从带宽时代到时延时代

互联网是二十世纪最伟大的发明,也对人类产生的极其深远的影响,互联网经历教育互联网、消费互联网,伴随工业4.0和5G登场,即将迎来产业互联网时代。

那么产业互联网跟消费互联网相比其根本的不同在哪里呢?以往互联网按照“更快更宽更好”的奥利匹克精神按照摩尔定律加速发展,造就了当下的繁荣盛景,宽带接入、无线接入、始终在线、流媒体服务等等已经飞入寻常百姓家,但要真正步入产业互联网,几个概念会发生质变:

1. 连接的数量会呈现指数级的倍增,当下的联网仍然是有操作系统赋能的智能终端,到了产业互联网时代,即是人机物的大互连时代,每个人时时都有几十甚至上百个传感器与网络进行着实时的交互,每一个“沙子”只要有需求,都会连接入网,这个对网络的连接规模会带来质变,底层的接入、寻址、管理等赋能技术也需要变革;

2. 从高带宽到低时延。互联网按照带宽过量提供的发展路线,带宽已经得到三个数量级的提升,当前的主流宽带业务已经实现良好的支持,按照光纤的超摩尔定律发展,未来传输的带宽将不会是瓶颈,相反,时延将成为人与物、物与物实现全场景全业务自动通信的核心指标,譬如5G要求端到端时延小于10ms,就是站着万物互联的角度提出的产业互联网指标,由于产业互联网的高交互场景,时延的增大,会极大的降低端到端的互操作性能,造成实际服务性能的大幅降低,因此低时延成为一个基本的指标需求。但遗憾的是,围绕时延的指标提升,当前仍处于创新洼地,有很大的提升空间。

『光在真空中的传播速度为 299,792,458 米每秒,而在其余介质中的光速会大为降低。 在普通光纤(材质为石英玻璃)中,光的传播速度将降低 31%。因此,光在光纤中的速率大概就是 200,000,000 米每秒。也就是每米有5ns的传输延迟』


从2000年以来,数据中心网络带宽已经从100Mb/s提升到100Gb/s,带宽增长了1000倍,摩尔定律支撑了带宽的增长,网络带宽享受着摩尔定律带来的福利,但由于存在网络拥塞,单纯的增加带宽并不能提升应用性能,网络变革的方向正在从带宽转向时延,这是一个巨大的飞跃,既是AI时代高效数据处理的需求,也是IP网络技术发展的必由之路。

所谓时延不是指网络轻负载情况下的单包测试时延,而是指满负载下的实际时延,即流完成时间。详细分析网络时延构成可分为:静态时延和动态时延两类。

静态时延包括数据串行时延、设备转发时延和光电传输时延。这类时延由转发芯片的能力和传输的距离决定,而这类时延往往有确定的规格,目前业界普遍为ns级或者亚us级,在网络总时延占比小于1%。当前个厂家宣称的芯片转发时延达到几百纳秒,就是指静态单包时延;

但真正对于网络性能影响比较大的是动态时延,占比超过99%。

动态时延包括内部排队时延和丢包重传时延,这类时延由网络拥塞和丢包引起。AI时代流量在网络中的冲突越来越剧烈,报文排队或者丢包成为常态,一旦发生则时延往往达到亚秒级,所以低时延网络的关键在于低动态时延。

动态时延强调是单流时延或者多流时延;也就是说,一条流必然包括多个包,流的完成时间取决于最后一个包的完成时间;即任何一个包被拥塞,都会导致流的完成时间增大;

而对于分布式架构,一个任务包括多流,任务完成时间取决于最后一条流的完成时间,即任何一个流被拥塞,都会导致任务完成时间增大;

为了满足AI时代的数据高效处理诉求,应对分布式架构挑战,0丢包、低时延、高吞吐成为下一代数据中心网络的三个核心诉求。

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