本文将从以太网硬件架构专家的视角,围绕三种主要的框式核心交换机架构Full-Mesh、Crossbar与CLOS进行深入剖析,并评估它们在 2025 年的应用现状与未来趋势。 1. CLOS 架构全方位剖析 3.1 架构分层与数据流 *三级交换层次: 1. Ingress Stage:接入线卡,完成初步包分类与转发决策。 2. * BGP EVPN、Segment Routing 与 P4 可编程数据平面的结合,为 CLOS 控制平面提供灵活性。 Nexus 9000 模块化 CLOS 24-48 50–100 Tb/s N+N \~0.2 W/Gb/s Arista 7500R 3级CLOS ≥ 32 80–100 Tb/s 多平面冗余 \~ *CLOS:凭借线性扩展、多层冗余与最低能耗,已成为当下核心交换机的主流架构。 未来,伴随可编程交换芯片(P4)、光电集成及 AI 驱动的自适应调度技术,三种架构有望在融合与细分场景中持续演进。
AGI小咖 本文深度剖析Google Jupiter DCN 在迈向 Exaflops(百亿亿次)算力时代的架构演进,揭示其如何利用 Apollo OCS 光交换技术实现从传统多级 CLOS 到 Direct Jupiter DCN 前端网络(存储与管控语义平面):与互联网上其他公开渠道常看到的2022年以前采用5层CLOS架构组网不同,本文特指2022年后引入 OCS 光交换核心层的 Jupiter Evolving (三) 核心交换:OCS 光交换技术与架构重构 早期的 Jupiter 网络(Jupiter Rising 阶段)采用标准的 5 级 Clos 架构,依赖商用电子交换芯片构建分层网络。 面对上述物理瓶颈, 2022年 Google 实施了数据中心 DCN 网络历史上最激进的一次重构,即从 CLOS 架构全面转向以 Apollo OCS 为核心的 Direct Mesh 架构 , 核心在于 5、展望 本文系统剖析了Google Jupiter DCN 的演进逻辑,阐述了其如何以 OCS 光交换矩阵取代传统 CLOS 架构中的 Super-Spine 层,并协同 Titanium IPU 实现
大型互联网公司最后采用了一种称为 Clos 的架构。 Clos 架构最初是贝尔实验室的 Charles Clos 在 1950s 为电话交换网设计的。 三级 Clos 网络 图 1-2 三级(three-tier) Clos 网络 一组 ToR 和 Leaf 组成一个二级 Clos Clos 架构的魅力:无论从哪一级看,每个组成部分都是类似的,可以方便地替换和扩容。 为了解决规模瓶颈,大型互联网公司甚至会考虑 4 级甚至 6 级 Clos 架构。 图 1-7 通过 spine 将一个 Clos 网络连接到外部网络 1.6 多租户(或 Cloud)支持 Clos 拓扑也适用于云计算网络,不管是公有云还是私有云。
Back to Coq Inductive clos_refl_trans {A: Type} (R: relation A) : relation A := | rt_step x y (H : R x y) : clos_refl_trans R x y (** original relation **) | rt_refl x : clos_refl_trans R x x R x y) (Hyz : clos_refl_trans R y z) : clos_refl_trans R x z. (we will exclusively use this style) Inductive clos_refl_trans_1n {A : Type} (R : relation A) (x : A) ) (Hrest : clos_refl_trans_1n R y z) : clos_refl_trans_1n R x z.
