廣東南方電信規(guī)劃咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司 林克衛(wèi)

現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)特征研究

廣東南方電信規(guī)劃咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司 林克衛(wèi)

隨著虛擬技術(shù)以及云計(jì)算機(jī)的廣泛運(yùn)用，數(shù)據(jù)中心的組成、結(jié)構(gòu)、功能以及規(guī)模等發(fā)生了巨大的變化。通過對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)特征了解和認(rèn)識(shí)，有助于我們優(yōu)化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、提高數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)性能、合理利用資源，有著非常重要的作用。本文通過對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特征、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特征以及網(wǎng)絡(luò)流量的特征進(jìn)行闡述，希望對(duì)該行業(yè)的研究提供一些參考的價(jià)值。

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)；結(jié)構(gòu)特征；應(yīng)用特征；虛擬化特征

1 現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征

1.1 商業(yè)交換機(jī)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求越來越高，這就使得交換機(jī)端口的數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)將會(huì)越來越多，相應(yīng)的限制因素也會(huì)越來越多。在這樣的情況下要想提高系統(tǒng)的性能，就必須構(gòu)建昂貴的交換設(shè)備。雖然科技的不斷進(jìn)步帶動(dòng)了交換機(jī)性能的提升，但還是會(huì)存在一定的問題，比如樹形結(jié)構(gòu)本身的問題等。一個(gè)現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心需要上萬臺(tái)甚至是上百萬臺(tái)的服務(wù)器，如果都使用高端的服務(wù)器的話，那將會(huì)帶來巨大的開支。所以為了能夠節(jié)約成本，可以在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心構(gòu)建普通商業(yè)交換機(jī)，例如Google數(shù)據(jù)中心、Fat-tree以及微軟數(shù)據(jù)中心等。商業(yè)交換機(jī)不僅是現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，也是現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特征。

1.2 多路徑連接

本文通過對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多路徑連接、平均節(jié)點(diǎn)度、構(gòu)建復(fù)雜度及構(gòu)建成本等進(jìn)行對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，如表1，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)一般都支持多路徑，而多路徑的支持能夠使現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)性更好，平均節(jié)點(diǎn)度更大。多路徑的使用能夠提高網(wǎng)絡(luò)的帶寬，也是現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。帶寬的提高能夠使網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力提高，但是節(jié)點(diǎn)的增大卻使數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建更復(fù)雜，但是商業(yè)交換機(jī)的使用使得復(fù)雜程度降低，也就相應(yīng)的降低了現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成本的降低。

表1 典型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)屬性對(duì)比

1.3 集裝箱式構(gòu)建

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建是采用基架構(gòu)件方式進(jìn)行的，這種方式的構(gòu)建需要進(jìn)行復(fù)雜的手工連線，并且還會(huì)占用很多基礎(chǔ)的設(shè)施，開發(fā)部署的周期性比較長(zhǎng)，而且一旦部署了就很難改變。但是現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建是使用集裝箱式的構(gòu)建方式進(jìn)行的，集裝箱式的構(gòu)建方式又叫模塊化數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建，該方式是把服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)以及空調(diào)系統(tǒng)裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的集裝箱里，一個(gè)集裝箱式的數(shù)據(jù)中心可以放置幾百甚至是幾千臺(tái)的服務(wù)器。這和傳統(tǒng)的機(jī)架式的數(shù)據(jù)中心相比，具有開發(fā)周期性短、能耗密度高、占地面積小以及方便移動(dòng)等優(yōu)越性。

2 現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用特征

2.1 共享使用

在整個(gè)數(shù)據(jù)中心發(fā)展的過程中，經(jīng)歷了四個(gè)階段，第一個(gè)階段是企業(yè)自建并且自主運(yùn)營(yíng)；第二個(gè)階段是企業(yè)自建但是運(yùn)營(yíng)采用外包的方式；第三個(gè)階段是企業(yè)租賃并獨(dú)占運(yùn)行；第四個(gè)階段是企業(yè)租賃并共享使用。起初的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建是企業(yè)自己構(gòu)建并且自己進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，每個(gè)數(shù)據(jù)中心都是由特定的企業(yè)所擁有，企業(yè)應(yīng)用比較單一，并且運(yùn)營(yíng)維護(hù)和管理由企業(yè)自己做，這種方式下數(shù)據(jù)的規(guī)模一般都非常小，但是運(yùn)營(yíng)的成本卻很大?；诖耍霈F(xiàn)了公用云服務(wù)的模式，這種方式是通過云計(jì)算提供相應(yīng)的資源與服務(wù)，并且進(jìn)行按需分配，所以也叫按需計(jì)算。是由多個(gè)租戶進(jìn)行共享使用和分配的，根據(jù)需要將資源以動(dòng)態(tài)、按需以及彈性的分配方式進(jìn)行分配并使用的，并且按照使用的情況進(jìn)行計(jì)費(fèi)。用戶可以根據(jù)自身的情況進(jìn)行個(gè)性化的定制，比如服務(wù)器的數(shù)量、運(yùn)行的環(huán)境以及網(wǎng)絡(luò)的配置等。資源可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的申請(qǐng)，也可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的回收。

