数据中心未来发展趋势：“新三样”

2014-08-14 11:22

　　随着云计算和大数据应用的飞速发展以及网络在数据中心中的核心地位提升，使得数据中心得到了空前的发展速度，数据中心网络部分已经成为近年来学术界、标准组织、网络设备厂商、云计算提供商等研究的热点。从网络整体模型这宏观的角度来看，数据中心的网络的确发生了翻天覆地的变化，这些变化让网络可以更加高效的运行，本文将根据多年来洞察数据中心网络发展的变化，总结出来了数据中心网络架构新的三大特点，对网络的看法虽只是管中窥豹，但也能让读者略知一二，让读者充分感受下这些年发生在数据中心网络身上的大变化。

特点一：“东西”向流量

　　早期数据中心的流量，80%为南北向流量，现在已经转变为70%为东西向流量。所谓南北向流量指的是数据中心外部用户和内部服务器之间交互的流量；东西向流量指的是数据中心内部服务器之间交互的流量，也叫横向流量。数据中心流量之所以由“南北”为主转变为“东西”为主，主要是随着云计算的到来，越来越丰富的业务对数据中心的流量模型产生了巨大的冲击，如搜索、并行计算等业务，需要大量的服务器组成集群系统，协同完成工作，这导致服务器之间的流量变得非常大。比如搜索，用户只是发出一个搜索指令，服务器集群就在海量数据面前进行搜索与计算，这个过程是非常复杂的，而只是将结果传递给用户。早期数据中心主要满足外部对数据中心的访问，所以流量就以“南北”为主。这种流量模型受到了出口带宽的限制，一般的数据中心访问都会存在收敛比，即网络接入带宽比较大，而出口带宽比较小，访问的速度无法提升，在业务高峰期时，用户访问数据中心的体验感下降，这种网络模型已经不适应现今数据中心的发展需要。

特点二：大二层网络

　　早期的数据中心的网络架构是典型的三层树型结构，现在已经转变为大二层结构。早期数据中心网络分别由接入层、汇聚层、核心层三层网络构成，实践证明这种拓扑网络不能很好地适应云计算、大数据等新兴业务的部署。这种树型结构对顶层网络设备的要求非常高，尤其是当网络规模比较大时，树型结构存在单点失效的问题，容错性差。再有三层协议VRRP、OSPF、BGP等都属于软件计算收敛比较慢的高层协议，在对延时、切换速度要求比较高的业务，这种网络结构力不从心。因此大二层网络概念被人提出，这种网络减少网络级联的层数，去掉汇聚层，只有核心层和接入层，并且减少接入层级联层数。现在的核心设备有的最多可以提供上千个万兆端口，一个核心设备就可以下挂上千台的万兆服务器。通过虚拟化技术，核心的数台设备虚拟化为一台设备，就可以直接连接几千台的服务器，如果是是千兆服务器，通过接入层交换机，那么至少可以提供数万台服务器，这是一个大型数据中心的规模。现在的大二层概念已经不再局限于一个数据中心内部，而是在数据中心之间也是二层互通，这种二层是逻辑上的二层，并不是物理上的二层，实际物理上还是存在三层转发。大二层技术是一种“L2 over L3”的新技术。早期的数据中心之间都是通过OSPF、BGP等动态路由协议完成三层转发的，而现在是要数据中心之间也要二层。这样的网络更适用于WEB-APP-DB应用，高性能计算以及搜索等业务，并且这种网络结构简单，便于管理。促使网络发生这种改变的主要推动力来自于虚拟化技术，虚拟化可以支持动态迁移技术，这才使得大二层架构能够实现。

特点三：胖树型架构

　　早期的数据中心网络是逐层收敛的，出口存在带宽瓶颈。现在出现一种新的网络架构，就是胖树型网络，即离出口越近的地方带宽越高，从接入到出口网络带宽不收敛。这种胖树型网络是支撑无阻塞网络的基础。这种网络类型对核心设备带宽要求比较高，比如整个网络有1万台千兆服务器，需要的无阻塞带宽就是1000G带宽，既在网络出口，需要提供10个100G的出口。那么理论上至少需要两台核心设备做虚拟化，并支持10个100G的聚合。当然也可以通过三层路由实现，在新的数据中心网络中三层路由协议不作为重点技术推荐部署。早期数据中心网络都是采用传统的STP/RRPP阻塞协议，造成带宽的大量浪费，通过部署TRILL，可以节省一半的网络带宽，缓解胖树网络的带宽压力，所以在胖树网络中必须采用TRILL等这些无阻塞的二层网络新技术。另外，数据中心流量由南北向转变为了东西向也减轻了出口带宽的压力，这使得数据中心的处理能力在提升，但是出口的网络带宽并不需要增加很多，这也使得胖树型架构能够在数据中心里有效实施。在胖树网络中，要求所有网络设备的要素完全一样，从而有可能为通讯架构中的所有网络设备使用廉价的商品化部件，但是实际上接入网络设备只负责少量的服务器接入，在转发能力要求上，要比核心网络设备低得多。因此在接入位置部署低端网络设备，在核心部署高性能框式设备，在满足网络需求的同时，还可以达到增强网络性能、简化网络部署的目的。通过对胖树网络架构做出这样适当的改良，将更加适应未来数据中心的发展。

　　胖型、大二层、“东西”向流量构成了新一代数据中心网络架构的特点，这三样替代了早期数据中心的老三样：“南北”向流量，三层网络，树型架构。这样的网络更加适应如今的云计算、大数据、高性能计算等新应用，是未来数据中心网络的发展方向。