面向云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吳俊

摘 要：這些年來(lái)計(jì)算機(jī)行業(yè)快速的發(fā)展，云計(jì)算作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了空前的發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)為整個(gè)計(jì)算機(jī)行業(yè)帶來(lái)了前所未有的變革。本文將闡述一種較低制造成本的交換機(jī)來(lái)建構(gòu)新型的，具備高連通性能的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)方式，以供行業(yè)內(nèi)其他人士進(jìn)行參考。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；數(shù)據(jù)中心；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；網(wǎng)絡(luò)體系

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2013） 04-0000-02

在上個(gè)世紀(jì)九十年代，由服務(wù)器和客戶端組成的計(jì)算模式在互聯(lián)網(wǎng)中被大連的運(yùn)用，在過(guò)去的傳統(tǒng)計(jì)算模式當(dāng)中，數(shù)據(jù)中心的主要作用是用來(lái)存放大量的服務(wù)器設(shè)備并且面向客戶端提供所需的服務(wù)。但是，隨著近些年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速而迅猛的發(fā)展，全球的互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)掀起了建造數(shù)據(jù)中心的浪潮，使得現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)銀行、網(wǎng)絡(luò)證券以及娛樂(lè)新聞資訊等新興的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)內(nèi)容漸漸發(fā)展和普及，特別是近些年來(lái)云計(jì)算技術(shù)的技術(shù)突破和發(fā)展。使得互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)真正進(jìn)入數(shù)據(jù)中心建設(shè)的黃金時(shí)期。

1 云計(jì)算技術(shù)的簡(jiǎn)要分析

在現(xiàn)行的云計(jì)算技術(shù)體系下，英特網(wǎng)面向使用對(duì)象直接提供使用者所需的服務(wù)，從而代替過(guò)去只向客戶端傳輸數(shù)據(jù)和信息的單一方式。數(shù)據(jù)中心是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建構(gòu)云計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施也是最重要的資源之一。隨著現(xiàn)在云計(jì)算技術(shù)所提供的服務(wù)內(nèi)容越來(lái)越多，讀物內(nèi)容趨向復(fù)雜化、精細(xì)化，這就要求數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，采取新的理念以及云計(jì)算的運(yùn)行價(jià)值，特別應(yīng)該注意的是信息傳遞的最基本的部分。即網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及管理機(jī)制，這兩項(xiàng)內(nèi)容必須重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足現(xiàn)在越來(lái)越多樣化的云計(jì)算服務(wù)的傳輸要求。

2 云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是云計(jì)算數(shù)據(jù)中心建設(shè)過(guò)程中重要的環(huán)節(jié)，其過(guò)程必須嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定，并且所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需符合相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)和性能指標(biāo)，下面提出四點(diǎn)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵守的原則。

（1）可擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證結(jié)構(gòu)的可拓展性能。即網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)都具備可拓展性。在數(shù)據(jù)方面，拓展性體現(xiàn)在可以對(duì)已存在的數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)或者在數(shù)據(jù)中心使用過(guò)程中加入新的數(shù)據(jù)，即在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心向客戶端提供服務(wù)時(shí)，可以隨時(shí)的對(duì)數(shù)據(jù)類型進(jìn)行任意的增添和刪除以及修改。在系統(tǒng)方面，拓展性表現(xiàn)在系統(tǒng)可以根據(jù)應(yīng)用的需求，系統(tǒng)可以維護(hù)應(yīng)用程序。在客戶端訪問(wèn)量快速增長(zhǎng)的情況下，在系統(tǒng)方面可拓展性表現(xiàn)為可以快速的將數(shù)據(jù)和應(yīng)用進(jìn)行分流，使得系統(tǒng)服務(wù)器均勻負(fù)荷。

（2）穩(wěn)定性能?，F(xiàn)在的客戶端對(duì)云計(jì)算服務(wù)的數(shù)據(jù)需求量非常的大，云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心需要長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)工作，甚至在超負(fù)荷的條件下工作。這就要求在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中要注重穩(wěn)定性能的設(shè)計(jì)，確保數(shù)據(jù)中心在投入使用之后，可以二十四小時(shí)穩(wěn)定的工作，為客戶端提供相應(yīng)的服務(wù)。穩(wěn)定性是衡量數(shù)據(jù)中心服務(wù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，合理的數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將極大的提高數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定性能。

（3）安全性能。作為信息系統(tǒng)當(dāng)中最重要的指標(biāo)，系統(tǒng)的安全性能不容忽視。云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)鐵西結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中要注重安全性能的設(shè)計(jì)，安全性能的好壞也直接影響到了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，兩者之間實(shí)相輔相成的。良好的網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)件對(duì)于提高整個(gè)數(shù)據(jù)中心的安全性能具有深遠(yuǎn)的意義。

