現(xiàn)代數據中心網絡特征研究

廣東南方電信規(guī)劃咨詢設計院有限公司 林克衛(wèi)

現(xiàn)代數據中心網絡特征研究

廣東南方電信規(guī)劃咨詢設計院有限公司 林克衛(wèi)

隨著虛擬技術以及云計算機的廣泛運用，數據中心的組成、結構、功能以及規(guī)模等發(fā)生了巨大的變化。通過對數據中心網絡特征了解和認識，有助于我們優(yōu)化數據中心網絡架構、提高數據中心網絡性能、合理利用資源，有著非常重要的作用。本文通過對數據中心網絡結構的特征、網絡應用的特征以及網絡流量的特征進行闡述，希望對該行業(yè)的研究提供一些參考的價值。

數據中心網絡；結構特征；應用特征；虛擬化特征

1 現(xiàn)代數據中心網絡結構特征

1.1 商業(yè)交換機

隨著社會的發(fā)展，人們對網絡的需求越來越高，這就使得交換機端口的數量和網絡的層數將會越來越多，相應的限制因素也會越來越多。在這樣的情況下要想提高系統(tǒng)的性能，就必須構建昂貴的交換設備。雖然科技的不斷進步帶動了交換機性能的提升，但還是會存在一定的問題，比如樹形結構本身的問題等。一個現(xiàn)代的數據中心需要上萬臺甚至是上百萬臺的服務器，如果都使用高端的服務器的話，那將會帶來巨大的開支。所以為了能夠節(jié)約成本，可以在現(xiàn)代數據中心構建普通商業(yè)交換機，例如Google數據中心、Fat-tree以及微軟數據中心等。商業(yè)交換機不僅是現(xiàn)代數據中心結構設計的要求，也是現(xiàn)代數據中心網絡結構的特征。

1.2 多路徑連接

本文通過對數據中心網絡結構的多路徑連接、平均節(jié)點度、構建復雜度及構建成本等進行對比研究發(fā)現(xiàn)，如表1，現(xiàn)代數據中心網絡一般都支持多路徑，而多路徑的支持能夠使現(xiàn)代網絡結構的容錯性更好，平均節(jié)點度更大。多路徑的使用能夠提高網絡的帶寬，也是現(xiàn)代數據中心進行網絡結構設計的目標。帶寬的提高能夠使網絡的傳輸能力提高，但是節(jié)點的增大卻使數據中心的網絡構建更復雜，但是商業(yè)交換機的使用使得復雜程度降低，也就相應的降低了現(xiàn)代數據中心網絡構建成本的降低。

表1 典型數據中心網絡結構屬性對比

1.3 集裝箱式構建

傳統(tǒng)的數據中心網絡構建是采用基架構件方式進行的，這種方式的構建需要進行復雜的手工連線，并且還會占用很多基礎的設施，開發(fā)部署的周期性比較長，而且一旦部署了就很難改變。但是現(xiàn)代數據中心網絡構建是使用集裝箱式的構建方式進行的，集裝箱式的構建方式又叫模塊化數據中心的構建，該方式是把服務器、網絡以及空調系統(tǒng)裝在一個標準尺寸的集裝箱里，一個集裝箱式的數據中心可以放置幾百甚至是幾千臺的服務器。這和傳統(tǒng)的機架式的數據中心相比，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等優(yōu)越性。

2 現(xiàn)代數據中心網絡應用特征

2.1 共享使用

在整個數據中心發(fā)展的過程中，經歷了四個階段，第一個階段是企業(yè)自建并且自主運營；第二個階段是企業(yè)自建但是運營采用外包的方式；第三個階段是企業(yè)租賃并獨占運行；第四個階段是企業(yè)租賃并共享使用。起初的數據中心網絡構建是企業(yè)自己構建并且自己進行運營，每個數據中心都是由特定的企業(yè)所擁有，企業(yè)應用比較單一，并且運營維護和管理由企業(yè)自己做，這種方式下數據的規(guī)模一般都非常小，但是運營的成本卻很大。基于此，出現(xiàn)了公用云服務的模式，這種方式是通過云計算提供相應的資源與服務，并且進行按需分配，所以也叫按需計算。是由多個租戶進行共享使用和分配的，根據需要將資源以動態(tài)、按需以及彈性的分配方式進行分配并使用的，并且按照使用的情況進行計費。用戶可以根據自身的情況進行個性化的定制，比如服務器的數量、運行的環(huán)境以及網絡的配置等。資源可以進行動態(tài)的申請，也可以進行動態(tài)的回收。

