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数据中心网络架构重构进行时

网络是数据中心里海量数据的“高速公路”,这些“高速公路”的建设必须要统一规划设计,才能充分发挥网络互联优势。一个拥有先进架构的网络可以节约成本支出,避免频繁发生故障,方便去运维,对于数据中心的发展至关重要。

作者:harbor来源:企业网D1Net|2017-12-27 14:05

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网络是数据中心里海量数据的“高速公路”,这些“高速公路”的建设必须要统一规划设计,才能充分发挥网络互联优势。一个拥有先进架构的网络可以节约成本支出,避免频繁发生故障,方便去运维,对于数据中心的发展至关重要。网络经过这几十年的发展,架构在不断演进变化,去适应数据中心的业务部署发展。不过,在云计算、大数据、虚拟化等这些新技术出现之前,其实网络架构并没有太多改变。以前经典的二三层网络,VRRP+OSPF+STP的协议组合成了每个数据中心通用的架构,四十多年在网络工程师之间传承下来,简单好用,成为网络架构中的经典。这一切随着新技术的到来都将打破,曾经数据中心里最为封闭的网络部分,不得己也要变更才能适应新技术的发展,网络架构的新篇章到来了,网络架构在五大方面有创新性的变更发展。

数据中心网络架构

首先是经典网络向VPC网络演进

经典网络实现所有用户共享公共网络资源池,用户之间未做逻辑隔离,用户内网IP由系统统一分配,相同内网的IP无法分配给不同用户。而VPC(Virtual Private Cloud,私有网络)为用户建立一块逻辑隔离的虚拟网络空间,在VPC内,用户可以自由定义网段划分、IP地址和路由策略,可以在VPC中创建子网,每个子网中可以添加多台云主机,安全可提供网络ACL及安全组的访问控制,在VPC出现之前,云上用户是缺乏网络管理能力的,这些都是经典网络架构所不具备的。所以VPC有更高的灵活性和安全性,是现在各大云厂商极力宣传推荐的方式。

其次是堆叠设备向独立设备网络演进

堆叠实现了网络设备虚拟化功能,即将多台设备虚拟化成了一台设备,方便网络管理,网络结构更加简单,是近十年内普及应用的创新技术。不过堆叠技术属于私有技术,各网络厂商的设备之间是无法做堆叠的,限制了堆叠技术的演进。同时,堆叠设备虽然提升了网络备份能力,但如果出了问题,也可以堆叠设备都弹掉,反而不如独立设备安全,尤其是需要对堆叠设备进行软件升级时,一定要中断网络业务才能完成,这对于提供云服务的数据中心来说就是人为操作带来一次业务中断,难以让人接受。因此,堆叠技术已经越来越不适合有高可靠性要求的数据中心,数据中心掀起了去堆叠化运动。当然,现在不能再走回十年前的老路,采用那些经典的OSPF/BGP等路由协议实现网络冗余备份,这些协议的切换速度难以让人满意,于是1BR、M-LAG等松耦合的技术出现,网络设备之间是独立的,而通过这些松耦合技术又将这些独立设备联系在一起,实现网络的平滑切换,网络架构更加弹性,从而减少堆叠带来的故障,可靠性更高。

第三是基础网络由二层转发变为三层转发

在二层网络里经常会出现广播风暴或者环路问题,采用全三层方式,不仅可以减少环路发生,还能够提升网络带宽利用率。经典网络里二层要采用STP/RRPP/PVST等环网协议去阻塞掉很多网络链路,网络带宽要减半,造成网络资源的极大浪费,而且随着网络规模的不断扩大,这些环网协议的收敛速度不尽人意,而在三层网络中就不存在这类问题。三层网络虽然配置复杂,但现在可以通过控制器自动化部署,只要将网络设备的端口通过线缆连接好,所有网络配置都是自动化部署。比如在VXLAN网络中,只要在网络设备上配置好与控制器连接路由,互连接口地址,控制器感知到有连接服务器的端口UP时,自动下发VXLAN配置,网络自动打通,这些三层配置得再复杂也不用人工参与,在控制器的预配置中已有相关配置,自动下发完成。

第四是网络带宽越来越高

单端口速率由40G/100G向200G/400G迈进,现在数据中心内部互连40G非常普及,几乎成了云数据中心的标配,网络出口采用100G的也不少,这种情况在三年前还不多见,可见网络带宽发展的速度有多快,而且这种局面很快又将改变。最近博通发布了业界第一款基于400G的芯片Tomahawk 3,这款单芯片就支持32口400G、64口200G或者128口100G转发,将单端口速率提升到400G。要知道博通在以太网交换机商用芯片市场中一直占据超过90%的市场份额,前段时间还要收购芯片巨头高通,以博通的推进能力,相信单端口400G的网络设备很快也会在数据中心里出现。香农理论证实带宽越大,信噪比就越大。当端口速率达到1000G时,就没法使用了,所以单端口带宽的极限是1000G,现在离1000G还有距离,单端口的网络带宽仍有提升空间,未来必将不断获得提升。

第五是降低基础网络复杂度

以往那种蜘蛛网式的网络互联机房将不再存在,网络设备之间简单连接,形成树形的网络结构。网络设备的配置简化、统一,不再需要那些在网络设备上高速操作的键盘侠高手。网络设备之间不需要复杂的连接,一切均由控制器下发的各种配置来搞定。这时网络依仗的是SDN和NFV两大利器,SDN是面向网络架构的创新,NFV是面向设备形态的创新,利用这两大利器使得网络设备的配置部署变得极其简单,或是通过控制器直接下发转发的流表,或是通过控制器直接下发VXLAN配置,不需要人工干预。人们只需要在控制器上点点鼠标就可以完成业务部署、日常监控和故障处理。

云计算让网络架构焕发了活力,网络重构已经成为数据中心技术发展的热点,数据中心迎来了网络改革的时代。随着网络架构的演进,网络由封闭走向了开放,更加适应未来数据中心业务发展的需要。

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【责任编辑:赵宁宁 TEL:(010)68476606】


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