新豐江發(fā)電公司局域網(wǎng)改造設(shè)計思路

林生洪

摘 要：傳統(tǒng)的IT架構(gòu)始終有一個80/20困境，即80%的精力成本在建設(shè)和維護，20%的精力成本在使用和優(yōu)化。長久以來企業(yè)把IT建設(shè)的精力過多的放在IT基礎(chǔ)設(shè)施本身，而不是IT所能提供的根本價值（即企業(yè)的應(yīng)用和服務(wù)）。換句話說，IT實際上應(yīng)當(dāng)是一種工具和資源，就如同水、電、能源等等這些企業(yè)生產(chǎn)所需的工具和資源一樣，但企業(yè)使用的水、電從來不過多介入到取水、發(fā)電這些具體工作中去，而企業(yè)使用的IT資源正相反，形成建設(shè)和使用的倒掛。

關(guān)鍵詞：新一代數(shù)據(jù)中心；局域網(wǎng)建設(shè)

中圖分類號：TP73+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）33-0008-02

1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的問題

業(yè)界從互聯(lián)網(wǎng)云計算的概念得到啟發(fā)，開辟了嶄新的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)模式，以解決長期困擾的業(yè)務(wù)發(fā)展與基礎(chǔ)資源的矛盾和瓶頸問題。即如果能夠把IT的資源當(dāng)成用水用電一樣、并且以一種可量化其“質(zhì)”和“量”的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的方式交付給資源的使用者，就能從根本上解決問題。這種使用IT資源的方式最早形成在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的交付過程中，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的使用者往往不關(guān)心IT資源的具體存在形態(tài)（象云一樣無時不在、無所不在），而只需要對互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的賬號賦予可度量的成本，即可按該賬號所賦予的使用量、使用規(guī)則和質(zhì)量來使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。對于這種IT服務(wù)的使用方式，我們就可以把更多的精力放在如何使用好它們，而不必浪費精力于IT資源本身。這就是最原本的云計算含意。云計算的重大意義在于解決了傳統(tǒng)IT中的建設(shè)和使用倒掛的80/20困境。

實際上云計算概念的引入，已經(jīng)重新定義了傳統(tǒng)專網(wǎng)中獲取資源的模式，即使沒有互聯(lián)網(wǎng)的資源規(guī)模效應(yīng)前提，也可以從根本上扭轉(zhuǎn)剛才提及的80/20資源應(yīng)用的矛盾。我們先研究傳統(tǒng)IT架構(gòu)是怎么導(dǎo)致80%精力耗費在資源的建設(shè)和維護的。具體而言存在如下問題：

①維護管理難，靈活性差：在傳統(tǒng)構(gòu)架中業(yè)務(wù)與底層資源的關(guān)系是呈豎井方式（Silo），網(wǎng)絡(luò)中進行業(yè)務(wù)擴容、遷移或增加新的服務(wù)功能越來越困難，每一次變更都將牽涉相互關(guān)聯(lián)的、不同時期按不同初衷建設(shè)的多種物理設(shè)施，涉及多個不同領(lǐng)域、不同服務(wù)方向，工作繁瑣、維護困難，而且容易出現(xiàn)漏洞和差錯。

②資源利用率低：傳統(tǒng)架構(gòu)豎井方式對底層資源的投入與在上層業(yè)務(wù)所收到的效果很難得到同比發(fā)展，最普遍的現(xiàn)象就是忙的設(shè)備不堪重負(fù)，閑的設(shè)備資源儲備過多，二者相互之間又無法借用和共用。

③服務(wù)策略不一致：傳統(tǒng)豎井架構(gòu)最嚴(yán)重的問題是這種以孤立的設(shè)備功能為中心的設(shè)計思路無法真正從整個系統(tǒng)角度制訂統(tǒng)一的服務(wù)策略。

2 面向云計算的新一代數(shù)據(jù)中心局域網(wǎng)架構(gòu)

新一代數(shù)據(jù)中心局域網(wǎng)的目標(biāo)是構(gòu)建一個可持續(xù)發(fā)展的、新一代的面向云計算的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。將數(shù)據(jù)中心的IT資源池化，通過智能的業(yè)務(wù)調(diào)度機制、以可計量的方式按需、 保質(zhì)的取用資源，滿足業(yè)務(wù)需求的同時屏蔽底層的復(fù)雜性，使用戶可以把更多精力投入到IT資源的優(yōu)化應(yīng)用上去。如圖1所示。

IT應(yīng)用、服務(wù)器計算、I/O網(wǎng)絡(luò)、存儲等資源的虛擬和池化、按需調(diào)用IT資源，實際上就是云計算的“架構(gòu)即服務(wù)”（IaaS）模式。這種架構(gòu)下的數(shù)據(jù)中心相比之前的豎井化的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心有如下明顯優(yōu)勢：

