林生洪

摘 要：傳統(tǒng)的IT架構始終有一個80/20困境，即80%的精力成本在建設和維護，20%的精力成本在使用和優(yōu)化。長久以來企業(yè)把IT建設的精力過多的放在IT基礎設施本身，而不是IT所能提供的根本價值（即企業(yè)的應用和服務）。換句話說，IT實際上應當是一種工具和資源，就如同水、電、能源等等這些企業(yè)生產(chǎn)所需的工具和資源一樣，但企業(yè)使用的水、電從來不過多介入到取水、發(fā)電這些具體工作中去，而企業(yè)使用的IT資源正相反，形成建設和使用的倒掛。

關鍵詞：新一代數(shù)據(jù)中心；局域網(wǎng)建設

中圖分類號：TP73+.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）33-0008-02

1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心架構的問題

業(yè)界從互聯(lián)網(wǎng)云計算的概念得到啟發(fā)，開辟了嶄新的數(shù)據(jù)中心架構模式，以解決長期困擾的業(yè)務發(fā)展與基礎資源的矛盾和瓶頸問題。即如果能夠把IT的資源當成用水用電一樣、并且以一種可量化其“質(zhì)”和“量”的標準服務的方式交付給資源的使用者，就能從根本上解決問題。這種使用IT資源的方式最早形成在互聯(lián)網(wǎng)應用的交付過程中，互聯(lián)網(wǎng)應用的使用者往往不關心IT資源的具體存在形態(tài)（象云一樣無時不在、無所不在），而只需要對互聯(lián)網(wǎng)應用的賬號賦予可度量的成本，即可按該賬號所賦予的使用量、使用規(guī)則和質(zhì)量來使用互聯(lián)網(wǎng)服務。對于這種IT服務的使用方式，我們就可以把更多的精力放在如何使用好它們，而不必浪費精力于IT資源本身。這就是最原本的云計算含意。云計算的重大意義在于解決了傳統(tǒng)IT中的建設和使用倒掛的80/20困境。

實際上云計算概念的引入，已經(jīng)重新定義了傳統(tǒng)專網(wǎng)中獲取資源的模式，即使沒有互聯(lián)網(wǎng)的資源規(guī)模效應前提，也可以從根本上扭轉剛才提及的80/20資源應用的矛盾。我們先研究傳統(tǒng)IT架構是怎么導致80%精力耗費在資源的建設和維護的。具體而言存在如下問題：

①維護管理難，靈活性差：在傳統(tǒng)構架中業(yè)務與底層資源的關系是呈豎井方式（Silo），網(wǎng)絡中進行業(yè)務擴容、遷移或增加新的服務功能越來越困難，每一次變更都將牽涉相互關聯(lián)的、不同時期按不同初衷建設的多種物理設施，涉及多個不同領域、不同服務方向，工作繁瑣、維護困難，而且容易出現(xiàn)漏洞和差錯。

②資源利用率低：傳統(tǒng)架構豎井方式對底層資源的投入與在上層業(yè)務所收到的效果很難得到同比發(fā)展，最普遍的現(xiàn)象就是忙的設備不堪重負，閑的設備資源儲備過多，二者相互之間又無法借用和共用。

③服務策略不一致：傳統(tǒng)豎井架構最嚴重的問題是這種以孤立的設備功能為中心的設計思路無法真正從整個系統(tǒng)角度制訂統(tǒng)一的服務策略。

2 面向云計算的新一代數(shù)據(jù)中心局域網(wǎng)架構

新一代數(shù)據(jù)中心局域網(wǎng)的目標是構建一個可持續(xù)發(fā)展的、新一代的面向云計算的數(shù)據(jù)中心架構。將數(shù)據(jù)中心的IT資源池化，通過智能的業(yè)務調(diào)度機制、以可計量的方式按需、 保質(zhì)的取用資源，滿足業(yè)務需求的同時屏蔽底層的復雜性，使用戶可以把更多精力投入到IT資源的優(yōu)化應用上去。如圖1所示。

IT應用、服務器計算、I/O網(wǎng)絡、存儲等資源的虛擬和池化、按需調(diào)用IT資源，實際上就是云計算的“架構即服務”（IaaS）模式。這種架構下的數(shù)據(jù)中心相比之前的豎井化的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心有如下明顯優(yōu)勢：

