云时代下数据中心网络技术探究

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摘要：随着虚拟化、云计算、大数据技术的迅猛发展，网络结构发生了巨大的变化，传统数据中心已不能满足企业信息化建设的需要。云时代下的数据中心如何发展已成为重要的研究课题。文章分别从网络虚拟化技术、数据中心对网络的需求等方面进行了研究。

关键词：云时代；网络技术；数据技术

1数据中心的发展

传统的数据中心是由传统机房发展而来的，采用传统的网络和IT设备部署模式，基于烟囱式的建设模式，为每个业务系统采购一套独立的硬件资源。随着各个单位和企业信息化建设的不断发展，逐渐形成了规模化的数据中心基础设施，实现了IT资源的集中管理和解决了容灾问题。随着业务的快速发展，数据中心IT基础设施不断扩展。为提升IT架构的灵活性和数据中心各类资源的利用率，虚拟化技术在数据中心得到了广泛应用。虚拟化屏蔽了物理设备的异构性，使得数据中心的IT设施的灵活性大幅提升，同时也降低了数据中心的能耗。随着云计算、虚拟化等技术的迅猛发展，对数据中心在资源调度部署、管理效率、安全性、稳定性等方面提出了巨大挑战，基于云计算的数据中心已成为所有IT建设的重点和核心。

2云计算对数据中心网络架构的影响

维基百科对云计算的定义是：云计算是一种基于互联网的计算新方式，通过互联网上异构、自治的服务为个人和企业提供按需即取的计算。云计算数据中心的关键技术是虚拟化和自动化。在这个两个技术的影响下，网络结构发生了巨大的变化。它将是一个以10G级以太网为接入和T级以太网为核心、数据网和存储网相互融合、支持虚拟交换、开放、可编程的网络。

3云计算数据中心网络技术研究

（1）设计原则。云计算的数据中心网络必须基于国际标准和国家标准，包括IEEE制定的支撑虚拟机边缘接入的802.1Qbg、802.1Qbh等技术标准，以解决云计算带来的虚拟机感知、控制以及网络边界等问题；同时能够按照业务的不断发展，快速的对网络资源进行扩容，满足用户对计算、存储以及网络资源进行分配调整的需求。（2）通道虚拟化技术。通常是指对物理网络及其组件进行抽象，虚拟化出具有独立的数据路径通道的逻辑网络，主要通过VLAN、QINQ、Multi-VRF、MPLS-VPN等技术实现。（3）网络设备虚拟化技术。随着云计算的高速发展，网络设备虚拟化技术应运而生。网络设备虚拟化技术是将物理上独立的多台设备整合成一台单一逻辑上的虚拟设备，或者将一台设备虚拟化成多台逻辑上独立的虚拟设备，前者是多虚一技术，后者是一虚多技术。各大网络设备厂商在2009年先后推出了虚拟化解决方案。H3C提出了专有的设备虚拟化技术IRF（IntelligentResilientFramework，即智能弹性架构），它可将实际物理设备虚拟化为逻辑设备供用户使用。而目前的IRF2.0还是一种将多个设备虚拟为单一设备使用的通用虚拟化技术，此技术已经应用于高、中、低端多个系列的交换机设备，而且通过IRF2.0技术形成的虚拟设备具有更高的扩展性、可靠性及性能。华为公司提出了CSS（ClusterSwitchSystem，集群交换机系统）技术，把多台支持集群的交换机链接起来，从而组成一台更大的交换机。思科公司提出了虚拟交换系统VSS就是一种典型的网络虚拟化技术，它实现了将多台思科交换机虚拟成单台交换机，使设备可用的端口数量、转发能力、性能规格都倍增。（4）网络功能虚拟化技术。网络功能虚拟化技术是利用IT虚拟化技术，将现有的各类网络设备功能整合进标准的工业IT设备，使传统网络的网元功能可以运行在标准的服务器硬件之上。其代表技术有：a.叠加组网技术，其中VXLAN技术应用最广泛；b.虚拟化资源调度技术，包括虚拟化流量调度技术，业务链调度技术。c.虚拟化集群技术，包括同构、异构虚拟集群技术。（5）基于SDN的网络虚拟化。SDN改变了传统网络架构的控制模式，将网络分为控制层（ControlPlane）和数据层（DataPlane）。网络的管理权限交给了控制层的控制器软件，通过OpenFlow传输通道，统一下达命令给数据层设备。数据层设备仅依靠控制层的命令转发数据包。SDN技术极大地推动了网络功能虚拟化的发展进程。这个两者之间是互利的，但又非相互依赖。网络功能可以在没有SDN的配合下实现虚拟化和部署，SDN也同样如此，可以独立实现。网络功能虚拟化与软件定义网络是高度互补，但并不完全相互依赖。网络功能虚拟化可以无需SDN独立实施，不过，这两个概念及方案是可以配合使用，并能获得潜在的叠加增值效应。SDN有三种主流实现方式，分别是OpenFlow组织主导的开源软件（包括Google，IBM，Citrix等公司支持），思科主导的应用中心基础设施（ApplicationCentricInfrastructure，ACI），以及VMware主导的NSX。

