自適應(yīng)路由交換是一種智能的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。它能夠讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如路由器、交換機(jī)）實(shí)時(shí)地根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的狀況（如鏈路擁堵、故障），自動(dòng)地、動(dòng)態(tài)地為數(shù)據(jù)包選擇一條最優(yōu)的傳輸路徑。

深入理解：與傳統(tǒng)方式的對(duì)比

自適應(yīng)路由交換也可以稱為“動(dòng)態(tài)路由交換”為了更好地理解“自適應(yīng)”，我們先來(lái)了解一下什么是靜態(tài)路由交換。

靜態(tài)路由交換

工作方式：網(wǎng)絡(luò)管理員手動(dòng)配置好固定的路徑。比如，命令數(shù)據(jù)從A到B必須經(jīng)過(guò)路徑C （ A -> C -> B）

• 優(yōu)點(diǎn)：不消耗設(shè)備計(jì)算資源。
• 缺點(diǎn)：不靈活。如果路徑中的C點(diǎn)發(fā)生故障或者嚴(yán)重?fù)矶?，?shù)據(jù)包依然會(huì)“固執(zhí)地”試圖走這條路徑，導(dǎo)致通信中斷或延遲，直到管理員手動(dòng)修改配置。

它是構(gòu)建中小型網(wǎng)絡(luò)或特定網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的經(jīng)典、可靠且低成本的方法。但在大型、動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)中，通常會(huì)被動(dòng)態(tài)路由協(xié)議所取代或補(bǔ)充。

自適應(yīng)路由交換

工作方式：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間會(huì)運(yùn)行動(dòng)態(tài)路由協(xié)議（如 OSPF, BGP 等）。這些協(xié)議會(huì)讓設(shè)備互相通信，告知彼此自己所連接的鏈路狀態(tài)、帶寬、延遲等信息。每個(gè)設(shè)備都會(huì)根據(jù)這些信息，建立一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)地圖”。

• 優(yōu)點(diǎn)：靈活、智能、高可靠性，容錯(cuò)率高當(dāng)某條鏈路中斷時(shí)，設(shè)備能立刻從“地圖”上發(fā)現(xiàn)，并在毫秒級(jí)內(nèi)自動(dòng)將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到其他可用路徑。可以同時(shí)利用多條路徑來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，避免單條鏈路擁堵，提升整體網(wǎng)絡(luò)效率。
• 缺點(diǎn)：配置相對(duì)復(fù)雜，設(shè)備需要消耗計(jì)算資源來(lái)運(yùn)行路由算法和交換信息。

自適應(yīng)路由交換的關(guān)鍵機(jī)制都有哪些？

網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知

只有準(zhǔn)確感知網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，才能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的路由選擇。

• 隊(duì)列深度：交換機(jī)會(huì)持續(xù)監(jiān)控其輸出端口的隊(duì)列長(zhǎng)度。隊(duì)列長(zhǎng)度是衡量擁塞程度的最直接、最簡(jiǎn)單的指標(biāo)。
• 鏈路利用率：通過(guò)監(jiān)控端口在特定時(shí)間窗口內(nèi)的實(shí)際流量與理論帶寬的比值來(lái)衡量。這有助于了解鏈路的負(fù)載情況，為路由決策提供依據(jù)。
• 帶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)遙測(cè)（INT）：這是一種先進(jìn)的感知機(jī)制。數(shù)據(jù)包在傳輸過(guò)程中會(huì)“攜帶”路徑上各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，如延遲、隊(duì)列深度等?！炬溄印?/li>
• 顯式擁塞通知（ECN）：當(dāng)交換機(jī)隊(duì)列超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，它會(huì)在經(jīng)過(guò)的數(shù)據(jù)包頭部打上標(biāo)記。這是一種間接的、端到端的感知機(jī)制，通過(guò)這種方式，發(fā)送端可以根據(jù)擁塞情況調(diào)整發(fā)送速率，避免進(jìn)一步加重?fù)砣??！綞CN：顯式擁塞通知機(jī)制原理解析】

總的來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知通過(guò)以上幾種方式，為自適應(yīng)路由交換系統(tǒng)提供了全面、準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息。

路由決策

根據(jù)感知到的信息決定數(shù)據(jù)包的走向。

• 集中式?jīng)Q策：一個(gè)中央控制器收集全網(wǎng)信息，計(jì)算最優(yōu)路徑，并將流表下發(fā)給交換機(jī)。
• 分布式?jīng)Q策：每個(gè)交換機(jī)基于本地信息和來(lái)自鄰居交換機(jī)的有限信息（如通過(guò)PFC暫停幀或特定信令傳遞的信息），自主地做出路由決策不需要依賴中央控制器。

