摘要：最近幾年來，云計算技術(shù)蓬勃發(fā)展起來，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)運行機制存在一定的固化性，無法滿足現(xiàn)有形勢下對高性能和高性價比的需求，而且也無法支持目前云環(huán)境下的靈活的根據(jù)帶寬租賃數(shù)據(jù)中心的運營方式。所以，構(gòu)建一種低造價、靈活性強和高連通性的非樹狀數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)十分必要。

關(guān)鍵詞：云計算；數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)；體系結(jié)構(gòu)；拓撲結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TP308 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 24-0111-02

1 前言

以往的數(shù)據(jù)中心是基于客戶端/服務(wù)器模式進行的，這時的數(shù)據(jù)中心主要用來存放服務(wù)器。最近幾年來，云計算技術(shù)蓬勃發(fā)展起來，這也促進了數(shù)據(jù)中心建設(shè)的高潮。云計算環(huán)境下的Internet網(wǎng)絡(luò)從傳送信息數(shù)據(jù)的角色過渡到直接傳送服務(wù)。對于私有云，企業(yè)將數(shù)據(jù)中心作為硬件平臺，而對于公有云，企業(yè)則將數(shù)據(jù)中心作為構(gòu)建的骨干資源，運行在云上的服務(wù)也更加復(fù)雜化和多樣化，對可靠性、可管理性的要求也更加細化，這需要更新的設(shè)計理念和更優(yōu)化的運行機制來進行支持?；谏鲜瞿康?，我們對如何構(gòu)建低造價、商業(yè)性和高連通性的數(shù)據(jù)中心的方法進行了簡單的介紹，并形成了面向云計算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

2 面向云計算的數(shù)據(jù)中心簡介

2.1 面向云計算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)中心主要是指以外包方式對網(wǎng)上公司出租網(wǎng)站設(shè)備或數(shù)據(jù)的地方，是IT應(yīng)用組織化和規(guī)范化的重要標志。

隨著云計算技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)從簡單的單一服務(wù)器托管和維護場所逐步衍變成集海量數(shù)據(jù)運算和存儲為一體的高性能計算機集中地。IT廠商也將從前以單臺計算機為單位的服務(wù)器變成多臺計算機群體模式，并基于上述模式開發(fā)出一系列的先進技術(shù)。例如云計算、虛擬化和云存儲等等，顯著提高了單位服務(wù)器的運行效率。面向云計算的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為一個標準化的、整合的、最優(yōu)化的、自動化的和虛擬化的高可用計算環(huán)境和適應(yīng)性基礎(chǔ)設(shè)施。

2.2 面向云計算的數(shù)據(jù)中心的基本特點

（1）標準基礎(chǔ)設(shè)施模塊化。為了使IT基礎(chǔ)設(shè)施達到簡化、適應(yīng)性強和可擴展性的特點，面向云計算的數(shù)據(jù)中心必須根據(jù)標準對存儲設(shè)備、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)等基本構(gòu)件進行模塊化設(shè)計，以滿足數(shù)據(jù)中心服務(wù)需求。模塊化設(shè)計不僅能夠簡化數(shù)據(jù)中心環(huán)境，增強成本控制，還能夠顯著提高數(shù)據(jù)中心的工作效率，降低運行風(fēng)險。（2）資源環(huán)境虛擬化。虛擬化技術(shù)主要是指通過將物理資源集中起來形成一個虛擬的共享資源池，從而使得資源的使用更加靈活，還能夠降低使用資源的成本，優(yōu)化資源的利用率。（3）高擴展性。面向云計算的數(shù)據(jù)中心的物理結(jié)構(gòu)是可擴展的，同時還要支持增量擴展，這樣在增加新服務(wù)器時才不會影響到已有的服務(wù)器運行。另外，通信協(xié)議的設(shè)計也需要是可擴展的。（4）容錯性良好。當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時，服務(wù)器和鏈路故障率也會顯著提升，所以面向云計算的數(shù)據(jù)中心必須具有良好的容錯性和足夠的物理冗余。（5）服務(wù)器間通信性能良好。數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用在服務(wù)器間的流量遠遠大于和外部客戶之間交互的流量，因此，服務(wù)器間的通信性能要符合要求。（6）地址結(jié)構(gòu)與位置無關(guān)。服務(wù)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)該和物理位置無關(guān)，這樣才能解決數(shù)據(jù)中心對服務(wù)器地址的限制問題，不僅提高了資源的利用率，還保證了系統(tǒng)的可擴展性。

3 面向云計算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

3.1 虛擬交換機技術(shù)

云計算環(huán)境具有顯著的多租戶特點，在同一套物理設(shè)備上運行不同用戶業(yè)務(wù)要求網(wǎng)絡(luò)的隔離能力必須完善，這樣才能保證多業(yè)務(wù)能夠整合在同一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多層面邏輯隔離的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)中心核心交換機提供了進一步的隔離技術(shù)，即通過虛擬交換機技術(shù)在邏輯上將一個交換機分成多個虛擬交換機，不同虛擬機之間徹底隔離，各自獨立擁有二層、三層協(xié)議棧、進程和管理員。該技術(shù)能夠保證系統(tǒng)的高安全性、對資源調(diào)度的靈活性和高效性。

3.2 超大規(guī)模擴展技術(shù)

