云計(jì)算背景下數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

李雨泰，王 洋，陳紫兒，柳瑞春，來風(fēng)剛

(國家電網(wǎng)有限公司信息通信分公司，北京 100000)

0 引言

互聯(lián)網(wǎng)在社會中的普及，給眾多用戶提供了專業(yè)的數(shù)據(jù)服務(wù)。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)在云計(jì)算環(huán)境下可以得到有效革新，通過數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)接入設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)中心的核心匯聚設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營管理設(shè)計(jì)，展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心服務(wù)優(yōu)越性。

1 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.1 擴(kuò)展性原則

數(shù)據(jù)中心是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)存儲的關(guān)鍵。在數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要遵從擴(kuò)展性原則。擴(kuò)展性是現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展對數(shù)據(jù)中心建設(shè)所提出的重要要求，通過良好的拓展設(shè)計(jì)，可以提高數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的整體升級能力。當(dāng)數(shù)據(jù)信息技術(shù)有了新的創(chuàng)新發(fā)展時(shí)，無須重新搭建網(wǎng)絡(luò)中心的架構(gòu)，只需要在原有基礎(chǔ)上，通過可擴(kuò)展的設(shè)備端口等，就可以實(shí)現(xiàn)對新技術(shù)的有效兼容，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級拓展目標(biāo)[1]。在數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)展性原則落實(shí)中，需要彌補(bǔ)原有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在數(shù)據(jù)存儲容量和數(shù)據(jù)交換速度等方面的不足。這就需要在架構(gòu)設(shè)計(jì)中，全面考慮未來的數(shù)據(jù)中心使用需求，在設(shè)計(jì)方案中通過模塊和層次來預(yù)留出可擴(kuò)展的空間，為后續(xù)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供積極的助力。

1.2 可控性原則

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)的初衷是服務(wù)于各種信息數(shù)據(jù)的高效處理工作。數(shù)據(jù)中心需要在人們的需求方式中實(shí)現(xiàn)各類執(zhí)行目標(biāo)，這就需要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具備良好的可控性，提高數(shù)據(jù)中心的管理能力。在數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行中，需要完成大量數(shù)據(jù)處理工作，任何環(huán)節(jié)都要保證在高度可控下準(zhǔn)確有效地完成。這就要求在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中通過先進(jìn)的信息技術(shù)手段以及數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行監(jiān)控和保障等措施，使數(shù)據(jù)中心管理者可以根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)的管控，避免數(shù)據(jù)在處理環(huán)節(jié)出現(xiàn)無序狀態(tài)，給數(shù)據(jù)中心的整體服務(wù)帶來不利影響[2]。在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，需要對硬件和軟件都采取有效的可控設(shè)計(jì)，在云計(jì)算技術(shù)支撐下，將各種數(shù)據(jù)模塊和程序執(zhí)行層等統(tǒng)一集中管理，這也是數(shù)據(jù)中心完善和優(yōu)化的必然要求。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)化原則

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的長遠(yuǎn)發(fā)展需要遵守標(biāo)準(zhǔn)化原則。標(biāo)準(zhǔn)化原則可以更好地指導(dǎo)和約束數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)過程。數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)需要遵守國家制定的相關(guān)信息技術(shù)準(zhǔn)則，通過在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)，能夠更好地提高數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行能力，保證各種數(shù)據(jù)的有效對接和兼容。在數(shù)據(jù)中心的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等相關(guān)的參數(shù)，可以在數(shù)據(jù)中心使用過程中，將不同生產(chǎn)商所開發(fā)的軟件和硬件等納入到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)當(dāng)中，也可以通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)來為更多的對象進(jìn)行數(shù)據(jù)服務(wù)[3]。標(biāo)準(zhǔn)化原則并不是限制數(shù)據(jù)中心的個(gè)性化服務(wù)發(fā)展，而是在國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，為數(shù)據(jù)中心用戶提供設(shè)計(jì)和修改的功能，這樣能夠更好地發(fā)揮數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢。