負(fù)載均衡

它是決定如何將流量分配到不同路徑上的關(guān)鍵部分，通常有以下幾種方式：解鎖AI數(shù)據(jù)中心潛力：網(wǎng)絡(luò)利用率如何突破90%？ - 星融元Asterfusion

• 逐流負(fù)載均衡：傳統(tǒng)的 ECMP 路由通常采用逐流負(fù)載分擔(dān)機(jī)制，其核心是基于數(shù)據(jù)包的特征字段（例如 IP 五元組等信息）作為計(jì)算因子去進(jìn)行哈希運(yùn)算，根據(jù)哈希值選擇轉(zhuǎn)發(fā)鏈路。
• 逐包負(fù)載均衡：逐包的負(fù)載均衡技術(shù)則是將數(shù)據(jù)包均勻地負(fù)載到各條鏈路上，又被形象地稱為“數(shù)據(jù)包噴灑”（Packet Spray）。問(wèn)題在于逐包負(fù)載均衡無(wú)法保證報(bào)文依照原有時(shí)序到達(dá)接收端。
• Flowlet負(fù)載均衡：不同于傳統(tǒng)負(fù)載均衡的逐流負(fù)載分擔(dān)或逐包負(fù)載分擔(dān)，基于子流的負(fù)載均衡不光是對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分割以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)均勻的負(fù)載分擔(dān)，而且保持了報(bào)文到達(dá)的時(shí)序性。是目前最主流的先進(jìn)機(jī)制。

如何為每個(gè)Flowlet選擇“最佳”路徑？

這就是INT發(fā)揮作用的地方了。

與傳統(tǒng)通過(guò)SNMP輪詢或NetFlow采樣不同，INT直接將測(cè)量指令和數(shù)據(jù)嵌入到正在轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包中。

• 數(shù)據(jù)包在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)被“植入”一個(gè)INT頭部。
• 當(dāng)該數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)每個(gè)支持INT的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機(jī)）時(shí)，設(shè)備會(huì)將自己的信息（如入口/出口時(shí)間戳、隊(duì)列深度、鏈路利用率等）寫入到這個(gè)數(shù)據(jù)包的INT頭部中。
• 最終，接收端或網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備可以將這些信息收集起來(lái)，形成一個(gè)精確的、逐跳的路徑狀態(tài)視圖。

工作流程示例

1. 主機(jī)A開(kāi)始向主機(jī)B發(fā)送一個(gè)TCP流。
2. 第一個(gè)數(shù)據(jù)包被標(biāo)記INT，它經(jīng)過(guò)路徑 Switch1 -> Switch2 -> Switch4，并在INT頭中記錄了這條路徑上各交換機(jī)的隊(duì)列深度。
3. INT信息被發(fā)送到控制器?？刂破靼l(fā)現(xiàn)Switch2到Switch4的鏈路隊(duì)列很長(zhǎng)。
4. 此時(shí)，TCP流出現(xiàn)了一個(gè)短暫的間隙（Flowlet邊界）。
5. 當(dāng)下一個(gè)數(shù)據(jù)包（屬于第二個(gè)Flowlet）到達(dá)Switch1時(shí)，控制器已經(jīng)計(jì)算出一條新的、不擁塞的路徑：Switch1 -> Switch3 -> Switch4。
6. Switch1將所有屬于第二個(gè)Flowlet的數(shù)據(jù)包都轉(zhuǎn)發(fā)到Switch3。
7. 后續(xù)的Flowlet會(huì)重復(fù)此過(guò)程，始終選擇當(dāng)前最優(yōu)的路徑。

高效、無(wú)損的自適應(yīng)路由：基于INT的Flowlet 負(fù)載均衡技術(shù)

CX-N系列RoCE交換機(jī) 支持基于INT的Flowlet非常先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡技術(shù)，它巧妙地結(jié)合了三者的優(yōu)勢(shì)：

• 利用 Flowlet 解決了自適應(yīng)路由的亂序問(wèn)題。
• 利用 INT 為Flowlet路由提供了精準(zhǔn)、及時(shí)的決策依據(jù)。

最終實(shí)現(xiàn)了高效、無(wú)損的自適應(yīng)路由，顯著提升了大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的性能。