Clos网络拓扑 准确说,现在云厂商使用的是Clos拓扑中的leaf-spine架构。 Clos拓扑直接放弃了STP控制交换机互联,而使用IP路由来作为主要的数据转发模式,桥接(2层转发)仅发生在同一个rack内部。 但是Clos拓扑也有一个问题,spine和leaf之间需要全联通。 多层Clos 二层Clos拓扑显然是不够的,大家基本上都会拓展Clos的层数。比较常见的方案有两种,先说个友商。 这种把2层Clos构成虚拟机箱的做法确实有一些互联网公司在用。 不过Facebook 同样发现非Clos拓扑结构的能耗很大,而光学器件在几年之内都不能满足链路规模的需求。
,CLOS这个古老而新颖的技术再一次焕发出旺盛的生命力。 对于需要更高容量的交换网,中间级也可以是一个3级的CLOS网络(即CLOS网络可以递归构建),比如4个第一(三)级n×n芯片加上2个n×n的第二级芯片可构成一个2n×2n的交换网。 ) CLOS架构特征:包含多块独立的交换网板(简称 FE),每块网板上包含1个或多个FE交换芯片。 CLOS架构中,我们又分为广义CLOS架构和狭义CLOS架构。 但一般来说,我们所说的CLOS架构都是指的狭义CLOS架构。 Benes交换实质上是CLOS交换架构的一个特例。
Groovy 用大括号定义闭包 class Example { static void main(String[] args) { def clos = {println "Hello World"}; clos.call(); } } 闭包中的形参 闭包可以在定义闭包时引用变量,可以接受变量和参数: class Example { static void main(String[] args) { def str1 = "Hello"; def clos = {param -> println "${str1} ${param }"} clos.call("World"); // We are now changing the value of the String str1 which = { param -> println "${str1} ${param}" } clos.call("World"); // Hello World /
“RDT使用” 在Intel RDT中(classes of service:CLOS)可以将CLOS与cgroup进行比较,在cgroup中,CLOS对应于硬件配置(例如20% L3缓存),通过将上层应用程序映射到 CLOS,以控制相应硬件资源。 Tasks: 指示属于此CLOS的任务ID 2. CPUs: 指示此CLOS的CPU ID 3. Schemata: 指示缓存配置 有两种可供使用的模式:任务和CPU。选择下面所示的配置之一即可。 这相当于在 CPU 中固定 CLOS ID,然后将不同的线程绑在这些CPU上。 如果同时配置了 tasks 和 CPUs,且存在冲突(任务的实际 CPU 与 CLOS 配置的 CPU 不一致)时,则以任务所属的 CLOS 为准。
2. 3级CLOS的设计 ? 图:2级CLOS CLOS架构要求下一级设备需要跟上一级设备full-mesh,因此在V3的2级CLOS架构下,Leaf层的接入交换机(下简称AS)必须连接到所有Spine层的核心交换机(下简称DS), 图:3级CLOS V4改用新的3级CLOS设计。Leaf层的每一台汇聚交换机(下简称CS)需要上连到所有Spine层的DS。 我们通过2级CLOS→3级CLOS的架构变化,使得整个DCN的接入容量得以提升,理论上,随着硬件技术的发展,设计容量可以提升到无穷大。这就解决了DCN容量上的问题。 POD的引入 2级CLOS变为3级CLOS之后,多出了一个汇聚层,我们把一组汇聚交换机及其下连的接入交换机、以及接入交换机带的机架,总体称为一个POD。
上回说到,令狐冲通过设计CLOS架构的交换机,把交换机的端口扩展能力大大增加,最高可以支撑数百个接口。 CLOS架构的名字来源于发明这种网络交换方式的科学家Clarles Clos。 CLOS交换网的示意图如下: 每个线卡的上行流量均匀分配到多个交换网,任意两个线卡之间的流量,都要通过所有交换网进行转发。 CLOS交换也有包交换与信元交换的区别,这个是后话了。 话说,令狐冲设计出的正交CLOS架构交换机大大提升了交换机的扩展能力,但很快,大家发现,网络的工作效率并没有因此大幅度提升。 这是为什么呢? 让我们复习一下交换机工作的三条基本规则—— 1.
