借助Helios项目 谷歌FB数据传输有望跃至光速 谷歌, 项目

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随着像谷歌和Facebook这样的互联网巨头需要处理的数据越来越庞大，传统的电子网络设备已感到力不从心，难以应付了。于是，我们需要使用全新的光纤网络设备来解决这个问题。那么，谷歌和Facebook该如何采用光纤网络，使其数据传输速度跃升到光速呢？下面让我们来一探究竟。
心，光纤网络无疑就是问题的解决办法。

传统网络设备已无法处理庞大数据流量

在2011年的一个清晨，全球最受欢迎的社交网络Facebook的一名工程师按下了一个按钮，结果让该公司的整个业务陷入瘫痪。
这个不知姓甚名谁的工程师本不该犯错的。他原本只是想运行这个社交网络巨头一直在运行的某项软件任务。他运行了分布式数据分析平台Hadoop。结果，Facebook开始分析数亿个用户产生的数据。这些数据储存在该公司多个数据中心的上万台服务器上。当你分析这些数据时，所有那些服务器之间就必须 开始相互对话。
据Facebook员工多恩-李（Donn Lee）在去年春季的一次会议上回忆该事故时称，一次Hadoop任务就让该公司的电脑网络感到不堪重负，并导致其他的业务几乎处于停滞状态。“我清楚地 记得那个早晨。”李说，“它让Facebook陷入了瘫痪，非常严重的瘫痪。”
李当时是Facebook的网络工程师，他试图说明电脑网络在近些年的变化。在过去，大多数网络数据流量在服务器和试图访问网页的互联网用户之间来回传输。但是现在，随着像Facebook、谷歌和亚马逊这样越来越庞大和复杂的业务出现，数据中心内部和服务器之间的数据流量增加了，这些网络巨头使用的传统网络设备已无法处理这么多的流量。
因此，网络正在发生与时俱进的变化。像Facebook和谷歌这样的公司正在打造更高速的网络硬件，他们正在重新修改其网络的拓扑，以适应服务器之间传输的 超大流量。但是，这样的改进措施作用并不明显。像多恩-李这样的网络专家也开始考虑在数据中心配置全新的网络设备——可用光束传播数据的设备。
电子和光纤网络并驾齐驱
是的，某些互联网数据已开始以光的形式来进行传输了。这就是光纤网络。标准的电子信号被转换成了光子，并沿着玻璃光纤电缆进行传输。但是，在通常情况下，这 种数据传输方式通常发生在数据中心之间，而很少发生在数据中心内部。下一步就是紧盯着光纤来重新打造数据中心网络，让传统的电子网络交换机与可极大加快服 务器之间数据传输速度的光纤交换机并驾齐驱。
“如果我们能够做到这一点，这种混合型的网络——可适应更多数据流量的大规模网络——就非常具有吸引力。”美国加利福尼亚大学神迭戈分校的光线网络研究员乔治-帕彭（George Papen）说，“我们现在还没有达到这一步，但是我们比以前更接近了。”
帕彭所在的该校区的研发团队已开发出了这样的混合型网络，该网络目前尚处于测试阶段，可演示光纤交换机的工作原理。他们的这个研究项目，通常被称为 Helios，是由谷歌和其他技术巨头资助的。该项目的主要研究员之一亚敏-法达特（Amin Vahdat）目前在谷歌任职，他在谷歌也在积极地探索类似的研究课题；该团队的另一名成员内森-法灵顿（Nathan Farrington），已加入了Facebook的团队。
据帕彭称，Helios项目要完全得以实现还有很长的路要走。但是，在美国马萨诸塞州剑桥，一家名为Plexxi的创业公司最近推出了一款光纤网络交换机，旨在重新打造数据中心。虽然这项技术完全不同于Helios，但是它们具有相同的基本目标。
“光子交换的功能非常强大。一旦你的业务涉足光纤交换领域，而不是电子交换领域，你就会拥有内在的性能上的优势。”Plexxi公司CEO大卫-胡萨克（Dave Husak）说，“我们都致力于达到那样的效果。”
未来的Helios项目