①隨需而動的業(yè)務靈活性：上層業(yè)務的變更作用于物理設施的復雜度降低，能夠最低限度的減少物理資源的直接調(diào)度，使維護管理的難度和成本大大降低。方便隨業(yè)務的調(diào)整和變遷而靈活供給所需資源，而基礎架構保持穩(wěn)定不變。

②高效資源優(yōu)化復用：使得物理資源可以按需調(diào)度，物理資源得以最大限度的重用，減少建設成本，提高使用效率。一方面總硬件資源占用量降低了，另一方面每個業(yè)務得到的服務反而更有充分的資源保證了。

③全局策略一致性：統(tǒng)一的智能化調(diào)度屏蔽了具體設備個體的策略復雜性，能夠最大程度的在設備層面以上建立統(tǒng)一、一致的服務體驗。根據(jù)上層業(yè)務對服務要求的不同，可定義調(diào)用的條件和方式，從而方便的對不同業(yè)務提供相適應的策略和合規(guī)性約束，這樣整個IT將可以達到理想的服務規(guī)則和策略的一致性。

3 新豐江發(fā)電公司局域網(wǎng)改造設計思路

新豐江發(fā)電公司的信息化建設已比較成熟，經(jīng)過多年的經(jīng)營完善已取得了一些成果，有效的推動了公司的信息化辦公的發(fā)展。 由于當時的條件所限，新豐江局域網(wǎng)在建設初期，物理架構上采用單核心、單鏈路設計，隨著接入終端的增多，接入層使用級聯(lián)方式得到了快速擴充。在邏輯架構上，業(yè)務流量沒有得到合理的梳理，比如互聯(lián)網(wǎng)出口及粵電網(wǎng)接入在物理上可以形成了互備條件，但實際的路由配置卻未能實現(xiàn)。基礎網(wǎng)絡架構，如圖2所示。

如上圖所示，新豐江的局域網(wǎng)在可靠性、健壯性、數(shù)據(jù)轉發(fā)的高效性有很大的是升空間，以確保業(yè)務的永續(xù)性。為了充分滿足當前和未來的業(yè)務需求，有必要對現(xiàn)有的網(wǎng)絡進行合理規(guī)劃與升級，以此更好的滿足日益擴大的業(yè)務需求，更好的發(fā)揮發(fā)電公司在當?shù)貒窠?jīng)濟中的重要作用。局域網(wǎng)改造應滿足以下要求。

3.1 采用新一代的云計算標準建設局域網(wǎng)

使用成熟的、商用化的云計算技術改造現(xiàn)有局域網(wǎng)，建立一套穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的云計算數(shù)據(jù)中心局域網(wǎng)架構，并在此架構上規(guī)劃未來5年的業(yè)務部署，以滿足業(yè)務長期持續(xù)的擴展能力，在運營和使用中收獲長期效益。

3.2 構建面向云服務的高可靠性

整個網(wǎng)絡系統(tǒng)必須有很高的安全性、可靠性和一定程度的冗余。

3.3 網(wǎng)絡的預見性和架構通用性

隨著未來用戶應用規(guī)模的不斷擴大，設計必須具備一定的預見性和架構通用性，對于可預見的發(fā)展趨勢，網(wǎng)絡架構必須從當前設計中給予充分考慮，并提供無須進行大的架構改變而能適應未來5年網(wǎng)絡升級的穩(wěn)定、通用的架構，最大限度保護投資，獲得總擁有成本優(yōu)勢。

4 新豐江局域網(wǎng)改造設計模型

新豐江發(fā)電公司數(shù)據(jù)中心局域網(wǎng)絡將采用層次化、模塊化的設計、并采用了網(wǎng)絡虛擬化技術、以太網(wǎng)鏈路捆綁技術，極大的增加了網(wǎng)絡的可靠性、健壯性、及數(shù)據(jù)轉發(fā)的高效性。如圖3所示。

4.1 采用偏橫向的層次化、模塊化結構的優(yōu)勢

①節(jié)約成本：局域網(wǎng)意味著巨大的業(yè)務投資，正確設計的局域網(wǎng)可以提高業(yè)務效率和降低運營成本。

②便于擴展：一個模塊化的或者層次化的網(wǎng)絡由很多更加便于復制、改造和擴展的模塊所構成，在添加或者移除一個模塊時，并不需要重新設計整個網(wǎng)絡。每個模塊可以在不影響其他模塊或者網(wǎng)絡核心的情況下投入使用或者停止使用。