目前的大型互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心大都采取基于map reduce的編程模式，從而實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的高效并行處理。但是由于map reduce框架要求開發(fā)人員必須在超大規(guī)模計算集群上分配計算任務(wù)并進行并行處理，這樣就會造成計算集群之間和服務(wù)器之間較大的吞吐量，因此網(wǎng)絡(luò)需要具有足夠承載該計算集群而無交換阻塞的能力。因此，面向云計算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)需要具備在二層網(wǎng)絡(luò)上提供超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)擴展的能力。VPC（Virtual Port-Channel）是一種通過合理整合2個交換機的轉(zhuǎn)發(fā)平面，從而應(yīng)用Port-Channel技術(shù)實現(xiàn)接入設(shè)備能夠同時鏈接2個匯聚交換機而實現(xiàn)雙倍聚合帶寬的擴展技術(shù)。另外，業(yè)界還提出了Fabric-Path協(xié)議，該技術(shù)以MAC地址學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，有效減小了邊緣交換機的MAC地址表壓力。通過該技術(shù)能夠構(gòu)建一個扁平的、高效的和超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，是目前大規(guī)模虛擬化數(shù)據(jù)中心的最重要技術(shù)之一。

3.3 跨地互聯(lián)技術(shù)

因為供電、制冷以及容災(zāi)和備份的要求，數(shù)據(jù)中心必須在物理上相互分離，但是邏輯上要保持一體，通過該網(wǎng)絡(luò)，要使得計算能力能夠在不同數(shù)據(jù)中心間自由的流動。這時就提出了OTV（Overlay Transport Virtualization）技術(shù)。OTV能夠?qū)崿F(xiàn)打通數(shù)據(jù)中心的IP骨干網(wǎng)絡(luò)，并通過ISIS建立Adjacency關(guān)系，從而方便交換數(shù)據(jù)中心的MAC表。OTV技術(shù)通過IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了多個數(shù)據(jù)中心間網(wǎng)絡(luò)的虛擬化和整合，使得資源能夠在不同數(shù)據(jù)中心之間自由流動，大大簡化了對網(wǎng)絡(luò)的維護、提高了網(wǎng)絡(luò)的整體穩(wěn)定性，同時也為數(shù)據(jù)中心提供了網(wǎng)絡(luò)保證。

3.4 客戶端路由感知技術(shù)

在面向云計算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，計算資源能夠在不同數(shù)據(jù)中心之間自由的流動。這時，就需要知道流動發(fā)生以后，客戶端怎樣感知到流動的計算資源，這樣才能保證正確的把數(shù)據(jù)包發(fā)送到新的數(shù)據(jù)中心。新一代路由技術(shù)LISP很好的解決了上述問題，LISP通過應(yīng)用BGP協(xié)議來構(gòu)建控制平面，并應(yīng)用MS（map server）記錄RLOC與EID之間的相互對應(yīng)關(guān)系。虛擬機一旦流動到新數(shù)據(jù)中心就必須到MS重新注冊得到新的RLOC和EID對應(yīng)關(guān)系，這樣客戶機就可以通過查詢MS來找到新的RLOC，進而把數(shù)據(jù)包送到新的數(shù)據(jù)中心內(nèi)。

3.5 虛擬化I/O技術(shù)

由于數(shù)據(jù)中心存在多種網(wǎng)絡(luò)類型且性能差別較大，使得數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)相互分割，無法形成一個統(tǒng)一的虛擬資源池，對網(wǎng)絡(luò)I/O的整合與節(jié)能減排非常不利。想要通過以太網(wǎng)對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)進行整合，就必須對現(xiàn)有以太網(wǎng)進行改進，從而實現(xiàn)不丟幀和提高服務(wù)質(zhì)量的結(jié)果，這就是以太網(wǎng)DCB。DCB包括一系列相關(guān)協(xié)議，包括進行流控和保證服務(wù)質(zhì)量的重要協(xié)議IEEE802.1qbb與IEEE802.1qaz。除此之外，T11還通過FC-BB-6對DCB網(wǎng)絡(luò)上的FC幀承載方法進行了定義，即FCoE。通過這些技術(shù)就可以把以前需要多張網(wǎng)才能承載的流量整合到使用一張網(wǎng)進行承載，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)I/O虛擬和整合。

4 結(jié)論

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，作為信息服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)中心發(fā)揮了越來越重要的作用。IT行業(yè)的蓬勃發(fā)展促進了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用更多的向數(shù)據(jù)中心移動，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心的規(guī)模急劇擴大?；A(chǔ)資源需求的快速攀升和單一昂貴的數(shù)據(jù)中心資源提供方式的矛盾更加突出，導(dǎo)致傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心面臨低效率、高成本和高能耗的嚴重問題。而面向云環(huán)境的數(shù)據(jù)中心能夠按需為多租戶提供服務(wù)，其彈性可擴展的服務(wù)特征是解決數(shù)據(jù)中心效率問題的重要途徑，并推動一系列相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新，促進了下一代數(shù)據(jù)中心的新的發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]朱偉雄，王德安，蔡建華.新一代數(shù)據(jù)中心建設(shè)理論與實踐[M].人民郵電出版社出版，2009.

[2]石屹嶸，段勇.云計算在電信IT領(lǐng)域的應(yīng)用探討[J].電信科學(xué)，2009（9）.