創(chuàng)新與變革

在過去，條條道路通數(shù)據(jù)中心。

企業(yè)數(shù)據(jù)中心作為網(wǎng)絡(luò)、存儲和計算服務(wù)的配置點，應(yīng)位于關(guān)鍵任務(wù)功能區(qū)域的中心，原因很簡單：為成千上萬的用戶提供大規(guī)模、集中化服務(wù)的成本如此之高，只能通過物理配置所需資源的方法進(jìn)行管理。

如今，所有這一切已經(jīng)發(fā)生了改變。隨著對運(yùn)作效率、可持續(xù)業(yè)務(wù)操作、動態(tài)業(yè)務(wù)多元化和成本競爭力的要求不斷增長，盡管數(shù)據(jù)中心的角色與過去相差無幾，但其發(fā)揮作用的方式卻在快速地演進(jìn)發(fā)展。

數(shù)據(jù)中心將經(jīng)歷三個演進(jìn)發(fā)展階段。首先是計算基板的演進(jìn)，具體包括服務(wù)器的虛擬化和通過虛擬機(jī)的實時移植來移動負(fù)載和應(yīng)用。其次是存儲基板的演進(jìn)，如存儲資源的全局化和虛擬化以及存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (SAN) 和網(wǎng)絡(luò)附加存儲 (NAS) 的功能性融合。最后，在第三個階段，我們發(fā)現(xiàn)有必要進(jìn)行底層網(wǎng)絡(luò)基板的演進(jìn)。

要實現(xiàn)這三個階段的變革并獲得優(yōu)勢，網(wǎng)絡(luò)基板的演進(jìn)必須與計算域和存儲域的變革同步。企業(yè)數(shù)據(jù)中心必須找到可有效增強(qiáng)營運(yùn)效率、存儲容量和處理速度，同時降低成本的途徑。新一代數(shù)據(jù)中心可滿足所有這些需求，而且可提供用以確保其長期關(guān)聯(lián)性的增長和擴(kuò)展特性。

優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)基板

當(dāng)數(shù)據(jù)中心首次被設(shè)計出來時，其目的旨在為大量用戶提供訪問數(shù)量相對較少的通用應(yīng)用的途徑。這些應(yīng)用基于簡單的命令-響應(yīng)交互模型之上，可處理基于文本的數(shù)據(jù)。

其結(jié)果是，底層網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計相對初級，而且依靠傳統(tǒng)服務(wù)提供商或企業(yè)通常使用的第 2 層（交換）和第 3 層（路由）設(shè)備。但是，對于當(dāng)今的媒體密集型流量而言，這種架構(gòu)的局限性迅速體現(xiàn)出來，不僅會導(dǎo)致可用傳輸資源和交換資源的利用效率低下，還會給虛擬機(jī)的移動性造成不良影響，而這種移動性功能對于多樣化、動態(tài)提供的應(yīng)用和服務(wù)的可用性來說至關(guān)重要。這種差強(qiáng)人意的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)會增加數(shù)據(jù)中心的 CAPEX、 OPEX 和功耗，所有這些都違背了新一代數(shù)據(jù)中心的設(shè)計宗旨。

統(tǒng)一結(jié)構(gòu)

當(dāng)今，部署在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器機(jī)架上的典型服務(wù)器都配有 2 個或者 3 個高功耗適配器，用以連接網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）、存儲（光纖通道）和集群（InfiniBand 或者專有互聯(lián)）3 個完全不同的結(jié)構(gòu)中。這 3 種結(jié)構(gòu)的互連要求差異很大：網(wǎng)絡(luò)互連能夠容忍數(shù)據(jù)包丟失和高時延；存儲互連需保證無數(shù)據(jù)包丟失，而集群互連則需要以最低的時遲協(xié)助進(jìn)程間通信。這些截然不同的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了“網(wǎng)絡(luò)蔓延”現(xiàn)象的出現(xiàn)，即數(shù)以萬計的線纜通過成百上千的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器和應(yīng)用設(shè)備，將成千上萬的服務(wù)器和存儲設(shè)備連接在一起。所有這些必然會導(dǎo)致功耗與冷卻成本的增加，以及管理這些結(jié)構(gòu)所需的 CAPEX 和 OPEX 成本的增長。

10G 以太網(wǎng)的出現(xiàn)，加之行業(yè)為滿足存儲和集群互聯(lián)需求而對以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行的關(guān)鍵擴(kuò)展，將使現(xiàn)有結(jié)構(gòu)融合為基于以太網(wǎng)的統(tǒng)一整合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)將提供對其所支持的存儲和處理資源的無縫訪問。從純物理資源的角度來看，由于該結(jié)構(gòu)將適配器、線纜和交換機(jī)等資源進(jìn)行了整合，因而可以降低新一代數(shù)據(jù)中心的營運(yùn)成本和用電成本。

