新型財務數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡研究

張志剛

（軍事經(jīng)濟學院，武漢 430035）

新型財務數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡研究

張志剛

（軍事經(jīng)濟學院，武漢 430035）

針對不同需求而提出的新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡結構數(shù)量繁多，互聯(lián)規(guī)則、路由算法也多種多樣，本文系統(tǒng)研究了財務數(shù)據(jù)中心的可擴展網(wǎng)絡結構，提出了對應數(shù)據(jù)中心模塊內以及模塊間的互聯(lián)結構，為實現(xiàn)財務數(shù)據(jù)中心內服務器之間的高帶寬連接、網(wǎng)絡結構可擴展及高可靠性、服務部署的敏捷性提供了多種技術參考和解決方法。

財務；數(shù)據(jù)中心；網(wǎng)絡

云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新型計算和應用推動了現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，并使其成為國家和IT企業(yè)的核心信息基礎設施。現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的內部流量已從傳統(tǒng)的“南北流量”為主演變?yōu)椤皷|西流量”為主，導致數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡性能成為瓶頸，這就要求我們研究典型數(shù)據(jù)中心拓撲結構的拓撲特性及設計理念發(fā)展規(guī)律，整合當前的設計方案。

1　新型數(shù)據(jù)中心新理論和技術要求

首先是對擴展方式的要求。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模擴展主要依賴增加交換機端口數(shù)量或提高端口速度的縱向擴展方式，但這種擴展模式已不能滿足云計算對數(shù)據(jù)中心的規(guī)模擴展要求。因此，迫切需要對數(shù)據(jù)中心的規(guī)模擴展方式進行改進，探索各種橫向擴展模式。其次，對網(wǎng)絡拓撲性能的要求。作為承載海量服務和應用的基礎設施，數(shù)據(jù)中心力圖滿足大量用戶對于計算、存儲等多種資源的網(wǎng)絡化訪問需求。網(wǎng)絡帶寬一直是大型數(shù)據(jù)中心的稀缺資源，直接影響數(shù)據(jù)中心應用的整體性能。再次，對容錯能力的要求。在大型數(shù)據(jù)中心中，硬件或軟件故障變得常態(tài)化，數(shù)據(jù)中心必須在各類故障時保證數(shù)據(jù)的安全，并能在極短時間內消除故障帶來的損害，為客戶提供正常可靠的服務。最后，對節(jié)約成本和能耗的要求。現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心開始逐步使用通用設備來代替專用設備，從而降低硬件成本并取得良好的性價比。

2　數(shù)據(jù)中心新型網(wǎng)絡結構的分類方法

傳統(tǒng)云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡普遍采用樹型拓撲方案進行服務器互聯(lián)，但實踐證明這種拓撲方案已經(jīng)不能很好地適應當前云計算數(shù)據(jù)中心的業(yè)務需求。根據(jù)構建規(guī)則和互聯(lián)技術的不同，當前的新型云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡拓撲可分為4類：以交換機為核心的云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構，以服務器為核心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構，隨機型數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡拓撲結構和線數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡拓撲結構。

前三類數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡涉及到大規(guī)模有線鏈路的正確布設和接入，由此帶來巨大的人力建設和維護成本。同時有線傳輸中帶寬仍然是制約數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡性能的重要因素。極高頻（60 GHz）無線通信技術和激光通信技術能提供高數(shù)據(jù)傳輸速率，其運用于數(shù)據(jù)中心可大大降低布線成本，并能極大提高網(wǎng)絡效能，以此構造無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡。若采用無線通信技術，則將天然地解決布線成本問題，同時增強網(wǎng)絡結構靈活性。當前提出的Cayley和3D Beamforming無線數(shù)據(jù)中心結構均采用60 GHz無線通信技術。

