數據中心網絡架構之變

傳統的數據中心網絡一般根據功能劃分為：核心層、匯聚層、接入層三個部分。接入層網絡一般包含有存儲接入和服務器接入，通過低端網絡設備直接連接存儲和服務器設備，一般提供100M端口的接入。匯聚層的網絡設備一般具有高密度端口，高帶寬的特點，直接與接入層網絡設備互連。匯聚層網絡設備直接連接到核心層，核心層網絡設備一般是一個企業或者數據中心的網絡出口，一般是高端路由器設備或者高端數據中心設備。由此可見，傳統數據中心的網絡架構一般分為三層，接入層以二層業務為主，而匯聚層和核心層主要是三層業務。這樣的網絡架構從網絡出現的時候開始幾十年都沒有多少變化，而變化的只有網絡設備的性能和可提供的網絡帶寬。從10M半雙工接入，到100M、1000M甚至是10G的接入帶寬增長，同時在匯聚層也從1000M到10G，8口10G聚合綁定，40G端口及聚合端口綁定的帶寬，在核心層也出現了100G的出口。這樣的帶寬在不改變網絡架構上，只需要更換高性能的設備或板卡就可以實現。而通過采用更高性能的設備，也可以達到提升二三層規格性能的目的。目前的匯聚層設備，一般都可以提供二層MAC 32K~512K，三層路由8K~512K，這樣的網絡性能可滿足10萬臺以上服務器的接入，也能提供100G以上的流量帶寬。在這樣高性能的網絡環境中，網絡架構已經無法適應這樣高速、大容量的應用。所以網絡架構的模式也在悄然演變。
    傳統的數據中心通過網絡架構按功能進行區域劃分，如WEB、APP、DB，辦公區、業務區、內聯區、外聯區等等。不同區域之間通過匯聚層設備三層互訪，從而保證不同區域的可靠性、安全性。同時，不同區域由于具有不同的功能，因此需要相互訪問數據時，只要終端之間能夠通信即可，并不一定要求通信雙方處于同一VLAN或二層網絡。所以傳統的數據中心網絡架構基本是二三層業務混合應用，不同層面的業務交叉應用，結構較復雜。帶寬被認為是衡量網絡架構的重要指標，以太網將扮演越來越重要的角色。隨著帶寬的逐步增加，傳統的數據中心復雜的網絡架構漸漸淡出人們的視線。
    為了適應云計算、大數據技術的應用，數據中心網絡架構逐漸演變為一種新的網絡形式，相比傳統的數據中心網絡架構，新的數據中心網絡架構將具有一些新的技術和特征。
   三層的網絡演變為大二層網絡
    隨著網絡IPV4地址的逐步減少，IPV6尚未得到普遍應用，數據中心內部采用過于復雜的三層網絡，則會占用太多的IPV4地址，如果都采用內部私網地址，則訪問會受到很大限制，若采用NAT設備進行地址轉換，則會增加NAT設備的負擔。隨著新的網絡架構直接采用二級網絡：接入層和核心層。匯聚層將消失，這樣網絡架構的帶寬將不會受到匯聚層的限制，而接入層直接接入到核心層，也可以減少網絡設備投入。這樣對網絡設備要求比較高，傳統的STP/MSTP環網技術無法適應這樣大規模的網絡架構，只能采用TRILL等新的二層技術。
   虛擬化技術無處不在
    傳統的數據中心網絡之間都是獨立的，需要通過復雜的網絡軟件進行管理，大型的數據中心僅接入的網絡設備就會有上千臺，所以采用虛擬化技術，將幾臺、十幾臺的網絡設備虛擬化為一臺設備，這將大大簡化網絡管理的復雜度。如果小型的數據中心，也可以通過虛擬化技術將一臺大型的網絡設備分割成獨立的幾臺虛擬設備，不同的業務采用不同的虛擬設備。在網絡設備上應用虛擬化技術，這將大大降低數據中心的運行能耗，讓數據中心運行更為綠色。
   軟件定義網絡
    軟件定義網絡近幾年持續火熱，將軟件定義網絡引入數據中心將極大程度地改變目前網絡的架構。采用軟件定義網絡，將使網絡架構更簡單化。網絡不再像原來那樣很多層，將更加扁平化?？梢钥焖俑鶕I務需求來重新部署網絡，可以靈活地從一個機柜的規模擴容到數據中心網絡的規模。采用軟件定義網絡將使網絡架構更開放，大多數網絡廠家都會支持，這樣采購設備也節省了投資。
   萬兆接入構筑信息高速路
   數據中心的新網絡設備均采用基于CLOS的多級交換架構，使其具備了10T以上的交換容量，能夠支持高密度的萬兆端口和單端口的100G帶寬，具有更好的擴展性，能夠很好的緩解數據中心核心層的交換壓力，解決核心網絡性能瓶頸，這使得萬兆接入成為可能。在核心層全部采用40G以上端口或多個40G端口綁定互連。在網絡架構上，全部采用萬兆光纖、模塊互連。為節省成本也可以采用10G的電纜互連，百兆/千兆逐漸被新的網絡架構所淘汰。
    存儲和網絡走向融合
    傳統的數據中心往往需要建設業務網絡和存儲網絡兩套網絡架構，兩個網絡基本獨立，這樣大大浪費網絡的利用率。隨著IP SAN技術的發展，IP技術逐漸進入到存儲領域，通過IP技術實現網絡存儲成為可能，這樣完全可以在業務網和存儲網采用一套網絡架構。接入層網絡設備已開始支持兩種接入方式，即可以連接虛擬化的服務器，也可以連接存儲設備。由于存儲網絡都是二層轉發網絡，所以只有新的網絡架構才能促使網絡架構走向融合。
    新一代的數據中心網絡架構具有了很多新興的技術特征，所有的這些變化都是為了適應數據中心實際業務的發展需要。傳統的三層網絡架構必然將逐漸湮滅于歷史的大潮中，也許十年，也許二十年，就在彈指一揮間，讓我們展開雙臂擁抱全新的網絡架構吧。