扁平網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)采用的是針對企業(yè)網(wǎng)和服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的傳統(tǒng) L2 和 L3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機(jī)和路由器）。這種傳統(tǒng)設(shè)備無法為滿足新一代數(shù)據(jù)中心的嚴(yán)格要求而進(jìn)行全面擴(kuò)展?？刂茀f(xié)議的可擴(kuò)展性問題導(dǎo)致資源利用效率低下（鏈路、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)）、L2 VLAN 和 L3 子網(wǎng)等限制性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及嚴(yán)重超額的層級架構(gòu)，這一切都會嚴(yán)重限制虛擬機(jī)的移動性，以及隨之而來的移動工作負(fù)載和動態(tài)提供應(yīng)用的能力。這些問題會在網(wǎng)絡(luò)性能和功耗方面導(dǎo)致不盡人意的結(jié)果，并會對計算和存儲虛擬化所需的關(guān)鍵優(yōu)化工作造成干擾。

在過去幾年里，我們看到專用于 L2 和 L3 以太網(wǎng)交換的商用芯片的出現(xiàn)。這些交換芯片可滿足新一代數(shù)據(jù)中心的獨(dú)特要求，并提供多路負(fù)載均衡、主動擁塞管理和可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)拓?fù)涞仍鰪?qiáng)性能，從而能夠在鏈路、交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)層面上顯著改善資源的利用效率。

控制層協(xié)議的復(fù)雜性和專有實施將被可擴(kuò)展的全新開放式控制協(xié)議管理棧所取代，該管理棧甚至可與數(shù)據(jù)層完全分離。控制層的可擴(kuò)展性能夠擴(kuò)展出數(shù)以萬計的節(jié)點，從而實現(xiàn)貫穿整個數(shù)據(jù)中心的、無縫與實時的虛擬機(jī)遷移。

所有這些數(shù)據(jù)層和控制層的增強(qiáng)功能都將促成跨整個數(shù)據(jù)中心的大型、扁平 L2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的誕生。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)基板的“扁平化”可實現(xiàn)將數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)徹底商品化進(jìn)而從根本上改變數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟(jì)性。

邊緣的分布式智能

與常規(guī) L2 / L3 交換設(shè)備相似，數(shù)據(jù)中心的各種“智能化”設(shè)備（負(fù)載均衡器、安全設(shè)備、應(yīng)用加速器等）也采用可縱向擴(kuò)展架構(gòu)，現(xiàn)已成為嚴(yán)重的可擴(kuò)展性瓶頸。這些設(shè)備會在網(wǎng)絡(luò)中造成阻塞點，并進(jìn)一步限制在整個數(shù)據(jù)中心內(nèi)實現(xiàn)虛擬機(jī)的無縫實時移植這一最終目標(biāo)的實現(xiàn)。

諸如負(fù)載均衡器、應(yīng)用加速器和安全設(shè)備（認(rèn)證、加密、訪問控制、入侵防御等）等解決方案也需要適應(yīng)虛擬數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。它們必須能夠支持移動用戶、移動虛擬機(jī)和動態(tài)網(wǎng)絡(luò)配置。數(shù)據(jù)中心將不再使用專有的封閉式可縱向擴(kuò)展硬件實施方案，而是通過在大型扁平網(wǎng)絡(luò)的邊緣標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器上運(yùn)行軟件來部署這些解決方案，這樣就能以極低的成本實現(xiàn)智能化的橫向擴(kuò)展。

能源匹配網(wǎng)絡(luò)

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備沒能充分考慮到能源感知或能源匹配問題。即便是行業(yè)領(lǐng)先的交換機(jī)和路由器在低利用率下運(yùn)行時也會消耗接近峰值的功率。在網(wǎng)絡(luò)層面，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商無法通過其網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)來路由流量，也就無法在數(shù)據(jù)中心服務(wù)利用率較低的時候?qū)δ芎倪M(jìn)行優(yōu)化。

新一代數(shù)據(jù)中心要求在器件、電路、組件、板件、系統(tǒng)、軟件以及網(wǎng)絡(luò)管理等各個層面都實現(xiàn)能源感知和匹配設(shè)計。這些技術(shù)可顯著減少功耗以及相應(yīng)的冷卻成本，使數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商可對整個數(shù)據(jù)中心的能耗優(yōu)化進(jìn)行控制并將其與數(shù)據(jù)中心服務(wù)的使用情況相匹配。

新一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

新一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)將采用“扁平的一體化環(huán)保型”結(jié)構(gòu)。它不僅將阻止大規(guī)模的“蔓延”，并可降低因管理彼此獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)、存儲和集群結(jié)構(gòu)所帶來的成本，而且還將采用商品化的、能源匹配型交換機(jī)，構(gòu)建可擴(kuò)展出數(shù)以萬計節(jié)點的大型扁平拓?fù)洌瑥亩鴮崿F(xiàn)無縫的虛擬機(jī)移動性。

最為重要的是，其可將控制權(quán)交給數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商，以使其能夠應(yīng)用基于策略的流量路由和智能化，并管理總體能耗。結(jié)果將實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基板的商品化，這不僅會大幅度降低采購成本，亦可在“技術(shù)食物鏈”的更高層面推動創(chuàng)新。