①隨需而動的業(yè)務(wù)靈活性：上層業(yè)務(wù)的變更作用于物理設(shè)施的復(fù)雜度降低，能夠最低限度的減少物理資源的直接調(diào)度，使維護管理的難度和成本大大降低。方便隨業(yè)務(wù)的調(diào)整和變遷而靈活供給所需資源，而基礎(chǔ)架構(gòu)保持穩(wěn)定不變。

②高效資源優(yōu)化復(fù)用：使得物理資源可以按需調(diào)度，物理資源得以最大限度的重用，減少建設(shè)成本，提高使用效率。一方面總硬件資源占用量降低了，另一方面每個業(yè)務(wù)得到的服務(wù)反而更有充分的資源保證了。

③全局策略一致性：統(tǒng)一的智能化調(diào)度屏蔽了具體設(shè)備個體的策略復(fù)雜性，能夠最大程度的在設(shè)備層面以上建立統(tǒng)一、一致的服務(wù)體驗。根據(jù)上層業(yè)務(wù)對服務(wù)要求的不同，可定義調(diào)用的條件和方式，從而方便的對不同業(yè)務(wù)提供相適應(yīng)的策略和合規(guī)性約束，這樣整個IT將可以達(dá)到理想的服務(wù)規(guī)則和策略的一致性。

3 新豐江發(fā)電公司局域網(wǎng)改造設(shè)計思路

新豐江發(fā)電公司的信息化建設(shè)已比較成熟，經(jīng)過多年的經(jīng)營完善已取得了一些成果，有效的推動了公司的信息化辦公的發(fā)展。 由于當(dāng)時的條件所限，新豐江局域網(wǎng)在建設(shè)初期，物理架構(gòu)上采用單核心、單鏈路設(shè)計，隨著接入終端的增多，接入層使用級聯(lián)方式得到了快速擴充。在邏輯架構(gòu)上，業(yè)務(wù)流量沒有得到合理的梳理，比如互聯(lián)網(wǎng)出口及粵電網(wǎng)接入在物理上可以形成了互備條件，但實際的路由配置卻未能實現(xiàn)?；A(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖2所示。

如上圖所示，新豐江的局域網(wǎng)在可靠性、健壯性、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的高效性有很大的是升空間，以確保業(yè)務(wù)的永續(xù)性。為了充分滿足當(dāng)前和未來的業(yè)務(wù)需求，有必要對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)進行合理規(guī)劃與升級，以此更好的滿足日益擴大的業(yè)務(wù)需求，更好的發(fā)揮發(fā)電公司在當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟中的重要作用。局域網(wǎng)改造應(yīng)滿足以下要求。

3.1 采用新一代的云計算標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)局域網(wǎng)

使用成熟的、商用化的云計算技術(shù)改造現(xiàn)有局域網(wǎng)，建立一套穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的云計算數(shù)據(jù)中心局域網(wǎng)架構(gòu)，并在此架構(gòu)上規(guī)劃未來5年的業(yè)務(wù)部署，以滿足業(yè)務(wù)長期持續(xù)的擴展能力，在運營和使用中收獲長期效益。

3.2 構(gòu)建面向云服務(wù)的高可靠性

整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須有很高的安全性、可靠性和一定程度的冗余。

3.3 網(wǎng)絡(luò)的預(yù)見性和架構(gòu)通用性

隨著未來用戶應(yīng)用規(guī)模的不斷擴大，設(shè)計必須具備一定的預(yù)見性和架構(gòu)通用性，對于可預(yù)見的發(fā)展趨勢，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須從當(dāng)前設(shè)計中給予充分考慮，并提供無須進行大的架構(gòu)改變而能適應(yīng)未來5年網(wǎng)絡(luò)升級的穩(wěn)定、通用的架構(gòu)，最大限度保護投資，獲得總擁有成本優(yōu)勢。

4 新豐江局域網(wǎng)改造設(shè)計模型

新豐江發(fā)電公司數(shù)據(jù)中心局域網(wǎng)絡(luò)將采用層次化、模塊化的設(shè)計、并采用了網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)、以太網(wǎng)鏈路捆綁技術(shù)，極大的增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性、健壯性、及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的高效性。如圖3所示。

4.1 采用偏橫向的層次化、模塊化結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

①節(jié)約成本：局域網(wǎng)意味著巨大的業(yè)務(wù)投資，正確設(shè)計的局域網(wǎng)可以提高業(yè)務(wù)效率和降低運營成本。

②便于擴展：一個模塊化的或者層次化的網(wǎng)絡(luò)由很多更加便于復(fù)制、改造和擴展的模塊所構(gòu)成，在添加或者移除一個模塊時，并不需要重新設(shè)計整個網(wǎng)絡(luò)。每個模塊可以在不影響其他模塊或者網(wǎng)絡(luò)核心的情況下投入使用或者停止使用。