如果谷歌让亚敏-法达特来重新打造它的数据中心，那么这将是一件很有意义的事情。法达特以前就做过类似的事情。
从传统上来说，网络是分层级的。如果你将服务器归为一个层级，那么在这个层级之上的就是网络交换机，你需要将这些服务器与网络交换机连接。然后，你将这些 “高一层级的交换机”与更高层次的高速网络设备连接；再接下来，你将这二层次的网络设备与第三个更高层次的网络设备连接。当你到达网络核心时，你运行的非 常昂贵的网络硬件速度远远超过了服务器层级上的交换机。
你需要这种更快的速度来适应所有来自于网络的流量——这或许是我们以前的看法。法达特及其同事证明，这种层级结构是错误的。如果你使用速度一般的、更廉价的网络设备，你就可能更高效地运行你的网络。
“这是一个革命。”帕彭说，“在此之前，人们就像建造电信网络那样来打造他们的数据中心。但是，法达特的研究团队意识到这样做难以节省成本，他们证明了你可以用完全不同的方式来打造数据中心。”
这种统一的网络架构被称为“胖树”（fat tree）架构设计。它现在已成为大型网络业务的普遍形式。这就是为什么像谷歌这样的公司已开始放弃思科等公司的昂贵设备，转而从亚洲制造公司那里购买低成本的硬件。但是，Helios项目（法达特也有份参与），致力于创造更大的变化。
基本的思想就是建造一半电子一半光纤的混合型网络。这种网络既能够像现有的电子网络一样运行，以电子的形式通过铜线和硅来传输数据，也能够通过光纤交换机在不同服务器之间传输某些数据。
今天，一些网络已开始使用光纤缆线在不同交换机之间或服务器与交换机之间传输数据。但是，一旦光子到达交换机，它们就会被转换成电子。在Helios项目中，基本的想法是打造一个真正的光纤网络，从而消除传统电子网络的负担。
从某种意义上来说，这个项目将会回到未来。今天的网络使用所谓的“封包交换”（packet-switching）来回传输数据，在输出数据前先将它们分解 成更小的信息流。这就是互联网的运行方式。但是，Helios项目的光纤部分使用的是“电路交换”（circuit-switching），可在两个端点 之间建立专门的联系。这就是老式手机网络的运行方式。
“只要看看数据中心的每个封包，你就会发现它并没有高效地使用你的资源。”帕彭说，“如果你能够明白，哪怕是部分明白，数据流量的传输方向，你就不必查看每个封包的每个集管，你就能够创造一个专门的电路来传输大量数据，而不必让其通过封包交换的网络。”
帕彭将此比喻为一个可解决洛杉矶交通拥堵的系统——只要在该城市拥堵的地方临时搭建几座桥梁即可。“你会根据需要放下这座桥梁，疏通堵塞地方的车流；然后，在未来某个时候，将这个桥梁移到交通堵塞的其他地方。”他说。
这种构造非常具有吸引力，因为光纤电路交换网络比传统的设计更加灵活。传统网络交换机是为特定的数据传输速度设定的：每秒10G，40G，等等。但是，光纤 交换机则不同。“电路是一个管道，它不在乎数据传输速度是多少。它是速度不可知论者。”他说，“你几乎能够在上面传输任何速度的数据。这一点是非常具有吸 引力的。”
虽然这种架构要变成现实的数据中心还有很长的路要走，但是帕彭相信它最终将 会实现。“真正的技巧是弄明白黄金分割点。”他说，“哪些流量需要在现有的网络上传输，哪些数据需要转到电路交换网络上？”于是，这就出现了成本的问题。 光学硬件比电子设备的成本更高，尽管它的成本正在下降。
法达特和谷歌的研究很可能已接近现实，但是帕彭强调说，就连他自己也不知道谷歌将会怎么做。“我在大型数据中心有很多搞光纤的朋友，尽管如此，我仍然不知道他们准备做什么。”他说。
就谷歌而言，它最重要的竞争优势就是其内部架构的设计。谷歌甚至对它资助的外部研究者也不愿透露这种设计。法达特并没有对记者要求采访的请求作出回应，谷歌的公关部门也拒绝讨论该公司的光纤网络研究。
但是，谷歌并不是唯一探索光纤交换未来的公司。这样做的公司还有Facebook、思科、IBM和现在的Plexxi公司。