data.head()) print(data.describe()) 数据处理: #%% strs = "Survived Pclass Sex Age SibSp Parch Fare Embarked" clos = strs.split(" ") print(clos) #%% x_datas = data[clos] print(x_datas.head()) #%% print(x_datas.isnull (data.head()) print(data.describe()) #%% strs = "Survived Pclass Sex Age SibSp Parch Fare Embarked" clos = strs.split(" ") print(clos) #%% x_datas = data[clos] print(x_datas.head()) #%% print(x_datas.isnull
在云计算和大数据旺盛的带宽需求驱动下,云数据中心网络早已转型为无阻塞的多级Clos结构(Leaf-Spine),而在当下万物互联的物联网时代,云化园区网络亦采用了早已成熟的多级Clos结构。 无阻塞的多级Clos结构(Leaf-Spine)并且,随着园区规模的从小到大,这个多级的Clos网络能够从一级横向扩展至多级,使得网络能够接入的终端数量从几十个扩展到几十万个不等,并且,扩展的过程中原有的网络架构完全保持不变 多级CLOS架构下的园区规模扩展全三层路由组网:压缩二层域,根除广播风暴通过一系列技术手段,我们将二层广播域压缩至交换机的每一个物理端口。 在星融元新一代云化园区网络下,多级CLOS架构是天然无环路的,配合轻量级的等价多路径路由(ECMP)机制,可以在保证最高链路利用率和最低复杂度的前提下实现组网高可靠。
赏心悦目的设计,5级CLOS架构(图片来源于Facebook) 这篇文章主要就是针对对大规模数据中心,或者是下一代数据中心还没有认识或者感兴趣的网工和企业。 CLOS结构(Spine/Leaf) 搞交换的同学对CLOS(有翻译为多级交换网)和CrossBar(单集交换网)可能都不会陌生,如果不熟悉的同学可以google/baidu一下。 CLOS的应用有很多种,有时候CLOS也被称作为Fat-Tree(胖树)。关于与三层结构的对比,数学计算,超比分等等其他问题,在这里不再赘述因为网上有很多介绍。 这里着重归纳一下我自己理解的CLOS对于大规模数据中心的好处。 1.满足上一章的需求1,水平扩展,并且有利于需求2的选择(因为功能层减少)。 架构扩展多个pods(使用Edge switch连接多个pods) 因为现在所有厂商在数据中心都在推荐这种方案,在这里就不展开讨论CLOS的其他好处和扩展(5级CLOS,如前文Facebook数据中心图所示
于是,才有了文章开头Charles Clos的那篇研究文章。 ? Charles Clos(右一) Charles Clos提出的网络模型,核心思想是:用多个小规模、低成本的单元,构建复杂、大规模的网络。例如下图: ? 图中的矩形,都是低成本的转发单元。 胖树(Fat-Tree)就是一种CLOS网络架构。 相比于传统树型,胖树(Fat-Tree)更像是真实的树,越到树根,枝干越粗。从叶子到树根,网络带宽不收敛。 ? 叶脊网络架构,和胖树结构一样,同属于CLOS网络模型。 相比于传统网络的三层架构,叶脊网络进行了扁平化,变成了两层架构。如下图所示: ? Facebook使用了一个五级CLOS架构,甚至是一个立体的架构。大家有兴趣可以研究一下。 ?
