云计算数据中心网络架构设计与关键技术盘点
发布时间：2021-07-30 18:33:59 所属栏目：云计算 来源：互联网
导读：云计算，开启IT 革新，网络变革应云而生，云计算将给数据中心网络带来结构性变化，设计一种适应云计算的下一代网络架构和技术标准势在必行。云计算时代，一切都将发生根本性变革，网络作为IT 基础设施平台，其整体架构、设备组件、协议选择、关键技术都将发
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云计算，开启IT 革新，网络变革应“云”而生，云计算将给数据中心网络带来结构性变化，设计一种适应云计算的下一代网络架构和技术标准势在必行。云计算时代，一切都将发生根本性变革，网络作为IT 基础设施平台，其整体架构、设备组件、协议选择、关键技术都将发生根本性革新。
1.云计算基本架构
云计算的概念并不具体，各方面定义很多，以使用者的视角来看，就是让用户在不需了解资源的情况下得到按需分配，计算资源被虚拟化为一片云。当前主流的云计算概念更贴切于云服务，现在提供租用服务的是虚拟机，是软件平台，更可能是应用程序。
1.1 云计算的五大特性
云计算的五大特性分别是用户按需的自助服务；任何时间、地点和接入方式均可到云计算所提供服务的广泛网络访问；有需占用无需释放的池化资源；及时响应用户资源需求扩张和收缩调度的良好弹性；提供运营公用服务、使用资源的计时计量的计费服务。
1.2 云计算分层架构
云计算服务的三个层次分别是硬件即服务IaaS（Infrastructure as a Service）、平台即服务PaaS（Platform as a Service）和软件即服务SaaS（Software as a Service），分别对应于硬件资源、平台资源以及应用资源。
1.3 集中云、分散云
集中云即真正意义上的多虚一，是将几百上千台或更多服务器资源集结、统一计算，对外提供服务，云技术上分为主备和负载均衡两类。主要应用于国家级应用和大型互联网服务提供商。
分散云，使用一虚多技术，是通过类似于VMware 软件将一台服务器或者PC 分成多个虚拟机，使CPU、内存和带宽达到最高的利用率，目前主要技术包括操作系统虚拟化、主机虚拟化和Bare-Metal 虚拟化。主要应用于中小企业和个人。
1.4 公有云、私有云
公有云是放在Internet 上的，只要是注册用户、付费用户都可以用。
私有云是放在私有环境中的，比如企业、政府、组织等自行在机房中建立的，或是运营商建设好，但整体租给某一组织的。企业、组织、政府等之外的用户无法访问或无法使用。
2.云计算数据中心大二层网络架构
2.1 网络大二层架构设计
2.1.1 设计原则
1） 高可用性：为了保障对云计算终端用户提供最安全、最可靠的数据存储中心，网络平台必须确保高可靠的网络接入服务，实现“永远在线”的网络连接；
2） 易用性：网络平台需有不同终端、接入方式的良好兼容性，使计算服务范围最大化，同时降低、简化对用户终端的设备的要求，使用户能以“任何终端、位置、方式”获得云计算服务；
3） 可扩展性：网络平台必须适应云计算发展，具备可扩展性，能灵活接入新云计算中心、新终端，快速提供服务。
2.1.2 大二层架构
下一代网络平台使用大二层架构，如图1 所示，分为接入层和核心层。随着云计算数据中心网络规模的扩大、更大的流量带宽需求，网络中间不会再有使转发性能变低的瓶颈汇聚层。现如今可以说，云计算数据中心典型架构均为上图所示的千兆接入，万兆核心的两层扁平化网络结构。
图1 公有云的大二层网络平台架构
2.2 云计算对下一网络技术的需求
1） 服务器之间的东西流量将成为主流，网络二层流量需求增加。
2） 虚拟机以及物理服务器数量增加，导致网络二层拓扑将不断变大。
3） 数据中心内部通信的压力增大，对网络带宽和延迟有了更高的要求。
4） 扩容需求、灾难备份和虚拟机迁移，数据中心多站点间网络大二层要求互通。
5） 数据中心多站点的网络选路复杂性提高。
3.云计算网络虚拟化和互访
云计算中的虚拟化应包括计算的虚拟化、存储虚拟化和网络的虚拟化。随着计算和存储的虚拟化不断实现，网络虚拟化技术的必要性和重要性不断凸显，在未来十年中必会成为网络技术发展的重中之重，其发展及变化也必将成为引领数据中心网络的演进方向。
3.1 网络多虚一
1） 控制层面虚拟化：是将所有设备的控制平面合而为一成为一个主体，统一处理整个虚拟交换机的工作，统一管理与接口扩展的需求。从结构控制平面虚拟化又分为纵向即不同层次设备虚拟化和横向同一层次设备虚拟化。
2） 网络层面虚拟化：使用了TRILL 和SPB 协议，在二层网络转发时，对报文进行外层封装，以Tag 方式在TRILL/SPB 区域内部转发，此区域网络形成一个大的虚拟交换机，实现对报文的透明转发。
3.2 网络一虚多
传统的网络一虚多技术包括因特网的VLAN 技术、IP 的VPN 技术、FC 的VSAN 技术等，目前出现的较新的技术是CISCO 的VDC，最多实现4 个VDC 将物理资源独立分配。
[page] 3.3 网卡的虚拟化
还有一种网络的虚拟化补充技术是服务器网卡的IO 虚拟化技术即SR-IOV，由PCI SIG工作组提出的。SR-IOV 就是要在服务器物理网卡上，建立多个虚拟IO 通道，并使其能够直接一一对应到多个虚拟机的虚拟网卡上，用以提高虚拟服务器的转发效率。
3.4 数据中心内虚拟机之间的网络互访
在本文3.1和3.2中，对网络虚拟化实现网络中跨核心服务器的二层互访技术进行剖析，如图2 中的Network3 所示链路，此节则分析VM（Virtual Machine，虚拟机）之间的互访技术，如图2 中的Network1 所示链路。
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