數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展趨勢

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 現(xiàn)代科技的成果使得人類的器官在空間上得到了極大地延伸，如果說電話是人類聲覺的延伸、電視是人類視覺的延伸、數(shù)據(jù)中心是人類大腦的延伸，那么網(wǎng)絡(luò)則是各種延伸物之間、，以及延伸物與主體之間相互交換信息、傳達(dá)指令的神經(jīng)系統(tǒng)。

  正常的神經(jīng)系統(tǒng)是一個健康人類的基本標(biāo)志之一，同樣，大帶寬、低時延、高可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也是使得人類各種器官得以有效地延伸、進(jìn)入云時代的基本保證。   一、云業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)   隨著信息業(yè)務(wù)進(jìn)入云時代，越來越多的用戶通過各種不同類型的業(yè)務(wù)設(shè)備進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)之中，各種業(yè)務(wù)設(shè)備之間、眾多用戶之間所交換的信息量在飛速地增長，各種接入設(shè)備的類型和數(shù)量、物理標(biāo)識等也在快速地增長，如何將這些數(shù)量巨大的、不同類型的信息在各種類型的服務(wù)設(shè)備之間進(jìn)行快速和準(zhǔn)確地傳遞成為了網(wǎng)絡(luò)的巨大挑戰(zhàn)。   二、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的疊加式服務(wù)業(yè)務(wù)處理方法   作為直接提供服務(wù)業(yè)務(wù)的終端設(shè)備，設(shè)計人員根據(jù)其業(yè)務(wù)特性，制定和使用了相應(yīng)的物理接口和通信協(xié)議。例如GE/10GE、FC、IB等多種物理接口和Ethernet、IPv4、IPv6、FCoE、IBoE等通信協(xié)議，每種協(xié)議都有自己特定的數(shù)據(jù)格式，以及相應(yīng)的控制報文。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，為了將各種不同服務(wù)業(yè)務(wù)的終端設(shè)備連接起來，網(wǎng)絡(luò)中的各種設(shè)備也被迫需要從硬件和軟件上同時支持這些接口和協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)層面上必須對每個接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行類型識別，并根據(jù)結(jié)果找到其相對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在設(shè)備的控制層面上，需對每一類業(yè)務(wù)的協(xié)議進(jìn)行單獨的處理，以協(xié)調(diào)和控制數(shù)據(jù)層面上的轉(zhuǎn)發(fā)行為。這樣，在一個物理網(wǎng)絡(luò)中形成了疊加的多個業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)絡(luò)。其結(jié)果是，隨著服務(wù)業(yè)務(wù)類型數(shù)量的增加，業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)也變得越來越多，軟硬件同時變得越來越復(fù)雜，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)效率下降，新業(yè)務(wù)的開發(fā)時間增長。在數(shù)據(jù)中心，不光要支持各租戶的業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)，而且單個租戶內(nèi)還可能還存在著多個獨立部門各自的業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)，致使一個數(shù)據(jù)中心的物理網(wǎng)絡(luò)需要支持大量的業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)絡(luò)，使得傳統(tǒng)的疊加式服務(wù)難以重負(fù)。   三、數(shù)據(jù)中心中網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的新思想   對于一個擁有大量節(jié)點的實際物理網(wǎng)絡(luò)，如何能夠支持大量的業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)絡(luò)，且每個業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)絡(luò)都可能擁有自己的地址編碼體系和傳遞規(guī)則？生活中很多的例子已經(jīng)告訴了我們所需要的答案。   現(xiàn)行郵政系統(tǒng)中廣泛采用了郵政編碼和規(guī)范的郵件封裝。