自己的硬件和軟件，今天該公司揭開了它們的神秘面紗，讓我們得以一窺其網絡基礎設施的演變過程。

谷歌當前網絡基礎設施即所謂的“木星”（Jupiter）網絡，容量是第一代網絡的 100 倍，能以每秒 1 Petabit 的驚人速度提供總對分帶寬（total bisection bandwidth）數據。該公司表示，在這種速度下，10 萬臺服務器可以在不到十分之一秒的時間內，閱讀完美國國會圖書館中所有已經掃描的數據。

谷歌工程師艾明·瓦達特（Amin Vahdat）今天 寫道 ： “對于谷歌的服務來說，這種網絡性能始終是巨大的益處。工程師們可以從給各種水平的帶寬優化代碼的繁雜工作中解脫出來。例如，一開始，在如何處理連接于相 同的架頂式交換機（top of rack switch）的服務器的數據本地化和部署上，以及單個交換機故障引發的相關損失上，我們就面臨著痛苦的抉擇。”

但是，谷歌在 10 年前遠未達到這種數據處理能力。之后，谷歌收購了視頻網站 油Tube，不久后又推出了 Gmail、谷歌地球和谷歌地圖之類的產品，所以該公司的需要也在發生著快速轉變。

以下即是早期服務器網絡在 2005 年時的模樣：

正如谷歌在今天的 文章 中 所寫，該公司基本上在 2004 年就部署了標準的服務器集群（server cluster），這些 2005 年產的機器也是谷歌在 Firehose 1.1 數據中心架構部署的網絡設備的第一個例證。在 2005 年部署的機器的目標是，在 1 萬臺服務器之間實現 1 Gbps 的對分帶寬。為了實現這個目標，谷歌曾試圖將交換結構（switching fabric）整合到其自主開發的服務器中，但事實證明“服務器的正常運行時間不及理想狀態。”

有了 Firehose 1.1 數據中心架構以后，谷歌部署了其第一個定制數據中心集群結構（cluster fabric）。谷歌的工程師今天寫道：“根據我們從 FH1.0 了解到的情況，我們不使用常規服務器來存放交換芯片。”相反，谷歌開發了定制式構架，并且轉移到所謂的 Clos 數據中心網絡構架。

到 2008 年，Firehose 1.1 已演變為 WatchTower，后者轉而使用 10G 光纖，而非傳統的網線。谷歌面向全球的數據中心推出了這個版本的架構。

下面即是那些架頂的模樣：

一年后，WatchTower 又變成了“土星”（Saturn）。WatchTower 的架構可以擴大至 87 Tbps，而“土星”架構則可以在更稠密的架頂下擴大至 207 Tbps。

很顯然，“土星”很好地滿足了谷歌的需要，因為三年以后該公司才向好于“土星”能力的架構轉變。

谷歌工程師寫道：“隨著每臺服務器的平均帶寬要求持續提高，數據中心所有集群的相同帶寬也具有了這種需要。隨著 40G 標準的硅基結構的問世，我們可以考慮將我們的 Clos 架構擴大至整個數據中心（可歸入內集群網絡層）。”

正是這類架構，現在讓谷歌可以將一個數據中心看作是一臺巨型計算機，用軟件來分配整個網絡中所有服務器的計算和存儲資源。

誠然，“木星”硬件看上去不同于谷歌在打造定制式網絡設備上的最早努力，但從許多方面講，它還證明谷歌迅速采用了 軟件定義網絡（Software Defined Networking），從而實現了快速創新能力。

谷歌今天公布了 四篇論文 ，詳細敘述了該公司網絡構架的各個方面。由于谷歌往往先于其他公司觸及傳統硬件和軟件構架的極限，所以類似論文常常在谷歌之外的公司引發新一輪創新活動。

所有的創業公司都想要創建自己的數據中心，但這是不可能的，其他數據中心運營方肯定會詳細研究這些論文，也許會隨著時間的推移執行類似的解決方案。當然，他們的用戶也會從這種轉變中受益。

翻譯：皓岳