新型財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)研究

張志剛

（軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院，武漢 430035）

新型財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)研究

張志剛

（軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院，武漢 430035）

針對(duì)不同需求而提出的新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)量繁多，互聯(lián)規(guī)則、路由算法也多種多樣，本文系統(tǒng)研究了財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)中心的可擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提出了對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)中心模塊內(nèi)以及模塊間的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)中心內(nèi)服務(wù)器之間的高帶寬連接、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展及高可靠性、服務(wù)部署的敏捷性提供了多種技術(shù)參考和解決方法。

財(cái)務(wù)；數(shù)據(jù)中心；網(wǎng)絡(luò)

云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新型計(jì)算和應(yīng)用推動(dòng)了現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，并使其成為國家和IT企業(yè)的核心信息基礎(chǔ)設(shè)施?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部流量已從傳統(tǒng)的“南北流量”為主演變?yōu)椤皷|西流量”為主，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)性能成為瓶頸，這就要求我們研究典型數(shù)據(jù)中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的拓?fù)涮匦约霸O(shè)計(jì)理念發(fā)展規(guī)律，整合當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案。

1　新型數(shù)據(jù)中心新理論和技術(shù)要求

首先是對(duì)擴(kuò)展方式的要求。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模擴(kuò)展主要依賴增加交換機(jī)端口數(shù)量或提高端口速度的縱向擴(kuò)展方式，但這種擴(kuò)展模式已不能滿足云計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模擴(kuò)展要求。因此，迫切需要對(duì)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模擴(kuò)展方式進(jìn)行改進(jìn)，探索各種橫向擴(kuò)展模式。其次，對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫阅艿囊?。作為承載海量服務(wù)和應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心力圖滿足大量用戶對(duì)于計(jì)算、存儲(chǔ)等多種資源的網(wǎng)絡(luò)化訪問需求。網(wǎng)絡(luò)帶寬一直是大型數(shù)據(jù)中心的稀缺資源，直接影響數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的整體性能。再次，對(duì)容錯(cuò)能力的要求。在大型數(shù)據(jù)中心中，硬件或軟件故障變得常態(tài)化，數(shù)據(jù)中心必須在各類故障時(shí)保證數(shù)據(jù)的安全，并能在極短時(shí)間內(nèi)消除故障帶來的損害，為客戶提供正?？煽康姆?wù)。最后，對(duì)節(jié)約成本和能耗的要求?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)中心開始逐步使用通用設(shè)備來代替專用設(shè)備，從而降低硬件成本并取得良好的性價(jià)比。

2　數(shù)據(jù)中心新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分類方法

傳統(tǒng)云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)普遍采用樹型拓?fù)浞桨高M(jìn)行服務(wù)器互聯(lián)，但實(shí)踐證明這種拓?fù)浞桨敢呀?jīng)不能很好地適應(yīng)當(dāng)前云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)需求。根據(jù)構(gòu)建規(guī)則和互聯(lián)技術(shù)的不同，當(dāng)前的新型云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇煞譃?類：以交換機(jī)為核心的云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以服務(wù)器為核心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，隨機(jī)型數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和線數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

前三類數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)涉及到大規(guī)模有線鏈路的正確布設(shè)和接入，由此帶來巨大的人力建設(shè)和維護(hù)成本。同時(shí)有線傳輸中帶寬仍然是制約數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素。極高頻（60 GHz）無線通信技術(shù)和激光通信技術(shù)能提供高數(shù)據(jù)傳輸速率，其運(yùn)用于數(shù)據(jù)中心可大大降低布線成本，并能極大提高網(wǎng)絡(luò)效能，以此構(gòu)造無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。若采用無線通信技術(shù)，則將天然地解決布線成本問題，同時(shí)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活性。當(dāng)前提出的Cayley和3D Beamforming無線數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)均采用60 GHz無線通信技術(shù)。

3　常量度數(shù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)HCN

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基本目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)大量低配置硬件服務(wù)器之間的高效連接。在擴(kuò)展時(shí)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和聯(lián)接方式發(fā)生巨大變化，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)擴(kuò)展時(shí)可能會(huì)給現(xiàn)存服務(wù)器的運(yùn)行帶來消極作用，而且大多存在規(guī)則性和對(duì)稱性較低等弊端。