郵政編碼是郵政體系內(nèi)的地址編碼系統(tǒng)，是郵政體系內(nèi)每個業(yè)務(wù)服務(wù)點的地址。每個郵件上的郵政編碼，標(biāo)明了目標(biāo)業(yè)務(wù)服務(wù)點的地址。對郵政系統(tǒng)中的分揀和傳遞環(huán)節(jié)而言，只需簡單地識別目標(biāo)郵政編碼即可。所以，郵政編碼是對用戶實際物理地址的封裝，實現(xiàn)了用戶地址與傳遞地址之間的解耦，解決了用戶物理地址數(shù)量快速增長的問題。同時，對不規(guī)范的郵遞物品進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的封裝，也讓為郵件傳送過程中使用機器來實現(xiàn)自動高速分揀成為可能。   貨物運輸系統(tǒng)中，規(guī)范的集裝箱尺寸、規(guī)范的目標(biāo)地址，都極大地簡化了運輸過程中的中間環(huán)節(jié)，提高了工作效率。   與郵政和貨物運輸系統(tǒng)的作用一樣，網(wǎng)絡(luò)的作用就是將用戶的信息從源地址傳遞到目標(biāo)地址。信息的地址體系和信息的格式會因業(yè)務(wù)的不同而不同，但網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞功能不會改變。一個高效的網(wǎng)絡(luò)信息傳遞體系，不會、也不應(yīng)受到被傳遞信息地址體系和格式的影響。網(wǎng)絡(luò)信息傳遞體系僅在其邊緣業(yè)務(wù)節(jié)點對被傳遞的信息做規(guī)范化的處理，而體系內(nèi)部的傳遞過程不受被傳遞信息內(nèi)容的影響。從網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)上看，網(wǎng)絡(luò)信息傳遞體系內(nèi)部就像是一座四通八達(dá)的橋梁，將網(wǎng)絡(luò)的各邊緣業(yè)務(wù)節(jié)點連接起來。邊緣業(yè)務(wù)的源節(jié)點只需按各種業(yè)務(wù)的要求，加裝目標(biāo)邊緣業(yè)務(wù)節(jié)點的地址，送上橋梁上運行的交通工具即可。而橋梁上只需運行一種類型的高效運輸交通工具，裝載標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱。   橋接網(wǎng)絡(luò)將業(yè)務(wù)功能與轉(zhuǎn)發(fā)功能進(jìn)行了分離，不僅解決了快速增長的用戶地址對網(wǎng)絡(luò)路由的影響，也極大地簡化了網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點之間的轉(zhuǎn)發(fā)過程，提高了網(wǎng)絡(luò)的效率。   四、橋接交換網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基本工作原理   1. 網(wǎng)絡(luò)邊緣的業(yè)務(wù)接入節(jié)點對來自于用戶的不同類型數(shù)據(jù)包進(jìn)行統(tǒng)一的封裝，并加裝目標(biāo)和源業(yè)務(wù)節(jié)點信息，然后送至橋接網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的節(jié)點。   2. 橋接網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點之間依據(jù)目標(biāo)業(yè)務(wù)節(jié)點的地址直接進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，將轉(zhuǎn)發(fā)過程中使用的地址與數(shù)量巨大的實際用戶地址進(jìn)行解耦;   3. 邊緣目標(biāo)業(yè)務(wù)節(jié)點則對接收到的具有統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式的用戶數(shù)據(jù)包進(jìn)行解封裝，然后將原始數(shù)據(jù)報文送至目標(biāo)用戶;   與傳統(tǒng)的疊加式服務(wù)業(yè)務(wù)的方法相比較，橋接交換網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以路由協(xié)議計算結(jié)果作為交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的依據(jù)，網(wǎng)絡(luò)邊緣的業(yè)務(wù)節(jié)點地址作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的地址，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)地址與用戶的實際地址解耦，消除了用戶地址變化對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)的影響。同時，橋接節(jié)點之間數(shù)據(jù)的傳輸只使用一種標(biāo)準(zhǔn)格式，有利于數(shù)據(jù)高速、有效地傳輸，實現(xiàn)DCB等無損以太網(wǎng)的協(xié)議和功能，有助于網(wǎng)絡(luò)的簡化管理。   