4云时代下数据中心对网络的需求

（1）支持服务器虚拟化和资源自动化迁移。为了解决单一物理服务器利用率较低，服务器虚拟化技术应运而生。它使得单台物理服务器可以被虚拟成多台应用服务器，大大提高了物理服务器的使用效率。同时，虚拟服务器的迁移不再涉及物理上的搬迁。网络层面要支持迁移时用户的相关业务不中断，并且可以根据资源的利用情况动态的、自动化的完成迁移。（2）提供更高的网络承载性能。通过服务器虚拟化技术使服务器的利用率从20%提高到80%，由此带来的服务器端口的流量也将大幅提升。这就要求数据中心能够提供更高的网络承载性能和网络可靠性。（3）支持多租户，网络的规模可弹性伸缩。针对不同租户的业务，可以快速配置和创建相互隔离且满足特定QoS需求的虚拟网络。同时，根据多租户带来了网络数据吞吐量的急速增加，及时调整网络拓扑结构以构建无阻塞网络，实现服务器快速接入。（4）支持虚拟机之间网络流量监控和访问控制。由于采用的服务器虚拟化技术，在某一物理服务器上运行的虚机之间的通讯流量只在此服务器内部产生，不在经过传统的网络设备。云计算数据中心网络应具有虚拟感知的能力，对这部分通讯流量进行监控，同时通过虚拟防火墙等技术实现虚机之间的访问防护，阻止各种恶意流量。（5）网络自动化敏捷部署。通过高效的网络部署实现面向业务的网络自动化部署，支撑网络策略快速调整，提升业务上线周期。（6）弹性可扩展的大二层网络，跨数据中心链路调优。针对云计算的可迁移、可复制特点，云计算数据中心网络应支持大二层的组网，支持虚拟机在数据中心内和跨数据中心之间迁移前后的IP地址保持一致，保障业务的连续性。

5结束语

各行各业的数据中心建设经历了大集中阶段、虚拟化阶段后，目前大部分处在从虚拟化阶段向云计算阶段转型的过程中。随着新的虚拟化技术不断的优化与进步，在网络虚拟化和网络设备虚拟化技术基础上，基于SDN技术架构实现统一资源调度，构建大二层、弹性灵活、可自动化部署的云计算数据中心网络将是未来的发展趋势。

参考文献

[1]吴志强，刘云朋，沈记全.基于云计算的企业级网络数据中心的研究与设计[J].实验室研究与探索，2015（6）.

[2]童亮斌.云计算背景下数据中心网络架构设计[J].信息通讯，2016（3）.

[3]傅小宁，张振文，刘亚，等.SDN技术在数据中心网络中的应用研究[J].邮电设计技术，2016（10）.

作者:马铭冀 张晓蕾 杨继家 单位:河北省教育发展研究与信息管理中心 石家庄信息工程职业学院