為了滿足自身的業(yè)務(wù)需求，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和可靠。無論是互聯(lián)網(wǎng)還是傳統(tǒng)行業(yè)，都會有自己或大或小的數(shù)據(jù)中心，甚至如阿里云和亞馬遜這種專門以出租計(jì)算資源的云計(jì)算公司，更是在全世界各地建立了不等的數(shù)據(jù)中心。

盡管到到如今的云計(jì)算時(shí)代，將數(shù)據(jù)中心自身的資源虛擬化以達(dá)到更高的利用率，有一點(diǎn)肯定，云服務(wù)器，物理資源決定了虛擬資源的天花板。

物理網(wǎng)絡(luò)的特性，例如帶寬，MTU，延時(shí)等，最終直接或者間接決定了虛擬虛擬網(wǎng)絡(luò)的特性。對網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，有些物理網(wǎng)絡(luò)特性可以通過升級設(shè)備或線路來提升，但是有些與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有關(guān)。升級或者改動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來的風(fēng)險(xiǎn)和成本是巨大的，因此在架設(shè)數(shù)據(jù)中心初始，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)尤其需要謹(jǐn)慎。

那么，從過去的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，美國服務(wù)器，到如今的云計(jì)算時(shí)代數(shù)據(jù)中心，中間經(jīng)歷了怎樣的變遷呢?

2.傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在傳統(tǒng)的大型數(shù)據(jù)中心，網(wǎng)絡(luò)通常是三層結(jié)構(gòu)。Cisco稱之為：分級的互連網(wǎng)絡(luò)模型(hierarchical inter-networking model)。

三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是采用層次化架構(gòu)的三層網(wǎng)絡(luò)，有三個層次：核心層(網(wǎng)絡(luò)的高速交換主干)、匯聚層(提供基于策略的連接)、接入層(將工作站接入網(wǎng)絡(luò))，這個模型如下：

接入層(Access Layer)：接入交換機(jī)通常位于機(jī)架頂部，所以它們也被稱為ToR(Top of Rack)交換機(jī)，它們物理連接服務(wù)器。 匯聚層(Aggregation Layer)：匯聚交換機(jī)連接Access交換機(jī)，同時(shí)提供其他的服務(wù)，例如防火墻，SSL offload，入侵檢測，網(wǎng)絡(luò)分析等。 核心層(Core Layer)：核心交換機(jī)為進(jìn)出數(shù)據(jù)中心的包提供高速的轉(zhuǎn)發(fā)，為多個匯聚層提供連接性，核心交換機(jī)為通常為整個網(wǎng)絡(luò)提供一個彈性的L3路由網(wǎng)絡(luò)。 一個三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖如下所示：

通常情況下，匯聚交換機(jī)是L2和L3網(wǎng)絡(luò)的分界點(diǎn)，匯聚交換機(jī)以下的是L2網(wǎng)絡(luò)，以上是L3網(wǎng)絡(luò)。每組匯聚交換機(jī)管理一個POD(Point Of Delivery)，每個POD內(nèi)都是獨(dú)立的VLAN網(wǎng)絡(luò)。

服務(wù)器在POD內(nèi)遷移不必修改IP地址和默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，因?yàn)橐粋€POD對應(yīng)一個L2廣播域。

匯聚交換機(jī)和接入交換機(jī)之間通常使用STP(Spanning Tree Protocol，生成樹協(xié)議)。STP使得對于一個VLAN網(wǎng)絡(luò)只有一個匯聚層交換機(jī)可用，其他的匯聚層交換機(jī)在出現(xiàn)故障時(shí)才被使用(上圖中的虛線)。

也就是說匯聚層是一個active-passive的HA模式。這樣在匯聚層，做不到水平擴(kuò)展，因?yàn)榫退慵尤攵鄠€匯聚層交換機(jī)，仍然只有一個在工作。

一些私有的協(xié)議，例如Cisco的vPC(Virtual Port Channel)可以提升匯聚層交換機(jī)的利用率，但是一方面，這是私有協(xié)議，另一方面，vPC也不能真正做到完全的水平擴(kuò)展。

下圖是一個匯聚層作為L2/L3分界線，且采用vPC的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，STP 是二層網(wǎng)絡(luò)中非常重要的一種協(xié)議。在二層有一個相當(dāng)矛盾的點(diǎn)，那就是可靠性和安全性的矛盾。

可靠性是指構(gòu)建二層網(wǎng)絡(luò)時(shí)，一般會采用會采用設(shè)備冗余和鏈路冗余的方式。

安全性是指二層交換機(jī)同處于一個廣播域，廣播報(bào)文在環(huán)路中會反復(fù)持續(xù)傳送，可能會形成廣播風(fēng)暴，所以必須防止形成環(huán)路。

要想兩種同時(shí)達(dá)到，可以采用STP(生成樹協(xié)議)自動控制，即冗余設(shè)備和冗余鏈路成備份，在正常情況下被阻塞掉，當(dāng)出現(xiàn)鏈路故障時(shí)冗余的設(shè)備端口和鏈路才會被打開。

由于 STP 的收斂性能等原因， 一般情況下 STP 的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不會超過 100臺交換機(jī)。STP的這種機(jī)制導(dǎo)致了二層鏈路利用率不足，尤其是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有全連接拓?fù)潢P(guān)系時(shí)，這種缺陷尤為突出。

如上圖所示，當(dāng)采用全網(wǎng)STP二層設(shè)計(jì)時(shí)，STP將阻塞大多數(shù)鏈路，使接入到匯聚間帶寬降至1/4，匯聚至核心間帶寬降至1/8。這種缺陷造成越接近樹根的交換機(jī)，端口擁塞越嚴(yán)重，造成的帶寬資源浪費(fèi)就越可觀。

3.云計(jì)算的發(fā)展對數(shù)據(jù)中心的影響

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來的數(shù)據(jù)大爆發(fā)以及虛擬化技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算資源被池化，對數(shù)據(jù)中心也提出了新的挑戰(zhàn)：動態(tài)遷移和高性能。