华为：做数据中心交换机到底有多难？

1.做还是不做

数据中心交换机真正进入人们的视野，还是2010年。

那一年云计算持续升温，数据中心迎来了大发展，人们发现，一个新的80/20原则诞生了——80%的流量产生在数据中心内部。

也正是从那时起，“东西流量”在业界被广泛提及，数据中心交换机作为处理“东西流量”的神器，引领了整个交换机产业的新一轮增长。

当时的华为，已是运营商网络市场的龙头，正在蓄势进军企业网市场。

要想在企业网市场站稳脚跟，首先就是要占据企业数据中心这个战略高地，而数据中心交换机无疑是攻占这个高地的利器。

转过年来的2011年，华为迎来了一次重大的组织变革，EBG，一个专攻企业级市场的BG成立了，成立之初，管理层便一锤定音：上马数据中心交换机！

2011年4月，华为数据中心交换机正式立项，起个什么样的名字呢？CloudEngine。这个名字包含了两层意思：
①数据中心交换机主要是面向云的，华为要做最好的云网络引擎。
②与华为大名鼎鼎的NE路由器一脉相承，左手NetEngine，右手CloudEngine，包打天下。

现在看来，“CloudEngine”这个经典产品能在最恰当的时机立项，既有技术大趋势发展的因素，又有华为内部业务战略的驱动。

总之，外因+内因，就这么踩准了一个点，翻过了一道坎。

2.走什么路线呢

大方向定下了，只是万里长征的第一步。

彼时不同今日，7年前，业界对与数据中心网络的技术路线，存在很多争议。最主要的有两大流派：稳健型的“二层派”和颠覆型的“一层派”。

“二层派”的思路是在传统网络架构上进行优化，核心交换机和接入交换机具备独立功能，Spine+Leaf的模式来组网，基于通用的标准协议实现互联互通。

“一层派”的玩法比较激进，裁剪接入交换机的功能，只把它们作为“端口扩展器”，这种“子交换机”不能独立工作，需要一台功能强悍的“母交换机”来配合。“子母”交换机组合起来，变成一台超级交换机，这就是当年很火的“一层架构”。

面对这种“0或1”的选择，华为交换机项目组经历了痛苦的抉择期，一旦架构选错，未来根本就没有机会回头。

当年，“一层派”在业界呼声很高，方案很完美，看起来很有创新性，还有交换机大厂扛旗力挺，芯片厂商和部分客户，也对这种方案很心动。

然而，华为研发经过评估认为，“一层派”这个方案看上去很美，但是意味着“子母”交换机只能使用同一家厂商的方案，这个结构不够开放，会对客户形成绑架。从网络发展的历史看，这不大可能成为主流。

最终，华为选择了“二层”架构，保持系统的开放性，给客户选择权。当然，华为还是留了一手，在架构设计上做了兼容考虑，即便未来“一层”成为主流，华为也能平滑演进。

多年以后，几乎所有的厂商最终都和华为选择了一样的路线，而那种曾经火爆一时的“子母交换机”，早已绝迹江湖。

这种所谓的架构之争，现在已经没有什么争议了，而在当年，对华为交换机团队来说，就是“大是大非”问题。

面对这样的抉择，华为的解决思路是，跳出具体的技术比较，从客户角度思考，把选择权留给客户，把麻烦留给自己。

事实证明，这种“以客户为中心”的思想，很有效。

3.选什么架构

在数据中心交换机的硬件设计上，有一道绕不开的坎，叫做“正交架构”。

我们知道，交换机的板卡，主要分为三大类：主控卡、线卡、交换网板。主控卡相当于交换机的大脑，线卡主要提供各种不同速率的端口，而交换网板则提供线卡间高速互联的能力。

如何把这三种板卡“物理的”连在一起呢？需要一个载体，这就是背板，在“正交架构”出现之前，主流的架构是“无源背板”技术。

“扒开”这种交换机瞧一瞧，我们会发现，各种卡都是插在背板上的，大家通过背板这个“中介”，完成彼此的连接和互通。

这种架构是过去的主流，但随着数据中心交换机对速率和扩展性的要求越来越高，弊端就表现出来：要想实现超高速的数据传输，链路要尽可能短，尽量减少中间路径，故障点越少越好。

如果能不绕道长长的背板，而是让线卡和交换网板直接连接，就可以最大限度避免瓶颈。于是，就有了划时代的正交架构↓

拿CE12800举例，所谓正交架构，就是前面的线卡和主控卡横着插，背面的交换网板竖着插，两者相互垂直，板卡相交的地方采用“正交连接器”直接相连，不再通过“漫长”而“坎坷”的背板走线。

这种方式，距离更短、故障点更少，能够搭建起超高速通信的“立交桥”。

对应正交架构，业界还有“非正交”和“伪正交”：

传统无源背板架构，所有的板卡，都插在背板上，通过无源铜背板上的走线完成“中介”，更早的时候，还有“有源背板”，即背板上也有芯片，故障率更高，扩展性更差。

伪正交架构，从外面看起来，和正交架构很“高仿”，也是前面横插（竖插），后面竖插（横插） ，前后板卡垂直相交⊥。

然鹅，真相是，他们共同插在一个中置大背板上，而不是采用“正交连接器”直接相连，所以，该绕的路，一点都没有少。

华为CE12800在设计之初，就考虑了一步到位的正交Clos架构，这个架构一直沿用至今，保持了高度的延续性，一套板卡适用于所有规格的机箱。

用户即使在2012年产品发布之初就买入了交换机，用到2019年的今天，所有线卡任然保持通用，交换容量仍然可以平滑升级，与时俱进。

这个时候，我们才能更深的理解，设计一款具备真正“十年生命周期”的产品，是对自己的挑战，也对客户负责任……

今天，我们再去看整个数据中心交换机市场，会发现主流品牌，基本都“正交”了，但他们大部分都经过了几次“迭代”，出现过好几代机箱，从非正交→伪正交→真正交。这些机箱命名相似而不相同，线卡彼此不兼容，既造成用户选择困难，又不利于投资保护。

