摘要：隨著資訊化技術的不斷髮展，雲端計算以及虛擬化技術的運用越來越廣泛，在這些新興運用模式下，資料中心網路也發生了重大的變化，無論是在組成、結構還是在功能規模層面都不斷髮生著變革，傳統層次結構的資料中心網路已經明顯不能適應新的運用模組，在規模、成本以及拓展性等方面都存在著很多不足，變革之後的資料中心網路應該低成本的基礎上滿足節能、低配置開銷、高拓展性等新的要求。
關鍵詞：資料中心 體系結構 網路
資料中心是資料傳輸、計算以及儲存的中心，是各種軟體資源與硬體資源以及關鍵業務系統的集中，例如人們熟悉的網路遊戲、線上購物以及搜尋引擎等大規模的叢集計算等，而傳統的資料中心網路一般採用的是樹形網路，總寬頻受到了限制，根節點更是成為了系統在效能上的最大障礙，並且其規模比較小，資源也不夠集中，導致其已經不適應新興運用模式的需求。
一、傳統資料中心網路體系結構及存在不足
傳統的資料中心網路是通過層次網路上來實現的，在同一個資料中心記憶體在著很多種運用的同時執行，並且每一種運用都需要在特定的伺服器或者虛擬伺服器上執行，同時需要和因特網可路由的IP地址繫結，這樣可以方便接收因特網的客戶端訪問。隨著雲端計算以及虛擬化技術的運用越來越廣泛，新型計算機的資料中心呈現出許多新的特點，這些新的特點也正體現了傳統資料中心網路體系結構的不足。
首先就是規模越來越大，需要支援的服務數量級已經達到了比較高的量級，並且資料中心的內部流量也在不斷的增加，佔總流量的比重也比較大，所以導致網路寬頻變成了一種比較缺少的資源。由於資料規模的不斷增大，網路裝置的要求也越來越高，但通常都是一個橫向擴充套件，並未來節約成本，並沒有使用效能比較高同時價格也比較高的先進裝置來進行一個縱向的拓展。新型資料中心網路的結構沒有受到傳統結構的限制，結構比較多樣，例如多根樹、立方體和隨機圖等，這些網路結構都哦可以輔助設計出更加高效的路由演算法。隨著資訊科技的不斷髮展，虛擬化技術已經成為了資料中心不可缺少的理念，所以這就要求資料中心可以支援任何一個遷移的部署，並且還不能影響已經存在的運用層的狀態。隨著環保理念的不斷深入，資料中心網路可以採用低成本的低端裝置，容易導致很多事故的發生。此外，傳統的資料中心的自動化程度不高，如果服務需要在伺服器之間進行重新分配的話，資料中心網路的地址的空間就會導致人工操作出錯的概率增高，只有提高自動化程度，才可以控制操作人員和伺服器成本的比值，降低人工操作的失誤概率，避免由此導致的風險，使得整個網路系統可以更加健康穩定執行。
二、資料中心網路體系結構設計的依據
由於新型計算模式的不斷普及，新興應用模組使用越來越廣泛，對新型的資料中心網路提出了新的要求。首先就是伺服器和虛擬機器的便捷配置和遷移，所以在資料中心的任何地方的任何伺服器都可以是一種VIP伺服器池的一部分，這樣伺服器池就不再是固定的，而是可以自由動態縮減或者擴充套件，虛擬機器也可以隨意的遷移，並且在這個過程中不需要改變虛擬機器的IP地址，已經存在的應用層狀態也不會被打斷。由於伺服器間的高傳輸寬頻，伺服器間的流量比較大，所以新型的中心網路體系結構應該對伺服器提供更大的寬頻。資料中心網路需要支援數量非常巨大的伺服器，資料庫中心需要更多的伺服器，所以在資料庫中心可以設定允許增量的部署或者擴充套件。另外，還要求資料中心網路低成本且高擴充套件，這是因為資料中心網路的物理結構可擴充套件需要比較小的成本物理聯結器，不需要依賴比較高階的交換機老縱向擴充套件，採用普通的商業化的組間就可以實現橫向擴充套件，而且，通過增加伺服器的數量從結構上來實現增量的擴充套件，即使新增新的伺服器，已經正在執行的伺服器也是不會受到影響的。資料中心網路還應該具備健壯性，也就是針對各種各樣的失效，例如機架失效、伺服器失效等都能夠進行有效的處理。低配置的開銷是指在中心網路的構建過程中不應該採用太多的人工配置開銷。另外，由於能源緊缺問題越來越受到人們的重視，在新的資料網路結構構建中還應該將能源的效率問題考慮進來，提高能源的使用效率，降低製冷開銷以及流量的傳輸。
三、現代資料中心網路的結構特徵
3.1 基於商業交換機構建
傳統的資料中心網路一般採用的是樹形網路，總寬頻受到了限制，根節點更是成為了系統在效能上的最大障礙，如果採用三層樹形結構來設計的話，所有的層都使用普通的48埠交換機，那麼核心層可以使用的寬頻就只有所有的伺服器出口總寬頻的千分之四，這個比例是非常小的。如果交換器的埠數量不斷增加，網路層數也不斷增加，那麼在核心層可用的寬頻所佔的比例還會進一步減少。為了提高整個系統的效能，需要採用更加高階的交換裝置來進行構建但是樹形結構的問題卻還是存在的，使用更加高階的裝置就會帶來非常大的成本開銷，和普通交換機相比，成本提高了非常多。所以，為了降低成本，現代資料中心一般會採用普通的商業交換機，例如微軟資料中心和Google資料中心，這也是現代資料中心結構設計的出發點，可以使資料中心網路符合現代資料中心需要具備的'特徵。
3.2 節點之間多路徑連線
採用商業交換機是一種可行的設計，但是單條路徑的傳輸能力卻受到了非常大的限制，所以就需要在服務節點之間增加多條路徑，這樣才能滿足伺服器間資料傳輸的高速要求。例如Portland等就是採用Clos構架的一種特殊形式作為物理網路的一種有效連線方式，向伺服器間提供多條路徑的訪問。Clos架構是在貝爾實驗室中設計的一種多級交換結構，最開始的時候是運用在電話網路中，Clos架構支援多級交換，可以通過每一個交換單元都能夠連線到下一級的所有交換單元上，並且在不同的交換單元中也可以建立多條交換路徑。
3.3 從機架式向集裝箱式轉變
在傳統的資料中心機架的構建中，需要很複雜的手工聯線，會佔用大量的基礎設施，開發部署的週期也比較長。集裝箱式資料中心是將伺服器、空調系統以及網路封裝在一個集裝箱內，一個數據中心就可以包含上千臺的伺服器，開發週期較短，體積比較小，不需要佔用大量的空間，並且能源消耗的密度也比較高，移動部署非常方便，正是因為其擁有這麼多的優點，很多大型的IT公司都推出了自己的集裝箱式資料中心，國內IT公司也加緊搶佔集裝箱式資料中心市場，學術界也對集裝箱式資料中心提出了更高的重視。
四、結語
資料中心網路是一種正在發展中的技術，結構特徵也多種多樣，隨著人們需求的不斷改變和資訊科技的不斷髮展，現代資料中心網路運營模式慢慢向著公共雲服務轉變，更多的新型資料中心網路會不斷被提出，在未來的技術研究中，資料網路中心將會向著更加科學自動的方向發展，在設計中更多的運用節能機制，實現我國的可持續發展。
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