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摘 要： 旨在说明网络在数据中心中的作用，并描绘出数据中心的网络拓扑结构，从拓扑图中可以更清楚地了解云计算数据中心网络的作用。数据中心发展到现在面临着一些问题，为解决当前的问题，阐述云计算数据中心网络的发展方向。
关键词： 数据中心；云计算；交换机；服务器；虚拟化
中图分类号：G25 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0220190－01
1 网络在云计算数据中心中的作用
数据中心是通过网络提供服务的“生产工厂”，随着整个世界对云计算的使用频率的增加，其规模变得越来越大，网络也随之成为数据中心和云计算的基础。数据中心是数据大集中而形成的集成IT应用环境，是各种业务的提供中心，是数据处理、数据存储和数据交换的中心，包括服务器、网络存储设备及数据中心交换机等设备。那么这些设备之间的关系如何呢？如果把数据中心比喻成一台超级计算机，那么服务器就好比一个个负责运算的处理器，网络存储设备就相当于硬盘，而数据中心交换机就是负责连接处理器、硬盘以及各种输入、输出设备的总线控制器了。“总线控制器”可以提供的带宽大小和处理速率直接影响到数据中心这台“计算机”的运算性能。由此可以了解到网络在云计算数据中心中的重要性。
2 云计算数据中心网络拓扑
云计算数据中心有别于传统的IDC的应用，服务器没有特定的应用，而是根据服务器资源情况，动态的调整服务器的角色——可以是计算节点，也可以是存储节点。因此，所有的服务器之间都是对等的，即所有的服务器之间的带宽必须均衡。左图是Clos结构的数据中心的拓扑结构。
上述的拓扑中，一个服务器集群的规模可以用如下的公式计算：集群容量=ToR交换机端口数×EoR的端口数量。因此，要组建大的集群，就需要解决集群的端口数量的问题。数据中心是一个庞大的建筑群，需要部署以千级的设备，包含服务器，交换机。数量庞大的设备，如何进行部署/配置/管理，将是数据中心所面临的考验。
近年来，服务器多核技术和网卡技术的发展提升了服务器的网络吞吐能力。10GE网卡采用了硬件加速技术（TCP offload，iSCSI offload，RDMA acceleration）使服务器的吞吐能力接近线速。数据中心业务不断增加，同时能效要求、布线压力使得业务部署向高密度发展。千兆接入逐渐成为瓶颈，服务器向万兆发展。下面是万兆数据中心的应用拓扑。
上述拓扑有以下特点：
1）万兆接入，40G汇聚链路；2）核心设备提供硬件级的高可靠特性（热备、电源、风扇）；3）采用二层（TRILL）/三层（ECMP）模式对接；4）支持星型、双星型架构；5）双星型架构部署模式，提供核心设备间的冗余，单个核心失效时，整网收敛比减半；6）支持FC接口，提供服务器和接入交换机通过FC相连；7）支持虚拟机的部署。
3 数据中心与云计算网络发展方向
随着IT建设成本的增长，以及用户对数据存储、数据挖掘、高性能计算的需求不断增长，数据中心的规模变得越来越大，导致传统的数据中心建设模式已经无法满足这种变化的需求。数据中心与云计算网络的未来发展将向着以下几个方向发展：
3.1 融合架构，统一交换。网络是数据中心资源的交换通道。当前数据中心分为数据处理、数据存储、数据交换三大部分。随着现有数据中心规模的逐渐增大，出现多种布线系统、设备繁多、网络管理复杂等问题。
针对现有数据中心面临的问题，在新的数据中心网络中，存储FC、网络IP等业务最终都将承载在以太网上，采取国际标准FCoE（FC over Ethernet，以太网数据包内部FC帧与IP数据分离设计）的设计方式。这就有助于将网络中原有FC存储网络（FC交换机）可连接到数据中心以太网交换机上，下一代FCoE磁盘阵列可直接连接到数据中心交换机上。同时，由于以太网数据包内部FC帧与IP数据分离设计，可有效保证存储网络安全。