真正做到正交架构一步到位的，似乎只有华为。

因为，在当年，要做成一款正交架构的交换机，是对工程能力的巨大挑战：例如关键器件“正交连接器”的成熟度、正交架构对散热的考验、大尺寸单板的设计和加工能力、整机及结构精度控制等等。

说白了，正交架构体现出各厂家研发能力的积累，它就像一个“放大镜”，能充分展现优秀设计的精妙之处，也能把低劣的设计放大数倍揭露出来。

4.散热？？？

迈过“正交架构”这道坎，似乎前面一片坦途。
然而，接下来的每个“细枝末节”，都暗藏玄机。

正交架构的后遗症之一是散热问题，交换机散热主要依靠“风冷”，从流体力学的角度看，正交架构不容易实现冷热风道隔离，对散热很不友好。

CE12800在早期架构设计的时候，架构师们仔细研究了国际标准组织对设备散热的定义、要求及未来展望，并参观了业界最先进的数据中心，做了多种设计模型不断的对比和优化，最后决定面向未来把CE12800设计成“严格前后风道”架构。

以前，我们常常把交换机“前后风道设计”当成一种控标参数来运用，实际上，无论从行业标准要求还是数据中心的对“能效比”的追求，“前后风道”都是刚需。

在高等级的数据中心机房，为了追求PUE指标，会采用机柜“面对面、背靠背”交错排列，形成隔离的冷热通道，这样可以形成较强的冷热对流循环，所以，设备采用前后风道设计，才能达到这种对流效果。

4.颜值要在线

作为一款“潜伏”在机房深处的设备，数据中心交换机有点“深藏功与名”，到底要不要重视颜值呢？

华为的工程师们陷入了激烈的思想斗争：以前产品强调的是功能、性能规格，外观上“抗造”就好，本质上就是一“铁疙瘩”，大家也都司空见惯。相对而言，企业网客户对产品的外观和质感会更加关注，“高颜值”的产品更容易赢得客户信任。

这个方针敲定以后，团队加大了工业设计投入，邀请知名的设计公司操刀，第一次从零开始讨论产品的眉头、走线齿、扳手、防尘门以及总体外观，关注每一个细节……

在设计板卡面板时，为增强产品质感，采用了更高成本的不锈钢。 但测试时发现，面板在人触摸后会留下指纹，可能影响观感，虽然这不影响使用，毕竟用户也不会天天跑到机房摸面板玩。

但是负责工业设计小伙儿不甘心，验证了多个方案，最终确保设备面板在人手触摸、插拔应用后，依然油光锃亮，“可以当镜子用”。

正是因为这种精益求精的精神，CE12800一发布，就引起了轰动，很多用户不光被强悍的性能和规格震撼，也被高颜值圈了粉。

硬件的坎，就这样，一道道被华为人趟完了，但这只是一半。

硬件，只决定交换机的下限，它让交换机有了一副好皮囊，一副10年不落伍的好皮囊；软件，才定义了交换机的上限，它赋予了交换机灵魂。

于是，接下来，华为人又趟过一道道软件坎，实现了多个业内第一：
业界首个实现集群的业务通道和控制通道物理分离，可靠性更高；
业界首个将“1虚多”虚拟比实现到16的数据中心交换机；
业界首个在同一平台实现CSS集群和M-LAG技术的完美组合；
拥有归一化软件平台，使得一套板卡可以支持所有软件特性；
……

2012年6月，在迈过无数道坎之后，凝聚着华为VRP平台、硬件和整机工程20余年深厚积累的数据中心交换机旗舰——CloudEngine12800，终于震撼发布。

时至2019年

    我想，当年CE12800交换机的研发项目组，在殚精竭虑、埋头攻关的时候，一定许过愿、吹过牛，憧憬过自己这款亲手打磨的产品，未来能到什么样的高度。

七年后，那些许过的愿、吹过NB，都成了真……，我们来看看成绩单吧。

     CE12800创造了一个神话：七年前奠定的体系架构，其间未再做任何硬件迭代，延用至今，仍然是业界最具竞争力的交换机旗舰。这块“金字招牌”，还可以挂上几年。

然而，华为人不满足，七年之痒，华为人“痒了”，他们的目光，瞄准了下个10年。

    随着人工智能和机器学习等应用的涌现，存储（存储介质从HDD到SDD/NVMe）和计算（CPU到GPU甚至AI芯片）性能都得到了百倍提升，数据中心网络也需要更大带宽和效率支撑AI业务。
    400GE光接口已经开始踏上数据中心交换机的舞台，随之而来的，则是在功耗密度、高速互联、硬件可靠性等方面的技术挑战。

    你的网络准备好了吗？

    曾经，CE12800重新定义了云时代的交换机，而现在，华为数据中心交换机已经完成新的关键技术突破和准备。

所有过往，皆为序章。