③加強故障隔離能力：通過將網(wǎng)絡(luò)分為多個可管理的小型組件，企業(yè)可以大幅度簡化故障定位和排障處理時效。

④符合運維管理的基本準(zhǔn)則：在運維管理中，對不同的變更有嚴(yán)格的系統(tǒng)影響評估，給予不同的變更流程。比如對核心系統(tǒng)的任何配置變更應(yīng)經(jīng)過多級嚴(yán)格審查、制定嚴(yán)格回退預(yù)案、經(jīng)過專家和專門廠商技術(shù)人員的審批、并應(yīng)在非生產(chǎn)時間完成，而對邊緣設(shè)備的變更則由于其影響較小，則會用比較簡易的流程完成。如果沒有層次劃分，那么任何變更都將被看出對核心系統(tǒng)有直接影響的行為，企業(yè)IT維護管理的靈活性和可用性將大為降低。

4.2 構(gòu)建沒有生成樹協(xié)議的無環(huán)二層網(wǎng)絡(luò)

在解決二層環(huán)路的問題上，傳統(tǒng)的方案是運行STP協(xié)議，它邏輯上阻塞一個端口來達(dá)到無環(huán)的效果，但是這樣卻犧牲一條鏈路的帶寬，而且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變時，STP會重算，即使是快速生成樹協(xié)議收斂時間也要5 S以上，這對于可靠性強的網(wǎng)絡(luò)來說是無法忍受的。

HSRP和VRRP是最常用的FHRP，但它們只允許VLAN上的主機一次僅與一個交換機通信，因此連接核心層的冗余鏈路不傳輸任何流量。

GLBP是較為新型的協(xié)議，支持一定程度的負(fù)載均衡，將輸出流量分?jǐn)偟絻蓚€核心層路由器。但返回的流量一般在流量中占主要部分，它們可能并不進行負(fù)載均衡，因此它還是不足以滿足大多數(shù)系統(tǒng)的需求。

4.2.1 傳統(tǒng)STP網(wǎng)絡(luò)缺陷

傳統(tǒng)STP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

在新豐江的局域網(wǎng)改造設(shè)計中，我們把核心設(shè)備虛擬成邏輯上的單臺設(shè)備，并通過堆疊或其它虛擬化技術(shù)把匯聚也邏輯虛擬成單臺設(shè)備，這樣做除了解決毫秒級的冗余互備外，同時解決了環(huán)路的問題外，另外還有兩個好處：

①首先接入層設(shè)備兩鏈路上聯(lián)匯聚，所以兩條鏈路都走業(yè)務(wù)流量；②其次從匯聚到核心，從接入到匯聚，可以采用以太網(wǎng)聚合技術(shù)把兩條或多條物理鏈路捆綁起來，在增加帶寬的同時也增強了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

4.2.2 新的二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

新的二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖5所示。

新的設(shè)計中，對核心層/匯聚層和接入層交換機來說，看似只有單一鏈路。從接入層到核心層的兩條上行鏈路作為一個以太網(wǎng)鏈路捆綁鏈路，為了更好的彈性，上行的鏈路在兩臺匯聚交換機上實現(xiàn)鏈路捆綁。因為匯聚層到每個接入層交換機只有單一邏輯鏈路，進而形成了邏輯上的星形拓?fù)洌圆粫俪霈F(xiàn)回環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

4.2.3 優(yōu) 勢

①不會有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓滦枰猄TP重收斂，因此恢復(fù)速度加快。②不會出現(xiàn)上行鏈路阻塞的情況。③從接入層交換機到核心層/匯聚層的兩條鏈路通過以太通道進行負(fù)載均衡，因此輸入和輸出數(shù)據(jù)由鏈路共同傳輸，提高了鏈路利用效率。④對接入層的每個VLAN來說，核心層/匯聚層僅有一個邏輯接口。因此就不必運行第一跳冗余協(xié)議，從而簡化配置。⑤通過“NIC聚合”（802.3ad端口通道）提供高可用性和負(fù)載均衡。

5 結(jié) 語

新豐江發(fā)電公司局域網(wǎng)采用云計算架構(gòu)的建設(shè)思路，構(gòu)建的數(shù)據(jù)中心局域網(wǎng)就有希望走出80/20的模式，從IT資源建設(shè)上節(jié)省下的時間、精力和成本可以轉(zhuǎn)換為對IT資源更好的利用，從而更加有效的推動企業(yè)的生產(chǎn)力發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魏飛.淺談網(wǎng)絡(luò)工程系統(tǒng)中的設(shè)計思路[A].ICT助力兩型社會建設(shè)學(xué) 術(shù)研討會論文集[C]，2008.