（4）系統(tǒng)的高效性。云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心承擔(dān)著大量的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理任務(wù)。這就需要在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中注重對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，最大程度上提高云計(jì)算系統(tǒng)的處理效率和速度，以便大量的用戶同時(shí)使用該系統(tǒng)。高效的數(shù)據(jù)中心構(gòu)架也可以加強(qiáng)與計(jì)算數(shù)據(jù)中心提供計(jì)算服務(wù)的穩(wěn)定性。

（5）機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)化原則?；谠朴?jì)算的數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)的建設(shè)要遵守?cái)?shù)據(jù)中心機(jī)房系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)局原則，其中包括各種建筑、機(jī)房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，電力電氣保障標(biāo)準(zhǔn)以及計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)持統(tǒng)一規(guī)范的原則，從而為未來(lái)的業(yè)務(wù)發(fā)展，設(shè)備增容奠定基礎(chǔ)。

3 關(guān)于虛擬網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建以及管理機(jī)制的控制

在云計(jì)算技術(shù)的運(yùn)行環(huán)境下，數(shù)據(jù)中心經(jīng)常會(huì)采用在一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行數(shù)個(gè)虛擬機(jī)來(lái)向客戶端提供客戶所需的不同類型服務(wù)，虛擬機(jī)技術(shù)的使用使得數(shù)據(jù)中心的處理和反應(yīng)能力都得到很大的提升。這樣的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使得當(dāng)服務(wù)器的硬件出現(xiàn)問(wèn)題的嘶吼，可以將虛擬機(jī)以及其中的服務(wù)計(jì)算內(nèi)容轉(zhuǎn)移到其他正常工作的服務(wù)器上面。虛擬網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)件將使得原本傳統(tǒng)的硬件網(wǎng)絡(luò)分化成具備不同服務(wù)功能的虛擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在每個(gè)虛擬的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中運(yùn)行屬于不同應(yīng)用和服務(wù)的云計(jì)算虛擬機(jī)。另一方面，云計(jì)算虛擬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件也為云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的多用戶數(shù)據(jù)處理以及云計(jì)算技術(shù)下資源的有效分配提供了一套靈活管理的體系，使得基于云計(jì)算技術(shù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心相互結(jié)合。經(jīng)過(guò)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，這種新型的虛擬網(wǎng)絡(luò)的帶寬分配機(jī)制具備良好的工作能力，可以在網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)量波動(dòng)的情況下迅速地做出調(diào)整，虛擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)件將為我做下一代基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心的建設(shè)提供有力的技術(shù)支持，并且為我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化的穩(wěn)步發(fā)展提供重要的技術(shù)和數(shù)據(jù)。

4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案設(shè)計(jì)中，如何在保證足夠高性能的前提下盡量減少造價(jià)是至關(guān)重要的。本文的目的就是利用低造價(jià)且型號(hào)單一的可編程交換機(jī)及商業(yè)級(jí)服務(wù)器來(lái)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌碌木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓趯?duì)剖帶寬及網(wǎng)絡(luò)聚合吞吐量上要高于傳統(tǒng)樹形分層結(jié)構(gòu)，并能夠?qū)Y源虛擬化技術(shù)應(yīng)用特別是虛擬主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的遷移行為提供更加靈活的支持。從降低成本方面考慮，利用低造價(jià)交換機(jī)及商業(yè)級(jí)服務(wù)器來(lái)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心可以大大減少成本支出。另外，鑒于現(xiàn)在的PC機(jī)和服務(wù)器都具有至少兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口，充分利用這些端口可以大大提高拓?fù)鋬?nèi)節(jié)點(diǎn)的連通性以獲得更大的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。這樣的構(gòu)建方案具有更好的性價(jià)比。本文提出的這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建方式有以下4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）雖然相較于傳統(tǒng)樹形結(jié)構(gòu)使用了更多的交換機(jī)。但是由于無(wú)需在核心層和匯聚層采用造價(jià)昂貴的高端高性能交換機(jī)，因此減少了總體構(gòu)建成本；（2）對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中任意的兩臺(tái)服務(wù)器之間都存在多條等長(zhǎng)度的路徑可供選擇；（3）充分利用了服務(wù)器的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口，提高了網(wǎng)絡(luò)的連通性和吞吐量；（4）在本文提出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中不存在像傳統(tǒng)樹形結(jié)構(gòu)中的單點(diǎn)故障。因此容錯(cuò)性得到了加強(qiáng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

21世紀(jì)是信息爆炸的時(shí)代，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心作為企業(yè)的物理載體，在企業(yè)的運(yùn)行中發(fā)混著越來(lái)越大的作用。如今的計(jì)算機(jī)電子產(chǎn)業(yè)正在從過(guò)去以網(wǎng)絡(luò)為中心的體制向以數(shù)據(jù)為中心的體制轉(zhuǎn)變。以云計(jì)算技術(shù)為核心的新一代數(shù)據(jù)中心將在未來(lái)得到更大的發(fā)展和進(jìn)步。云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為數(shù)據(jù)中心建設(shè)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容，是值得我們繼續(xù)研究和創(chuàng)新的，相信云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究會(huì)為下一代數(shù)據(jù)中心的建立提供寶貴而重要的資源。

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