數據中心網絡的體系結構研究

潘 赟

（信陽農林學院 信息工程學院，河南 信陽 464000）

數據中心網絡的體系結構研究

潘 赟

（信陽農林學院 信息工程學院，河南 信陽 464000）

隨著大數據和云計算技術的到來，傳統的層次結構數據中心網絡在規模、帶寬、擴展性和成本等方面已經不能滿足新技術發展的需要。針對此類問題，文章介紹了Monsoon，VL2幾種新型的數據中心網絡的體系結構。

數據中心；體系結構；網絡

信息服務的快速、多元化發展，催生了一些大型數據中心，這些數據中心承載了大量的服務器。伴隨著大數據時代的到來，網絡上的一些大型搜索引擎數據中心承載的應用也隨之增多。作為信息服務的基礎性設施的數據中心的地位日趨重要，新的應用和計算模式也對傳統的數據中心提出了諸多挑戰。如何使新的數據中心網絡滿足不斷發展的應用需要，成為當前乃至以后研究的方向［1］。目前這方面的研究主要有兩個方面：中心為網絡的方案和中心為服務器的方案。

1　傳統數據中心結構及需要

DCN（data center network）是在數據中心里面把數量較多的服務器通過較高速度的鏈路和交換機連接起來。這種網絡的體系結構是用分層實現的［2］，它所承載的應用模式多為客戶機/服務器模式，體系結構如圖1所示。

圖1　傳統的數據中心網絡層次體系結構

2　網絡為中心的方案

在此方案中，有一個重要的特點，那就是網絡流量路由和轉發功能主要通過交換機和路由器完成。要實現這一點，就需要改變現有網絡的互聯方式和路由機制，文章選用的方案主要包含兩個。

第一個是Monsoon［3］，此體系結構如圖2所示。在此體系結構中，所有的服務器全部都共用一個兩層網絡，同時此體系中沒有超額認購鏈路，這就說明在此體系下所有的服務器都能和任何服務器的網絡接口快速通信。此體系是通過3層部分實現數據中心和到因特網的通信。

圖2　Monsoon體系結構

第二個是VL2， 此體系的結構和傳統的拓撲比較相似，如圖3所示。在此體系中，機架（ToR）交換機連接到兩個聚合交換機［4］。但存在一個重要的問題，每兩個聚合交換機必須和中繼交換機進行連接，這樣就會出現很多可能路徑。

圖3　VL2網絡結構

3　數據中心網絡未來的發展方向

現在國內外很多的專家學者都在進行數據中心網絡的研究，目前新出現的數據中心網絡結構并不能完全滿足網絡新型技術發展的需要，主要是因為新型計算和應用模式對數據中心網絡結構的要求非常高［5］。

未來研究的方向主要表現在以下幾個方面。

（1）新型的網絡結構研究和使用。現在研究比較多的結構主要是分布式系統，業界學者也提出了很多網絡結構，但是在現有新型的數據中心網絡的情況下，如果想把網絡結構進行實際的應用必須要進行多次驗證和研究。特別是在服務器的應用中，新興網絡結構研究的空間非常有價值。

（2）必須要對數據中心網絡協議進行探索和改進。所有數據中心網絡協議都要進行改進，包括從Mac層到運輸層的所有協議。傳統的網絡體系結構和數據中心網絡的結構和協議存在很大的區別，數據中心網絡在結構上和與因特網的結構相比而言結構更加復雜。這就要求相應的協議也需要進行改進，只有這樣才能保證數據中心網絡運行的效率。

（3）流量以及失效規律的測量與建模。在新型的數據中心網絡中存在很多類型相異的流量模式，這樣就出現了特征相異的流量。所以就必須要通過多種架構的數據中心網絡進行處理，必須要對數據中心流量和失效特征進行深入的研究，并實現測量和建模分析。因為只有通過數據的分析才能更好地構架出科學的數據中心網絡模型。

（4）節能機制。現在我國對環保的要求越來越高，這就要求數據中心結構以及路由要盡可能地減少不必要的能耗。主要表現在：設備節能、路由節能和虛擬機節能等方面。現在很多業界學者都在進行這些方面的研究。

（5）數據中心的流量工程。主要體現在路由機制要滿足時延、可靠性、吞吐量等。也就是說對數據中心內和數據中心間的流量都要進行深入研究。目前在實際的應用當中，主要使用的方案有ECMP和VLB等［6］，但是，這些方案還存在一些不足，就像其虛擬機位置可變、拓撲可知等問題。要想實現可靠、負載均衡和節能的流量工程，就必須要進行深入的研究。

4　結語

文章論述了傳統的數據中心網絡結構，并且提出了傳統的數據中心網絡結構存在的問題。針對這些問題，文章著重論述了Monsoon，VL2等體系結構，最后提出了數據中心網絡未來的發展方向。

［1］趙春雷.“大數據”時代的計算機信息處理技術［J］.世界科學，2012（2）：30-31.

［2］易鮮成，朱紅.用Delphi5開發多層應用系統處理大數據集的方法研究［J］.計算機應用研究，2001（12）：126-128.

［3］郭志懋，周傲英.數據質量和數據清洗研究綜述［J］.軟件學報，2002（11）：2076-2082.

［4］劉偉，孟小峰，凌妍妍.一種基于圖模型的web數據庫采樣方法［J］.軟件學報，2008（2）：179-193.

［5］程學旗，郭嘉豐.網絡信息的檢索與挖掘回顧［J］.中文信息學報，2011（6）：111-117.

［6］沈華偉，靳小龍，任福新，等.面向社會媒體的輿情分析［J］.中國計算機學會通訊，2012（4）：32-36.

Research of the System Structure of Data Center Network

Pan Yun
（Information Engineering College， Xinyang College of Agriculture and Forestry， Xinyang 464000， China）

With the development of big data and cloud computing technology， the hierarchical structure of traditional data center networks has been unable to meet the needs of the development of new technology， mainly in size， bandwidth， expansibility and cost ， etc. To solve this problem， this paper introduces some kinds of architecture of data center network， such as Monsoon， VL2.

data center； architecture； network

潘赟（1982-），女，河南信陽，碩士，講師；研究方向：計算機網絡，網絡編程，網絡操作系統。