我們?cè)O(shè)計(jì)了能夠在有固定數(shù)量的網(wǎng)卡端口的低端交換機(jī)上成功運(yùn)行的可擴(kuò)展無損網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而不需要用高端昂貴的交換機(jī)。重點(diǎn)研究了如何構(gòu)建一個(gè)無損可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)除了兩個(gè)網(wǎng)卡端口之外不需要其他昂貴的高端轉(zhuǎn)換器或服務(wù)器硬件。在此基礎(chǔ)上又提出新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——HCN，它擁有高度的規(guī)則性、可拓展性和對(duì)稱性，可用于支持?jǐn)?shù)據(jù)中心的模塊化設(shè)計(jì)。數(shù)學(xué)分析和綜合仿真模擬結(jié)果顯示HCN擁有極佳的拓?fù)鋵傩?，是可行的?shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

4　模塊化財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

當(dāng)前的財(cái)務(wù)業(yè)務(wù)和軟件應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)依賴程度越來越高，屬于自己的數(shù)據(jù)中心逐漸成為業(yè)務(wù)升級(jí)的必備基礎(chǔ)設(shè)施，然而高昂的擴(kuò)展和升級(jí)嚴(yán)重制約著財(cái)務(wù)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的升級(jí)。傳統(tǒng)的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)中心中，每個(gè)機(jī)架容納20至40臺(tái)服務(wù)器，機(jī)架頂端配置交換機(jī)，以此組成數(shù)據(jù)中心擴(kuò)展的基本單元。隨著財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)中心的進(jìn)一步發(fā)展，模塊化數(shù)據(jù)中心已經(jīng)替代機(jī)架成為構(gòu)建大型數(shù)據(jù)中心的基本單元，模塊化的優(yōu)點(diǎn)是配置時(shí)間短、移動(dòng)性能好、更高的能源密度、更低冷卻和配置成本，是構(gòu)建高效、可控、可管、彈性數(shù)據(jù)中心的解決方案。現(xiàn)實(shí)中數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴(kuò)展往往是漸進(jìn)式的，并且使用的數(shù)據(jù)中心模塊往往是異構(gòu)的。由此帶來的挑戰(zhàn)是如何將異構(gòu)的數(shù)據(jù)中心模塊互連，構(gòu)成新的模塊化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。為此，提出基于完全復(fù)合圖的模塊化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思想，利用每個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)中心模塊內(nèi)部閑置的服務(wù)器端口實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

5　數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用，例如Google，微軟等公司紛紛建立了自己的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。其中，Google的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)覆蓋了美國的大部分區(qū)域，并且延伸到了歐洲，亞洲以及南美洲?？傮w來講，Google擁有超過30個(gè)數(shù)據(jù)中心，這些數(shù)據(jù)中心至少分布在15個(gè)國家，服務(wù)器的總量達(dá)到了900 k。在這些數(shù)據(jù)中心之間，Google利用SDN框架搭建了私有的廣域網(wǎng)絡(luò)（WAN）。通過SDN控制器，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全局控制，并更好地對(duì)數(shù)據(jù)中心間的流進(jìn)行調(diào)度，以最大化鏈路利用率。而對(duì)于每一個(gè)數(shù)據(jù)中心，Google利用大量廉價(jià)的服務(wù)器，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案構(gòu)建，每一個(gè)模塊內(nèi)，則采用以交換機(jī)為中心的建立最實(shí)用的層次化結(jié)構(gòu)。因此，Google的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)與上述數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)息息相關(guān)。

6　結(jié) 語

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)多采用樹型結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模一旦擴(kuò)大，樹型結(jié)構(gòu)中的高層交換機(jī)就必須更換為更昂貴更先進(jìn)的交換節(jié)點(diǎn)，以應(yīng)對(duì)高帶寬和海量存儲(chǔ)的應(yīng)用需求。即便如此，容錯(cuò)性和帶寬需求依然得不到保障。新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)作為新技術(shù)，需要底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等硬件環(huán)境的支持。結(jié)合現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，需要通過迭代式開發(fā)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的更新?lián)Q代，從而更好地發(fā)揮新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的效用。

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.20.018

F232；TP308

A

1673-0194（2015）20-0025-01

2015-08-27