2.2 動態(tài)按需調度

傳統(tǒng)的數據中心網絡的構建設計的原則是按照項目的需求以及峰值為依據的，是將靜態(tài)的物理資源進行分配，并且進行靜態(tài)管理的，基礎設備跟應用是緊密聯(lián)系的，這就使得資源只能孤立使用，不能進行共享，也不能依據應用以及負載的變化進行實時的、動態(tài)的調整。并且應用的資源需求跟峰值的資源需求相比較，是遠遠低于峰值需求的，這就使得數據中心網的資源利用率比較低。并且傳統(tǒng)的數據中心傳輸結構是靜態(tài)的，這就存在很多的問題，比如結構會比較復雜、管理的難度也會加大、資源比較固定以及靈活性不夠等。現(xiàn)代的數據中心網路就不會存在這樣的問題，現(xiàn)代數據中心網絡使用的是虛擬化的技術，是將物力資源集中進行整合，形成一個共享的虛擬資源池，使得資源能夠更加靈活以及高效的被使用，虛擬化技術的使用是基于動態(tài)的基礎環(huán)境下實施的，可以將負載、應用等解耦于基礎設施資源，使數據中心的基礎設施能夠更具有靈活性，也可以對業(yè)務需求的變化進行快速的反應，能夠使資源的動態(tài)調度更加的穩(wěn)定及時。

3 現(xiàn)代數據中心網絡虛擬化特征

3.1 扁平的二層結構

要想資源得以優(yōu)化，那就需要進行全網資源的分配調度，最理想的情況就是虛擬化的數據中心網絡能夠即插即用，任何一個虛擬機都可以隨意的遷移到任何一個物理機上，并且新設備也不需要管理員進行參數的配置，如果還是需要人工進行配置的話，那就會影響資源的動態(tài)性，為了能夠保證TCP的連續(xù)性，在遷移的時候虛擬機的IP地址與MAC地址的不允許改變的。所以虛擬機在遷移的時候只能在同一個子網內，這就使得數據中心網絡只能設置成扁平的二層結構，由于三層的網絡在應用的時候需要進行子網的信息配置，并且三層網絡也不能使虛擬機進行遷移，要想遷移就必須改變IP地址。所以扁平的二層機構是最合適的。

3.2 動態(tài)可配置虛擬網

現(xiàn)代數據中心網絡虛擬化的特點，使得互不信任的用戶之間，既要能夠實現(xiàn)隔離，又要能夠依據用戶的需要對資源進行調整與共享，還要保證服務的質量。要想達到這些要求，就必須將數據中心的網絡劃分成不同的虛擬網，但是這種劃分是靜態(tài)的，限制了網絡的靈活度，為了提高資源的利用率以及對數據中心的資源進行調整，例如，對于一個提供web服務以及視頻的數據中心來說，白天需要的Web資源可能會比較多，而到了晚上可能視頻資源需要的會比較多，為了能夠提高資源的利用率，就要將資源的需求情況進行調整，并對資源的需求進行動態(tài)的調整，將數據中心的虛擬網進行動態(tài)的配置。進行動態(tài)配置虛擬網要使用虛擬化的技術，也就是在運行的過程中將網絡動態(tài)的劃分成不同的切片。

4 結束語

對現(xiàn)代數據中心網路特征進行研究，對于網絡的設計、資源的管理以及虛擬化的應用是非常有幫助的，通過對現(xiàn)代數據中心網絡的特征進行研究，可以對數據中心網絡的工作原理更加的了解，從而更好的管理數據中心的網絡，提高數據中心的資源利用率，節(jié)約成本，提高效率。

[1]朱偉雄,王德安,蔡建華.新一代數據中心建設理論與實踐[M].北京:人民郵電出版社,2009.

[2]劉亦群,馬少平,洪濤.搜索引擎技術基礎[M].北京:清華大學出版社,2010:45.