服务器虚拟化逆转了使用专用设备作为服务器的趋势。这种趋势之所以成功，是因为这些设备实用且易于部署。但总的来说，这些设备的效率低下。由于它们针对单一功能进行了优化，许多设备虽然面向未来，但需要不断升级。更糟糕的是，设备的激增还带来了日益繁重的管理负担、庞大的数据中心网络以及高热负荷。.
解决资源利用率不足问题的方案是虚拟化，而虚拟化的核心是一个名为虚拟机管理程序（hypervisor）的软件抽象层。虚拟机管理程序位于硬件和操作系统之间。虚拟化允许多个操作系统和应用程序在单个物理计算平台上共存。图示展示了同一平台上三个逻辑服务器的虚拟化示例。服务器虚拟化，尤其是在与刀片服务器技术结合使用时，可以提高计算和存储密度，同时增强IT资产的灵活性。.
图 1 中对虚拟化服务器的描述暗示了其与用户之间传统的客户端-服务器关系。虚拟化引入了一种有趣的计算能力与用户界面分离的机制。本文重点探讨服务器虚拟化及其在数据中心中的影响。.
虚拟化服务器将支持全方位的企业应用、多媒体应用、存储以及管理和控制服务。虚拟化技术的应用正在加速普及。2010 年 2 月，微软® 报告称，其出货服务器中有 20% 为虚拟化服务器。领先的虚拟机管理程序产品提供商 VMware® 报告称，其客户已将其 25% 的服务器虚拟化。虽然没有人能够准确预测虚拟化技术的未来发展规模，但供应商和分析师预测，未来五年内其应用规模将增长三倍。.
虚拟化并非大型企业专属。旨在统一计算、网络和存储的新产品，能够最大限度地发挥虚拟化的优势，造福云组织和中型企业。.
虚拟化服务器平台：
博通NetXtreme® I 和 NetXtreme II® 高速控制器系列提供先进的网络虚拟化功能，旨在帮助客户构建和部署适用于各种应用场景的产品。博通在 1G 和 10G 网络控制器市场领域占据超过 70% 的领先市场份额，这得益于其在关键增长市场成功实施了网络虚拟化技术。这些市场包括高性能 Web 2.0 应用服务器、低延迟金融交易系统和高密度云计算环境。
网络控制器虚拟化允许用户整合网络硬件资源，并在整合的硬件上同时运行多个虚拟机。虚拟化还为用户提供了一系列全面的功能，例如共享 I/O、整合、隔离和迁移，以及通过组队和故障转移功能简化的管理。.
博通公司与包括 VMware vSphere、Microsoft Hyper-V™、Red Hat® KVM 和 Citrix® Xen 在内的多家虚拟机 (VM) 供应商合作，提供了一套全面的网络虚拟化功能，以满足数据中心和云环境中采用 10GBASE-T 的需求。以下列出的功能和特性通过其 附加功能消除虚拟化瓶颈并提高系统性能：
• 无状态卸载：博通以太网网络控制器支持以下无状态卸载功能：
- TCP 校验和卸载 (CSO)，允许网络适配器在
发送和接收时计算 TCP 校验和。-
大型 TCP 发送卸载 (LSO)，允许 TCP 层创建长度达 64 KB 的 TCP 消息，并通过 IP 和以太网设备驱动程序以堆栈调用的方式发送该消息，从而避免主机 CPU 在虚拟环境中计算校验和。
• 巨型帧支持：在虚拟环境中，使用巨型帧可以通过减少中断来节省 CPU 资源，并通过允许系统专注于帧内的数据而不是数据周围的帧来提高性能。
• 多队列支持：博通传输队列管理器利用片上队列技术与 VMware ESX NetQueue 配合使用。路由查找、数据复制和过滤的额外开销被卸载到网络适配器，传输队列管理器可以从多个队列发送数据包，并将接收到的数据包定向到多个队列。如果将发送/接收队列对专用于虚拟机，则网络适配器可以提供与虚拟机内存之间的 DMA 通信，而 vSwitch 只处理控制平面操作。
• 网络卸载：静态 VMware、VMDirectPath 或固定路径 (FPT) 技术允许 Broadcom NetXtreme II 网络接口卡 (C-NIC) 完全专用于高性能虚拟机。FPT 使用 AMD IOMMU 或 Intel VT-D 技术，提供从物理设备到虚拟机的 DMA 数据 I/O，绕过虚拟化层，从而实现从 Broadcom CNIC 到虚拟机的完全物理访问。