2.2 動(dòng)態(tài)按需調(diào)度

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建設(shè)計(jì)的原則是按照項(xiàng)目的需求以及峰值為依據(jù)的，是將靜態(tài)的物理資源進(jìn)行分配，并且進(jìn)行靜態(tài)管理的，基礎(chǔ)設(shè)備跟應(yīng)用是緊密聯(lián)系的，這就使得資源只能孤立使用，不能進(jìn)行共享，也不能依據(jù)應(yīng)用以及負(fù)載的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的調(diào)整。并且應(yīng)用的資源需求跟峰值的資源需求相比較，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于峰值需求的，這就使得數(shù)據(jù)中心網(wǎng)的資源利用率比較低。并且傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心傳輸結(jié)構(gòu)是靜態(tài)的，這就存在很多的問題，比如結(jié)構(gòu)會(huì)比較復(fù)雜、管理的難度也會(huì)加大、資源比較固定以及靈活性不夠等。現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)路就不會(huì)存在這樣的問題，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)使用的是虛擬化的技術(shù)，是將物力資源集中進(jìn)行整合，形成一個(gè)共享的虛擬資源池，使得資源能夠更加靈活以及高效的被使用，虛擬化技術(shù)的使用是基于動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)環(huán)境下實(shí)施的，可以將負(fù)載、應(yīng)用等解耦于基礎(chǔ)設(shè)施資源，使數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施能夠更具有靈活性，也可以對(duì)業(yè)務(wù)需求的變化進(jìn)行快速的反應(yīng)，能夠使資源的動(dòng)態(tài)調(diào)度更加的穩(wěn)定及時(shí)。

3 現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化特征

3.1 扁平的二層結(jié)構(gòu)

要想資源得以優(yōu)化，那就需要進(jìn)行全網(wǎng)資源的分配調(diào)度，最理想的情況就是虛擬化的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)能夠即插即用，任何一個(gè)虛擬機(jī)都可以隨意的遷移到任何一個(gè)物理機(jī)上，并且新設(shè)備也不需要管理員進(jìn)行參數(shù)的配置，如果還是需要人工進(jìn)行配置的話，那就會(huì)影響資源的動(dòng)態(tài)性，為了能夠保證TCP的連續(xù)性，在遷移的時(shí)候虛擬機(jī)的IP地址與MAC地址的不允許改變的。所以虛擬機(jī)在遷移的時(shí)候只能在同一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)，這就使得數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)只能設(shè)置成扁平的二層結(jié)構(gòu)，由于三層的網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用的時(shí)候需要進(jìn)行子網(wǎng)的信息配置，并且三層網(wǎng)絡(luò)也不能使虛擬機(jī)進(jìn)行遷移，要想遷移就必須改變IP地址。所以扁平的二層機(jī)構(gòu)是最合適的。

3.2 動(dòng)態(tài)可配置虛擬網(wǎng)

現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化的特點(diǎn)，使得互不信任的用戶之間，既要能夠?qū)崿F(xiàn)隔離，又要能夠依據(jù)用戶的需要對(duì)資源進(jìn)行調(diào)整與共享，還要保證服務(wù)的質(zhì)量。要想達(dá)到這些要求，就必須將數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)劃分成不同的虛擬網(wǎng)，但是這種劃分是靜態(tài)的，限制了網(wǎng)絡(luò)的靈活度，為了提高資源的利用率以及對(duì)數(shù)據(jù)中心的資源進(jìn)行調(diào)整，例如，對(duì)于一個(gè)提供web服務(wù)以及視頻的數(shù)據(jù)中心來說，白天需要的Web資源可能會(huì)比較多，而到了晚上可能視頻資源需要的會(huì)比較多，為了能夠提高資源的利用率，就要將資源的需求情況進(jìn)行調(diào)整，并對(duì)資源的需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整，將數(shù)據(jù)中心的虛擬網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的配置。進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置虛擬網(wǎng)要使用虛擬化的技術(shù)，也就是在運(yùn)行的過程中將網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)的劃分成不同的切片。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)路特征進(jìn)行研究，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、資源的管理以及虛擬化的應(yīng)用是非常有幫助的，通過對(duì)現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的特征進(jìn)行研究，可以對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的工作原理更加的了解，從而更好的管理數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)，提高數(shù)據(jù)中心的資源利用率，節(jié)約成本，提高效率。

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