新一代數(shù)據(jù)中心的實踐操作范例

這種新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)理念的部署實例之一就是微軟的 Monsoon。Monsoon 是一種網(wǎng)狀架構(gòu)，使用低成本的 L2 設(shè)備。其可通過修改在控制層執(zhí)行的源路由以及執(zhí)行數(shù)據(jù)層上的多路徑路由來實現(xiàn)可擴(kuò)展性。這種模型采用斯坦福大學(xué)開發(fā)的 Valiant Load Balancing 技術(shù)，能夠跨越廣域主干網(wǎng)建立邏輯型全網(wǎng)狀拓?fù)?，使用不超過 2 個跳轉(zhuǎn)就能把數(shù)據(jù)從源頭路由至目的地。通過采用簡單的負(fù)載均衡技術(shù)，其可將負(fù)載分布到整個網(wǎng)絡(luò)上，從而獲得任意網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞闹С帧?/p>

在另一個例子中，亞馬遜的彈性計算云 (Elastic Compute Cloud) 及其固有的彈性負(fù)載均衡技術(shù)都能夠自動將傳輸進(jìn)入的流量分配到多個亞馬遜 EC2 實例的邏輯層次 (logical appearance) 上。傳輸進(jìn)入的流量可被分配到位于單個或多個可用域上的多個 EC2 實例中。Elastic Compute Cloud 進(jìn)程可根據(jù)所進(jìn)入應(yīng)用流量的多少自動擴(kuò)展，并可檢測“非健康”的負(fù)載均衡實例，一旦檢測到，EC2 將不再把流量路由到這些實例，而是將流量重新分配到那些工作正常的實例。

最近的范例就是斯坦福大學(xué)的 OpenFlow 項目。該項目的設(shè)計目的是為商用以太網(wǎng)交換機(jī)、路由器和無線接入點增加一個功能集。OpenFlow 是一種可提供標(biāo)準(zhǔn)化“API”的開放式標(biāo)準(zhǔn)，便于研究人員在無需要求廠商暴露其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的專有技術(shù)的情況下在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行實驗。它是一種非常出色的協(xié)議，體現(xiàn)在其充分利用并繼承了原有技術(shù)的優(yōu)點。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)和高級路由決策一般發(fā)生在同一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，而采用 OpenFlow，這些功能將被分開。雖然路由決策被轉(zhuǎn)移到單獨(dú)的服務(wù)器上，但數(shù)據(jù)路徑仍然保留在交換機(jī)上。這樣做可實現(xiàn)分布式的“任務(wù)量劃分”并改善數(shù)據(jù)處理效率。

新一代數(shù)據(jù)中心的未來

那么，這一切對于數(shù)據(jù)中心的演進(jìn)以及可從新一代數(shù)據(jù)中心的發(fā)展中受益的人來說，意義何在呢？

首先必須認(rèn)識到：環(huán)境在三方面的演進(jìn)發(fā)展是對不斷變化的市場需求的響應(yīng)。計算基板的演進(jìn)包括服務(wù)器的虛擬化和移動虛擬機(jī)的推出，發(fā)生在第一個階段且大致已經(jīng)完成。下一步是存儲資源的全局化和虛擬化，即 SAN 和 NAS 的功能性融合。最后一個階段仍然在進(jìn)行當(dāng)中，是網(wǎng)絡(luò)基板的演進(jìn)，也是另外 2 個階段所依靠的關(guān)鍵。

隨著網(wǎng)絡(luò)從多網(wǎng)絡(luò)的層級模型向集成度更高的、單層單網(wǎng)絡(luò)模型演進(jìn)，我們將看到由數(shù)據(jù)中心資源集中化的持續(xù)性優(yōu)勢所帶來的運(yùn)營成本和能耗成本的下降。同時，我們將更加依賴包括以太網(wǎng)光纖通道 (FCoE) 和傳統(tǒng)高速（千兆位和萬兆位）以太網(wǎng)在內(nèi)的連接技術(shù)，以滿足富媒體內(nèi)容不斷增長的需求。

最終，隨著這種模型落地生根，并成為數(shù)據(jù)中心資源連接的標(biāo)準(zhǔn)，我們將看到一系列優(yōu)勢的顯現(xiàn)。這些優(yōu)勢包括：

●能夠無縫、有效地部署和管理基于云的服務(wù)和應(yīng)用

●通過將以太網(wǎng)作為主要的存儲訪問方式所產(chǎn)生的規(guī)模經(jīng)濟(jì)

●由于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營效率的提升，以及網(wǎng)絡(luò)和存儲資源間時延的降低，網(wǎng)絡(luò)性能將得到大幅度提升

●可支持基于 Web 的服務(wù)、面向服務(wù)的架構(gòu)模型和 Web 2.0 應(yīng)用環(huán)境

●在今后幾年中擴(kuò)大對移動性的支持，實現(xiàn)針對大部分內(nèi)容的最終目標(biāo)的支持

●能效的提升不但可以降低成本，而且更為環(huán)保。

新一代數(shù)據(jù)中心既不是一種選項，也不是停留在紙面的理論，而是一種現(xiàn)實。它業(yè)已面世且正在不斷發(fā)展。