基于BGP选路策略,我们通过之前的CLOS和ASN的设计就实现了在这些路径上的负载均衡,因为除了AS_Path不同以外,其他的BGP选路属性都是一样的。 CLOS扇型发散(fan-out)的影响 (关于fanout,相比扇出,可能我觉得这里扇形发散更好理解) CLOS架构的fan-out,某些情况下很大程度上会影响”从上到下“的收敛时间,造成路由震荡 最后作者还提出了在这个解决方案里不推荐使用”route flap dampening”来解决clos里的路由震荡。 这章主要介绍CLOS拓扑的BGP相比于链路状态协议,为何会减少故障影响范围。 BGP从行为上来说表现为距离矢量型路由,因为从本地路由器角度,它只把它认为的最佳路径发送给邻居。 尽管这里列举了一些影响范围不大的情况,我们仍然会面对最坏的情况:所有的设备控制平面都需要收敛,这也是CLOS的属性之一,跟EBGP的选择没有关系。
num=0; //累计方案 public static final int MaxQueen=8; //最多多少个皇后 public static int[] clos ,已经放了就为true for(int m=0;m<n;m++){ //之前的横排不能放 old[clos [m]]=true; // clos[0]=1;clow[1]=2;代表第0列的第一个和第1列的第二个已经放了 if(clos[m]+d<=(MaxQueen-1)){ old[clos[m]+d]=true; 不能放 continue; } clos[
作为本系列首作——本文深度复盘传统RoCEv2在AI“低熵、突发、大象流”下的失效难题,详述了Meta在万卡训练集群实战中的全链路工程优化:涵盖从星型到三层Clos的拓扑变革,从E-ECMP到集中式TE 同时,本文将详细阐述Meta在“适配”阶段所做的全部工程优化(即“打补丁”)——从网络拓扑(星型 -> 三层Clos)、路由技术(静态绑定 -> E-ECMP -> 集中式TE)到拥塞控制(DCQCN失效 ,这种架构在GPU规模和交换机冗余方面存在明显的局限性,因此在短暂的过渡后迅速切换到全新的基于RoCEv2的CLOS架构上。 2.1.2 AI Zone (两级Clos拓扑): Meta为AI机架设计了一种两级Clos拓扑结构(AI Zone): RTSW (Leaf): 使用铜缆DAC线缆为机架内的GPU提供纵向扩展(Scale-Up 图 1:Meta 三层Clos网络拓扑 (ATSW/CTSW/RTSW) 为了缓解跨AI区域流量的性能瓶颈,Meta改进了训练作业调度器(调度器通过学习GPU服务器在逻辑拓扑中的位置来推荐排序分配方案)
2、BGP信息泛洪的overload要少于链路状态协议:BGP本地只传播计算好的最佳路径,当网络中有故障的时候,这些故障被“隐藏”起来,直到新路径被计算出来,尤其是在高度对称的网络比如CLOS。 图1:OSPF的CLI output帮助理解第三方下一跳 CLOS拓扑中eBGP的配置 在CLOS架构中,上次我们也提到了3阶CLOS和5阶CLOS(从服务器到服务器经过的交换机为3个或者5个) ,之后以5阶CLOS为例,我们可以参考以下eBGP设计原则: 1、所有的eBGP session都使用直连接口,不使用多跳或者loopback建立session 2、使用私有的ASN(64512 -65534) 3、所有的Tier 1使用一个ASN 4、每一组Tier 2设备使用一个不重复的ASN 5、每一个Tier 3(比如TOR)使用一个ASN 5-stage CLOS ASN设计参考 那么问题来了,原版的私有ASN只有1023个ASN(RFC6996),在5阶CLOS这样的大规模设计下很明显会碰到不够用的情况。
数据中心的流量分类 南北向流量:数据中心之外的客户端与数据中心内部服务器之间的流量,或者数据中心内部服务器访问外部网络的流量 东西向流量:数据中心内部服务器之间的流量 跨数据中心流量:不同数据中心之间的流量 4 Clos 架构 clos 架构是贝尔实验室(Charles Clos)博士在《无阻塞交换网络研究》论文中提出的。
COLS COL+2 #define EASY_COUNT 10//规定默认10是雷的个数 void InitBoard(char board[ROWS][COLS], int rows, int clos ,char set) { int i = 0; for (i = 0; i < rows; i++) { int j = 0; for (j = 0; j < clos; j++) { #define ROWS ROW+2 #define COLS COL+2 //这是初始化 void InitBoard(char board[ROWS][COLS], int rows, int clos define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include "game.h" void InitBoard(char board[ROWS][COLS], int rows, int clos ,char set) { int i = 0; for (i = 0; i < rows; i++) { int j = 0; for (j = 0; j < clos; j++) {