3.2 虚拟化。基于云计算的数据中心中，虚拟化是最为关键的技术之一，通过虚拟化技术使得各种资源能够被合理的利用，提高了物理设备的利用效率，同时也增加了各种业务部署的灵活性，最终通过云调度系统来协调各种业务的使用和迁移。
从数据中心的构成上看，虚拟化又可以分为服务器虚拟化、存储虚拟化及网络虚拟化。服务器的虚拟化趋势，一台服务器上面跑多个VM系统。与服务器虚拟化不同，网络设备的虚拟化在目前为止还没有很明确定义和概念。于是各个产商针对自身的解决方案特点、技术特长发展了几种网络设备虚拟化的技术，也有些实力雄厚的公司在几方面都有涉及产品。如思科一分多网络设备虚拟机技术及多合一网络设备统一管理技术等。
3.3 40G/100G网络。在基于云计算的数据中心中，由于资源的虚拟化，以及各类设备之间实现数据交互，使设备之间的横向数据流量将占到总流量70%以上。为了满足这种突增的数据量，用于数据中心的网络设备必须具备较高的端口容量和接口密度，伴随传统数据中心的转型，IEEE802.3ba 40G/100G标准也于2010年正式获批通过，成为大型数据中心网络规模部署的新标准。随着应用的逐渐成熟化，40G/100G端口将成为新的大型数据中心网络必然的配置。
3.4 低功耗。能源问题是当今世界的热门课题，各企业在开发新产品时都纷纷高举节能降耗的旗帜，而像数据中心这样的高耗能场所，节能降耗显得更加意义重大。随着云计算模式的变化，硬件设备资源的规模会变得非常庞大，每年在能耗上的支出将是一大笔费用，而且会占到数据中心总体支出的60%以上。故在设备的选择上必须选择采用节能环保设计的产品。
4 结语
网络作为云计算数据中心的重要组成部分，其能否提供高性能、高可靠性的服务具有重要意义。基于CLOS架构的数据中心网络架构以其良好的可扩展性已经得到很好的应用。技术总是在解决问题中不断进步，为解决数据中心现在面临的问题，下一代云计算数据中心网络将朝向融合统一、虚拟化、高带宽及低功耗的方向发展。
关键词： 数据中心；云计算；交换机；服务器；虚拟化
中图分类号：G25 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0220190－01
1 网络在云计算数据中心中的作用
数据中心是通过网络提供服务的“生产工厂”，随着整个世界对云计算的使用频率的增加，其规模变得越来越大，网络也随之成为数据中心和云计算的基础。数据中心是数据大集中而形成的集成IT应用环境，是各种业务的提供中心，是数据处理、数据存储和数据交换的中心，包括服务器、网络存储设备及数据中心交换机等设备。那么这些设备之间的关系如何呢？如果把数据中心比喻成一台超级计算机，那么服务器就好比一个个负责运算的处理器，网络存储设备就相当于硬盘，而数据中心交换机就是负责连接处理器、硬盘以及各种输入、输出设备的总线控制器了。“总线控制器”可以提供的带宽大小和处理速率直接影响到数据中心这台“计算机”的运算性能。由此可以了解到网络在云计算数据中心中的重要性。
2 云计算数据中心网络拓扑
云计算数据中心有别于传统的IDC的应用，服务器没有特定的应用，而是根据服务器资源情况，动态的调整服务器的角色——可以是计算节点，也可以是存储节点。因此，所有的服务器之间都是对等的，即所有的服务器之间的带宽必须均衡。左图是Clos结构的数据中心的拓扑结构。
上述的拓扑中，一个服务器集群的规模可以用如下的公式计算：集群容量=ToR交换机端口数×EoR的端口数量。因此，要组建大的集群，就需要解决集群的端口数量的问题。数据中心是一个庞大的建筑群，需要部署以千级的设备，包含服务器，交换机。数量庞大的设备，如何进行部署/配置/管理，将是数据中心所面临的考验。