從服務(wù)業(yè)務(wù)的角度看，橋接網(wǎng)絡(luò)提供了點對點、點對多點和多點對多點的連接業(yè)務(wù)，整個網(wǎng)絡(luò)如同一臺交換機/路由器/FC交換/IB交換機，…，網(wǎng)絡(luò)邊緣的業(yè)務(wù)節(jié)點端口如同該交換機的用戶端口。對所有的數(shù)據(jù)，只需配置上正確的出端口地址，該數(shù)據(jù)就可以通過橋接網(wǎng)絡(luò)送達(dá)，而無需關(guān)心在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部是如何具體實現(xiàn)的。   五、橋接網(wǎng)絡(luò)所使用技術(shù)的選擇   數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)存在有多種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)相分離的解決方案和相應(yīng)的協(xié)議，例如GRE、NvGRE、VPLS、VxLAN、MACinIP等為代表的設(shè)備管理系統(tǒng)方案，以及TRILL，SPB等為代表的CT方案。對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)而言，除了網(wǎng)絡(luò)的基本要求外，希望所選擇的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)能夠：   1. 簡單、方便、動態(tài)地支持點對點、點對多點、多點對多點的連接業(yè)務(wù);   2. 支持端到端得最短路徑;   3. 盡可能多的邏輯網(wǎng)絡(luò)和組播、廣播組，以便于支持眾多業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)絡(luò)的需求;   4. 兼容現(xiàn)有多種協(xié)議的數(shù)據(jù)格式，方便地實現(xiàn)業(yè)務(wù)的無縫互通;   5. 不僅能直接提供CT的解決方案，還需能有效地支持各種設(shè)備管理系統(tǒng)解決方案;   通常情況下，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)層決定了網(wǎng)絡(luò)在這種協(xié)議下能夠完成什么樣的工作，而控制層則使得這種工作能夠自動、有效地去完成。選用合適的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，數(shù)據(jù)層起著決定性的作用。   從目前數(shù)據(jù)中心中所使用協(xié)議的數(shù)據(jù)層上看，設(shè)備管理系統(tǒng)方案都是以現(xiàn)有二/三層網(wǎng)絡(luò)(例如以太+IP網(wǎng)絡(luò))為基礎(chǔ)的，例如：GRE、NvGRE、VPLS、VxLAN等等，其解決方案也都是為解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的缺陷和不足、為某一特定問題而設(shè)計的。而現(xiàn)有二/三層網(wǎng)絡(luò)的的本質(zhì)問題并沒有得到有效地解決，網(wǎng)絡(luò)潛在的資源也未能得到充分地利用。   而以TRILL、SPB為代表的CT方案，則試圖從本質(zhì)上解決二層網(wǎng)絡(luò)的基本問題。由于在具體實施時，CT方案需要對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行更新，這與快速發(fā)展的數(shù)據(jù)中心市場需求有著很大的差距。所以CT方案在解決二層網(wǎng)絡(luò)基本問題的同時，必須考慮三層網(wǎng)絡(luò)的問題，以及如何有效地支持現(xiàn)有的設(shè)備管理系統(tǒng)方案，并能與之協(xié)同工作。   從CT設(shè)備供應(yīng)商的角度出發(fā)，二/三層網(wǎng)絡(luò)的基本問題不僅存在于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，還廣泛存在于企業(yè)園區(qū)網(wǎng)、運營商的局域網(wǎng)、無線接入網(wǎng)等各個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之中，從根本上解決二/三層網(wǎng)絡(luò)的基本問題具有重大的意義。   六、未來新技術(shù)對橋接網(wǎng)絡(luò)的影響   網(wǎng)絡(luò)交換正在由光傳輸、電交換向著光傳輸、光交換的方向發(fā)展。由于技術(shù)的限制，在一個不太短的時間內(nèi)，對光信號中的光數(shù)據(jù)直接進(jìn)行修改在技術(shù)上還難以實現(xiàn)，因而在光交換機中對光信號的直接轉(zhuǎn)發(fā)(即端到端的路由)還是最為簡單和實用的技術(shù)方案，而橋接網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的端到端轉(zhuǎn)發(fā)機制也能很好地適應(yīng)這種未來技術(shù)的發(fā)展需要。

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