③加強故障隔離能力：通過將網(wǎng)絡分為多個可管理的小型組件，企業(yè)可以大幅度簡化故障定位和排障處理時效。

④符合運維管理的基本準則：在運維管理中，對不同的變更有嚴格的系統(tǒng)影響評估，給予不同的變更流程。比如對核心系統(tǒng)的任何配置變更應經(jīng)過多級嚴格審查、制定嚴格回退預案、經(jīng)過專家和專門廠商技術人員的審批、并應在非生產(chǎn)時間完成，而對邊緣設備的變更則由于其影響較小，則會用比較簡易的流程完成。如果沒有層次劃分，那么任何變更都將被看出對核心系統(tǒng)有直接影響的行為，企業(yè)IT維護管理的靈活性和可用性將大為降低。

4.2 構建沒有生成樹協(xié)議的無環(huán)二層網(wǎng)絡

在解決二層環(huán)路的問題上，傳統(tǒng)的方案是運行STP協(xié)議，它邏輯上阻塞一個端口來達到無環(huán)的效果，但是這樣卻犧牲一條鏈路的帶寬，而且當網(wǎng)絡拓撲發(fā)生改變時，STP會重算，即使是快速生成樹協(xié)議收斂時間也要5 S以上，這對于可靠性強的網(wǎng)絡來說是無法忍受的。

HSRP和VRRP是最常用的FHRP，但它們只允許VLAN上的主機一次僅與一個交換機通信，因此連接核心層的冗余鏈路不傳輸任何流量。

GLBP是較為新型的協(xié)議，支持一定程度的負載均衡，將輸出流量分攤到兩個核心層路由器。但返回的流量一般在流量中占主要部分，它們可能并不進行負載均衡，因此它還是不足以滿足大多數(shù)系統(tǒng)的需求。

4.2.1 傳統(tǒng)STP網(wǎng)絡缺陷

傳統(tǒng)STP網(wǎng)絡結構，如圖4所示。

在新豐江的局域網(wǎng)改造設計中，我們把核心設備虛擬成邏輯上的單臺設備，并通過堆疊或其它虛擬化技術把匯聚也邏輯虛擬成單臺設備，這樣做除了解決毫秒級的冗余互備外，同時解決了環(huán)路的問題外，另外還有兩個好處：

①首先接入層設備兩鏈路上聯(lián)匯聚，所以兩條鏈路都走業(yè)務流量；②其次從匯聚到核心，從接入到匯聚，可以采用以太網(wǎng)聚合技術把兩條或多條物理鏈路捆綁起來，在增加帶寬的同時也增強了網(wǎng)絡的可靠性。

4.2.2 新的二層網(wǎng)絡結構設計

新的二層網(wǎng)絡結構設計，如圖5所示。

新的設計中，對核心層/匯聚層和接入層交換機來說，看似只有單一鏈路。從接入層到核心層的兩條上行鏈路作為一個以太網(wǎng)鏈路捆綁鏈路，為了更好的彈性，上行的鏈路在兩臺匯聚交換機上實現(xiàn)鏈路捆綁。因為匯聚層到每個接入層交換機只有單一邏輯鏈路，進而形成了邏輯上的星形拓撲，所以不會再出現(xiàn)回環(huán)拓撲結構。

4.2.3 優(yōu) 勢

①不會有網(wǎng)絡拓撲更新需要STP重收斂，因此恢復速度加快。②不會出現(xiàn)上行鏈路阻塞的情況。③從接入層交換機到核心層/匯聚層的兩條鏈路通過以太通道進行負載均衡，因此輸入和輸出數(shù)據(jù)由鏈路共同傳輸，提高了鏈路利用效率。④對接入層的每個VLAN來說，核心層/匯聚層僅有一個邏輯接口。因此就不必運行第一跳冗余協(xié)議，從而簡化配置。⑤通過“NIC聚合”（802.3ad端口通道）提供高可用性和負載均衡。

5 結 語

新豐江發(fā)電公司局域網(wǎng)采用云計算架構的建設思路，構建的數(shù)據(jù)中心局域網(wǎng)就有希望走出80/20的模式，從IT資源建設上節(jié)省下的時間、精力和成本可以轉換為對IT資源更好的利用，從而更加有效的推動企業(yè)的生產(chǎn)力發(fā)展。

參考文獻：

[1] 魏飛.淺談網(wǎng)絡工程系統(tǒng)中的設計思路[A].ICT助力兩型社會建設學 術研討會論文集[C]，2008.