在数据中心整合、服务器虚拟化以及网络融合的共同推动下,数据中心网络技术也在发生着深刻的变化。数据中心网络一般由标准以太网和TCP/IP交换机以及路由器组成,但是也可能包含用于存储网络(即光纤通道)、服务器至服务器的网络(即Infiniband)以及L4-7网络服务(即安全性、应用加速、广域网优化等等)的专用设备。
目前,许多数据中心网络都坚持选用3层网络树拓扑结构。在网络接入层主机计算机与以太网交换机相连。然后,接入交换机通过1GbE和10GbE上行链路连接至网络汇聚层。最后,汇聚交换机连接至核心路由交换机(即支持L2/L3),以完成树型结构。如前所述,许多大型的数据中心也使用专用的光纤通道SAN将服务器连接至存储设备。
在过去10-15年里,三层树状拓扑结构得到了系统的创建。随着大型企业不断向其数据中心添加服务器和存储设备,这就需要更多的交换机端口。当一台设备上的交换机端口用尽时,更多的交换机就会成对部署,以便进行故障切换。当连接在一起的接入交换机失于控制之时,它们就会创建一个分层的架构,以聚合交换机的连接。当这两层的拓扑结构达到L2主动连接、广播域以及 table尺寸的极限时,它们就会创建子网并部署核心路由交换机,以实现L3服务器通信。
虽然数据中心网络问题得以解决,但是流量仍然是一个大问题。为了满足迅速增长的数据中心、服务器虚拟化以及新型聊天式Web应用的需求,数据中心网络必须突破传统藩篱的束缚,并提供:
•可扩展的简易架构。
•方便灵活的操作。
•网络融合。
•服务器虚拟化和云计算感知。
数据中心网络会逐渐演变,并通过两个阶段循序渐进地展现这些属性(见下图):
1. 数据中心网络整合(2008-2013年)
2. 融合的数据中心架构(2013-2016年)
图1. 数据中心网络演变的两个阶段
来源:Enterprise Strategy Group,2011
第1阶段:数据中心网络整合
数据中心网络演变的第一阶段已经在顺利进行。在此阶段,大型企业希望通过简化架构让其数据中心创造更多的价值,从而提升网络运营、扩大规模并提高性能。为了实现这些目标,数据中心网络发展近期将会把重点放在:
1减少数据中心网络层的数量: 数据中心网络端口、设备、链接以及存储层的数量已无法控制,并且无法满足数据中心扩展的新要求。网络供应商将会通过软件升级、新设备以及自身的交换架构产品解决这些问题。
2. 提高吞吐量和性能:除了简化管理和降低成本之外,紧缩的数据中心网络也会根据服务器虚拟化、横向扩展应用以及集群文件系统的大型L2要求进行设计。这些应用取决于跨越数千乃至数万端口的高吞吐、低延迟。紧缩的数据中心网络可以通过以下方式消除STP限制、推出更多的40GbE和100GbE功能、推出 fabric架构来解决这些性能需求。
3.与服务器虚拟化技术集成:虚拟交换机是虚拟机配置和拥有灵活性的必备,同时他们还添加了另一个数据中心交换层,能够不依赖于物理网络独立运行。绝大多数供应商已成功解决了这一问题,并通过以下方式如实现服务器虚拟化指令和控制平台的互操作、探索虚拟交换机功能、将虚拟交换卸载至物理网络来致力于服务器虚拟化整合的持续改善。
4.初步的网络融合:新兴数据中心网络具有网络融合的初始特征。它们包括:服务器/网络互连、支持存储融合和网络可扩展性。
第2阶段:融合的数据中心架构
融合的数据中心网络架构由两层集群式交换机构成,可满足大多数企业未来的可预见性需求。然而,在虚拟机移动性、横向扩展应用以及云计算的推 动之下,L2数据中心网络的需求量仍然会很大,从而导致数据中心网络的进一步演变。ESG认为, 在2013年左右,数据中心网络整合将会让位于融合数据中心网络架构,其架构由以下部分组成:
1. 扁平数据中心网络架构
2. 全融合的网络传输
3. 云计算专用的数据中心互连
该文所概述的数据中心目前发展趋势(即服务器虚拟化、横向扩展应用、网络融合、云计算等等)将会对数据中心网络设计和运作的方式产生深远影 响。随着企业的不断发展,他们可能会面临这样的选择:他们是应该坚持选择“尝试才知可行”的网络供应商,还是考虑制定替代方案以作为更全面的数据中心策略 的一部分?ESG认为,首席信息官们在权衡这一决策时,应该从以下几个方面对每家供应商进行评估:
•架构。Clos网络?Fat-tree拓扑结构?光纤网络架构?大型企业应通过评估其战略计划(即数据中心的规模、服务器虚拟化、应用软件开发、云计算)来进行网络架构的规划,然后再根据这些要求来衡量供应商路线图。
•行业标准。一些厂商完全按照行业标准(如IEEE SPB或IETF TRILL)实施。而另外一些厂商则以这些标准作为基础适当进行扩展,以获取先进的特性和功能。与往常一样,首席信息官们应该认真研究供应商计划、行业标准和第三方分析,以作为其尽职调查过程的一部分。
•网络融合。未来的数据中心网络会谨遵承诺,将连接提供至CPU、存储或网络服务。然而ESG认为,实现这一构想也需要进行权衡。ACIO 必须考虑这一问题:为实现跨服务器、存储和网络的共同管理或网络互连而放弃现有服务器或存储网络厂商,这是否值得?请记住:这些决定可能会对企业产生影响,因此必须精打细算。
•第三方支持。数据中心网络必须支持领先的服务器虚拟化和云计算平台。大型企业也必须相应调整其服务器虚拟化/云计算计划。有些设备甚至可以在数据中心网络上运行应用或服务。这似乎有悖常理,但是它可以为大型数据中心或通过低延迟/高流量应用增加价值。因此,应着眼未来需求,深入探讨这些问 题。
•可编程的流量。实施多用户或云计算规划的任何企业都应该将对该话题的研究作为其规划的一部分。虽然很少有网络工程师期望学习如何“为网络编程”,但是,如果可编程控制平面具有灵活性,则可以为投入时间和资源的大型企业提供真正的安全性、应用以及市场细分的优势。
•ASIC。这往往是另一系列的信仰问题:定制ASIC会增加价值吗?或它们会遵从摩尔定律并会被供应商(如Broadcom和 Marvell)生产的商用芯片取而代之吗?再一次,答案没有正误之分。信息主管必须全面衡量每一家数据中心网络供应商所提供的整体舒适度之后才能做出决 定。