近年来，服务器多核技术和网卡技术的发展提升了服务器的网络吞吐能力。10GE网卡采用了硬件加速技术（TCP offload，iSCSI offload，RDMA acceleration）使服务器的吞吐能力接近线速。数据中心业务不断增加，同时能效要求、布线压力使得业务部署向高密度发展。千兆接入逐渐成为瓶颈，服务器向万兆发展。下面是万兆数据中心的应用拓扑。
上述拓扑有以下特点：
1）万兆接入，40G汇聚链路；2）核心设备提供硬件级的高可靠特性（热备、电源、风扇）；3）采用二层（TRILL）/三层（ECMP）模式对接；4）支持星型、双星型架构；5）双星型架构部署模式，提供核心设备间的冗余，单个核心失效时，整网收敛比减半；6）支持FC接口，提供服务器和接入交换机通过FC相连；7）支持虚拟机的部署。
3 数据中心与云计算网络发展方向
随着IT建设成本的增长，以及用户对数据存储、数据挖掘、高性能计算的需求不断增长，数据中心的规模变得越来越大，导致传统的数据中心建设模式已经无法满足这种变化的需求。数据中心与云计算网络的未来发展将向着以下几个方向发展：
3.1 融合架构，统一交换。网络是数据中心资源的交换通道。当前数据中心分为数据处理、数据存储、数据交换三大部分。随着现有数据中心规模的逐渐增大，出现多种布线系统、设备繁多、网络管理复杂等问题。
针对现有数据中心面临的问题，在新的数据中心网络中，存储FC、网络IP等业务最终都将承载在以太网上，采取国际标准FCoE（FC over Ethernet，以太网数据包内部FC帧与IP数据分离设计）的设计方式。这就有助于将网络中原有FC存储网络（FC交换机）可连接到数据中心以太网交换机上，下一代FCoE磁盘阵列可直接连接到数据中心交换机上。同时，由于以太网数据包内部FC帧与IP数据分离设计，可有效保证存储网络安全。
3.2 虚拟化。基于云计算的数据中心中，虚拟化是最为关键的技术之一，通过虚拟化技术使得各种资源能够被合理的利用，提高了物理设备的利用效率，同时也增加了各种业务部署的灵活性，最终通过云调度系统来协调各种业务的使用和迁移。
从数据中心的构成上看，虚拟化又可以分为服务器虚拟化、存储虚拟化及网络虚拟化。服务器的虚拟化趋势，一台服务器上面跑多个VM系统。与服务器虚拟化不同，网络设备的虚拟化在目前为止还没有很明确定义和概念。于是各个产商针对自身的解决方案特点、技术特长发展了几种网络设备虚拟化的技术，也有些实力雄厚的公司在几方面都有涉及产品。如思科一分多网络设备虚拟机技术及多合一网络设备统一管理技术等。
3.3 40G/100G网络。在基于云计算的数据中心中，由于资源的虚拟化，以及各类设备之间实现数据交互，使设备之间的横向数据流量将占到总流量70%以上。为了满足这种突增的数据量，用于数据中心的网络设备必须具备较高的端口容量和接口密度，伴随传统数据中心的转型，IEEE802.3ba 40G/100G标准也于2010年正式获批通过，成为大型数据中心网络规模部署的新标准。随着应用的逐渐成熟化，40G/100G端口将成为新的大型数据中心网络必然的配置。
3.4 低功耗。能源问题是当今世界的热门课题，各企业在开发新产品时都纷纷高举节能降耗的旗帜，而像数据中心这样的高耗能场所，节能降耗显得更加意义重大。随着云计算模式的变化，硬件设备资源的规模会变得非常庞大，每年在能耗上的支出将是一大笔费用，而且会占到数据中心总体支出的60%以上。故在设备的选择上必须选择采用节能环保设计的产品。
4 结语
网络作为云计算数据中心的重要组成部分，其能否提供高性能、高可靠性的服务具有重要意义。基于CLOS架构的数据中心网络架构以其良好的可扩展性已经得到很好的应用。技术总是在解决问题中不断进步，为解决数据中心现在面临的问题，下一代云计算数据中心网络将朝向融合统一、虚拟化、高带宽及低功耗的方向发展。