• 存储卸载：iSCSI HBA 功能支持片上处理 iSCSI 协议（以及 TCP 和 IP 协议），通过单个以太网端口以 10 Gbps 的线速释放主机 CPU 资源。
• iSCSI 启动：服务器可以从 SAN 启动操作系统 (OS)，完全消除对本地磁盘存储的需求（本地磁盘存储是计算机系统错误的主要来源）。除了提高系统可靠性之外，使用无盘服务器还可以通过集中创建、分发和维护服务器映像来简化 IT 管理员的工作量，通过提高磁盘容量利用率来减少对存储容量的需求，并通过使用副本和数据复制来增加数据冗余。
数据中心网络设计：
虚拟化从两个重要方面影响数据中心网络。首先是带宽需求。整合的服务器平台需要更高的比特率连接来支持多个进程。存储也会增加带宽需求。多媒体内容和累积的应用数据会增加存储开销，而更多数据的存在会立即产生对高速访问的需求。
因此，对高带宽数据中心网络的需求显著增加。
基础层：虚拟化服务器平台。
虚拟化的影响源于IT资产易于重用。虚拟化使硬件能够执行多种功能，并支持将这些功能转移到其他硬件平台。这种计算和存储的灵活性与服务器网络功能的灵活性相结合。图2展示了一个采用博通公司（Broadcom® Corp.）先进服务器网络技术的整合式虚拟化服务器平台示例。
物理网络必须适应虚拟化带来的要求和优势，特别是更高的利用率和带宽。为此，具有前瞻性的网络专业人员已在其数据中心网络中部署了行尾（End-of-Row，简称EoR）或机架顶部（Top-of-Rack，简称ToR）拓扑结构。
方案一：行尾拓扑结构。
作为参考，图 3 展示了一个虚拟化前的数据中心，其中每个资产（服务器、存储设备等）都单独连接到一个以太网交换机。
这种拓扑结构采用结构化布线连接，难以修改。由于虚拟化便于变更，因此阻碍变更的网络架构本身就存在问题。传统的拓扑结构也正在过时，因为大量的千兆链路与需要更少、更快连接的集成服务器不符。网络必须支持这种从众多“细根”到少数“粗根”的转变。
如图 4 所示，行尾 (EoR) 网络拓扑通过为每排设备机架配备一台以太网交换机，解决了传统数据中心网络的局限性。每排机架中的虚拟化资产都连接到 EoR 机架交换机。该交换机还提供与数据中心中心的骨干连接。EoR
拓扑将一层的物理连接和帧连接拆分为两层，从而提高了网络的适应性。EoR 将底层电缆长度限制在机架排的长度范围内。较短的电缆通常更容易安装和更换。EoR
拓扑将资产重新配置的影响限制在单排机架内，而不是整个数据中心。EoR 可以重用现有物理网络的部分元素，但可能需要进行重大更改和升级。
方案二：机架顶部拓扑结构。
机架顶部拓扑结构（图 5）与传统架构截然不同。它为每个服务器机架配备一台以太网交换机。机架顶部交换机连接每个机架中的设备，并提供一条通往数据中心汇聚点的干线链路。
与机架末端拓扑结构类似，机架顶部拓扑结构也将交换机的物理连接和帧连接分为两层。区别在于底层的粒度。机架末端拓扑结构在机架行中实现模块化，而机架顶部拓扑结构则在每个机架中实现模块化。
需要注意的是，机架顶部拓扑结构并非限制每个服务器机架只能使用一台交换机。上图显示了一个机架中的两台交换机：一台主交换机和一台冗余交换机。如果以太网交换机部署为刀片式交换机，则一个机架中可以容纳更多交换机。
机架顶部拓扑结构与机架末端拓扑结构的比较较为复杂，需要考虑许多二层和三层网络问题。各种拓扑结构的一些相对优势如下：
机架顶部 (Top of Rack)
- 结构化布线较少。-
易于更改/扩展。-
模块化程度更高。
机架末端 (End of Rack)
- 对基础设施的干扰较小。-
交换机和干线连接较少。-
更易于管理/兼容性更强。
作者简介
- David Veneski 是福禄克网络公司数据通信安装业务部门总监。他负责企业网络所有铜缆和光纤认证解决方案的产品管理和市场营销。此前，他曾在思科系统公司、苹果公司和摩托罗拉公司担任市场营销主管。David 拥有伦斯勒理工学院的学士学位和康涅狄格大学的硕士学位。-
Abhijit Aswath 是博通公司的高级产品经理。他负责所有高速网络控制器软件的产品管理和市场营销。他在存储、服务器和半导体行业拥有丰富的经验。Abhijit 拥有北卡罗来纳州立大学的计算机网络学士学位和工商管理硕士学位。