3　常量度數(shù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡HCN

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡設計的一項基本目標是實現(xiàn)大量低配置硬件服務器之間的高效連接。在擴展時節(jié)點結構和聯(lián)接方式發(fā)生巨大變化，在進行結構擴展時可能會給現(xiàn)存服務器的運行帶來消極作用，而且大多存在規(guī)則性和對稱性較低等弊端。

我們設計了能夠在有固定數(shù)量的網(wǎng)卡端口的低端交換機上成功運行的可擴展無損網(wǎng)絡拓撲結構，而不需要用高端昂貴的交換機。重點研究了如何構建一個無損可擴展的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡結構，該結構除了兩個網(wǎng)卡端口之外不需要其他昂貴的高端轉換器或服務器硬件。在此基礎上又提出新的網(wǎng)絡拓撲結構——HCN，它擁有高度的規(guī)則性、可拓展性和對稱性，可用于支持數(shù)據(jù)中心的模塊化設計。數(shù)學分析和綜合仿真模擬結果顯示HCN擁有極佳的拓撲屬性，是可行的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡結構。

4　模塊化財務數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡拓撲結構

當前的財務業(yè)務和軟件應用對數(shù)據(jù)依賴程度越來越高，屬于自己的數(shù)據(jù)中心逐漸成為業(yè)務升級的必備基礎設施，然而高昂的擴展和升級嚴重制約著財務系統(tǒng)基礎設施的升級。傳統(tǒng)的財務數(shù)據(jù)中心中，每個機架容納20至40臺服務器，機架頂端配置交換機，以此組成數(shù)據(jù)中心擴展的基本單元。隨著財務數(shù)據(jù)中心的進一步發(fā)展，模塊化數(shù)據(jù)中心已經(jīng)替代機架成為構建大型數(shù)據(jù)中心的基本單元，模塊化的優(yōu)點是配置時間短、移動性能好、更高的能源密度、更低冷卻和配置成本，是構建高效、可控、可管、彈性數(shù)據(jù)中心的解決方案。現(xiàn)實中數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴展往往是漸進式的，并且使用的數(shù)據(jù)中心模塊往往是異構的。由此帶來的挑戰(zhàn)是如何將異構的數(shù)據(jù)中心模塊互連，構成新的模塊化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡。為此，提出基于完全復合圖的模塊化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡設計思想，利用每個異構數(shù)據(jù)中心模塊內部閑置的服務器端口實現(xiàn)互聯(lián)。

5　數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的應用

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡在工業(yè)界得到了廣泛應用，例如Google，微軟等公司紛紛建立了自己的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡。其中，Google的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡覆蓋了美國的大部分區(qū)域，并且延伸到了歐洲，亞洲以及南美洲。總體來講，Google擁有超過30個數(shù)據(jù)中心，這些數(shù)據(jù)中心至少分布在15個國家，服務器的總量達到了900 k。在這些數(shù)據(jù)中心之間，Google利用SDN框架搭建了私有的廣域網(wǎng)絡（WAN）。通過SDN控制器，對整個網(wǎng)絡進行全局控制，并更好地對數(shù)據(jù)中心間的流進行調度，以最大化鏈路利用率。而對于每一個數(shù)據(jù)中心，Google利用大量廉價的服務器，采用模塊化的設計方案構建，每一個模塊內，則采用以交換機為中心的建立最實用的層次化結構。因此，Google的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡與上述數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡息息相關。

6　結 語

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡互聯(lián)多采用樹型結構，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模一旦擴大，樹型結構中的高層交換機就必須更換為更昂貴更先進的交換節(jié)點，以應對高帶寬和海量存儲的應用需求。即便如此，容錯性和帶寬需求依然得不到保障。新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡作為新技術，需要底層網(wǎng)絡設置等硬件環(huán)境的支持。結合現(xiàn)有網(wǎng)絡管理技術，需要通過迭代式開發(fā)實現(xiàn)網(wǎng)絡的更新?lián)Q代，從而更好地發(fā)揮新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的效用。

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.20.018

F232；TP308

A

1673-0194（2015）20-0025-01

2015-08-27