云计算时代，数据中心架构三层到大二层的演变
|
副标题[/!--empirenews.page--]
1.数据中心是什么 数据中心，指用于安置计算机系统及相关部件的设施，例如电信和储存系统。
为了满足自身的业务需求，保证数据的稳定和可靠。无论是互联网还是传统行业，都会有自己或大或小的数据中心，甚至如阿里云和亚马逊这种专门以出租计算资源的云计算公司，更是在全世界各地建立了不等的数据中心。 尽管到到如今的云计算时代，将数据中心自身的资源虚拟化以达到更高的利用率，有一点肯定，物理资源决定了虚拟资源的天花板。 物理网络的特性，例如带宽，MTU，延时等，最终直接或者间接决定了虚拟虚拟网络的特性。对网络性能进行优化时，有些物理网络特性可以通过升级设备或线路来提升，但是有些与网络架构有关。升级或者改动网络架构带来的风险和成本是巨大的，因此在架设数据中心初始，网络架构的选择和设计尤其需要谨慎。 那么，从过去的传统数据中心，到如今的云计算时代数据中心，中间经历了怎样的变迁呢? 2.传统数据中心网络架构 在传统的大型数据中心，网络通常是三层结构。Cisco称之为：分级的互连网络模型(hierarchical inter-networking model)。 三层网络结构是采用层次化架构的三层网络，有三个层次：核心层(网络的高速交换主干)、汇聚层(提供基于策略的连接)、接入层(将工作站接入网络)，这个模型如下：
通常情况下，汇聚交换机是L2和L3网络的分界点，汇聚交换机以下的是L2网络，以上是L3网络。每组汇聚交换机管理一个POD(Point Of Delivery)，每个POD内都是独立的VLAN网络。 服务器在POD内迁移不必修改IP地址和默认网关，因为一个POD对应一个L2广播域。
汇聚交换机和接入交换机之间通常使用STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议)。STP使得对于一个VLAN网络只有一个汇聚层交换机可用，其他的汇聚层交换机在出现故障时才被使用(上图中的虚线)。 也就是说汇聚层是一个active-passive的HA模式。这样在汇聚层，做不到水平扩展，因为就算加入多个汇聚层交换机，仍然只有一个在工作。 一些私有的协议，例如Cisco的vPC(Virtual Port Channel)可以提升汇聚层交换机的利用率，但是一方面，这是私有协议，另一方面，vPC也不能真正做到完全的水平扩展。 下图是一个汇聚层作为L2/L3分界线，且采用vPC的网络架构。
传统的数据中心网络技术，STP 是二层网络中非常重要的一种协议。在二层有一个相当矛盾的点，那就是可靠性和安全性的矛盾。 可靠性是指构建二层网络时，一般会采用会采用设备冗余和链路冗余的方式。 安全性是指二层交换机同处于一个广播域，广播报文在环路中会反复持续传送，可能会形成广播风暴，所以必须防止形成环路。 要想两种同时达到，可以采用STP(生成树协议)自动控制，即冗余设备和冗余链路成备份，在正常情况下被阻塞掉，当出现链路故障时冗余的设备端口和链路才会被打开。
由于 STP 的收敛性能等原因， 一般情况下 STP 的网络规模不会超过 100台交换机。STP的这种机制导致了二层链路利用率不足，尤其是在网络设备具有全连接拓扑关系时，这种缺陷尤为突出。
如上图所示，当采用全网STP二层设计时，STP将阻塞大多数链路，使接入到汇聚间带宽降至1/4，汇聚至核心间带宽降至1/8。这种缺陷造成越接近树根的交换机，端口拥塞越严重，造成的带宽资源浪费就越可观。 3.云计算的发展对数据中心的影响 随着互联网的发展带来的数据大爆发以及虚拟化技术的发展，计算资源被池化，对数据中心也提出了新的挑战：动态迁移和高性能。 采用大二层网络架构，可以实现整个数据网络都是L2广播域，这样即可实现动态迁移。大二层网络架构，L2/L3分界在核心交换机，核心交换机以下，也就是整个数据中心，是L2网络(当然，可以包含多个VLAN，VLAN之间通过核心交换机做路由进行连通)。大二层的网络架构如下图所示：
相对于之前的基础架构而言，具有如下特点： ①资源池化——硬件服务器通过虚拟化技术进行部分硬件资源的整合，构造计算资源池化 ②统一管理——在虚拟化平台上建立虚拟机，在虚拟机里部署业务，实现平台上虚拟机的统一维护和管理 ③横向扩展——计算资源不够，可以直接补充硬件服务器达到资源扩展 然而，传统大二层的缺点也和明显，共享的L2广播域带来的BUM(二层数据链路层的报文)风暴随着网络规模的增加而明显增加，最终将影响正常的网络流量。 同时，虚拟机可以迁移，但是如何达到迁移过程中用户无感知，IP地址等不改变呢?即实现动态迁移。 （编辑：源码网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