2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法

2.1 數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)接入設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)層是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)內(nèi)容。業(yè)務(wù)層需要執(zhí)行各種數(shù)據(jù)接入數(shù)據(jù)中心的任務(wù)。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中需要對業(yè)務(wù)接入過程進(jìn)行有效的判斷，如數(shù)據(jù)是否安全、數(shù)據(jù)接入是否穩(wěn)定等，這些都需要依托于對網(wǎng)絡(luò)層的有效控制[4]。在云計(jì)算背景下，數(shù)據(jù)處理量非常大，這就需要數(shù)據(jù)中心面對更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)交互過程。通過業(yè)務(wù)接入設(shè)計(jì)中的安全構(gòu)建，不僅可以為數(shù)據(jù)交互提供穩(wěn)定的模塊基礎(chǔ)，也能夠提供重要的安全策略，對接入數(shù)據(jù)中心的各個(gè)數(shù)據(jù)端口進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。目前數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，主要通過防火墻來保證數(shù)據(jù)接入的安全性。

2.2 數(shù)據(jù)中心的核心匯聚設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的核心匯聚層，主要是連接外部的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如路由器等。在數(shù)據(jù)核心層的設(shè)計(jì)中，需要考慮到數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的質(zhì)量，因此需要通過穩(wěn)定性設(shè)計(jì)來發(fā)揮數(shù)據(jù)中心功能。在數(shù)據(jù)中心的核心匯聚層中，可以利用大容量的交換機(jī)來輔助網(wǎng)絡(luò)信號的接收。一般在與路由器等外部設(shè)備相關(guān)聯(lián)時(shí)，就需要實(shí)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)的統(tǒng)一[5]。這樣可以保證連接線路在執(zhí)行數(shù)據(jù)中心的各種運(yùn)行指令時(shí)的速度等性能一致，實(shí)現(xiàn)二者捆綁的邏輯程序功能目標(biāo)。

2.3 數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)計(jì)

互聯(lián)網(wǎng)接入層是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要基礎(chǔ)層，只有通過網(wǎng)絡(luò)接入層，才能夠確保數(shù)據(jù)中心與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互?；ヂ?lián)網(wǎng)接入設(shè)計(jì)中，需要對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等進(jìn)行分析和掌握，保證數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)接口與互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境能夠在滿足相關(guān)數(shù)據(jù)協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)服務(wù)?；ヂ?lián)網(wǎng)接入層中，需要對端口的IP地址進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證IP地址具備合法性和可識別性。在互聯(lián)網(wǎng)接入層設(shè)計(jì)中，還要重視數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省τ跀?shù)據(jù)中心而言，需要具有良好的網(wǎng)絡(luò)交互能力，就必須在互聯(lián)網(wǎng)接入時(shí)做好高效的基礎(chǔ)保障。數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)網(wǎng)接入過程中，可以應(yīng)用高效路由轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余接入目的[6-7]。在互聯(lián)網(wǎng)的接入設(shè)計(jì)中，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心的云計(jì)算能力，在互聯(lián)網(wǎng)接入層的每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上，應(yīng)用有效的程序設(shè)計(jì)和高端配置來保證其有足夠的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理負(fù)載性能。在設(shè)計(jì)中對于數(shù)據(jù)中心同時(shí)需要處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的情況，也要加以考慮，針對這些情況可以將互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)成并行方式，即數(shù)據(jù)壓力較大時(shí)可以采用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)共同處理某個(gè)數(shù)據(jù)，以此來保證數(shù)據(jù)處理速度和能力。

3 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在云計(jì)算支持下的發(fā)展

3.1 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)虛擬化發(fā)展

數(shù)據(jù)中心在提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)過程中，可以依據(jù)云計(jì)算技術(shù)，對服務(wù)器等進(jìn)行虛擬化構(gòu)建。傳統(tǒng)的物理服務(wù)器，在對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)支持時(shí)，一般只能夠滿足一項(xiàng)數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)要求，在數(shù)據(jù)中心大規(guī)模的處理活動(dòng)中，單臺服務(wù)器很難滿足需求，很多數(shù)據(jù)中心都搭載了多臺服務(wù)器，這就從成本等方面增加了用戶的壓力。云計(jì)算具有較好的數(shù)據(jù)應(yīng)用優(yōu)勢，在云服務(wù)基礎(chǔ)上可以建立虛擬服務(wù)器，即僅通過一臺物理服務(wù)器，可以根據(jù)數(shù)據(jù)處理需求衍生出多臺虛擬服務(wù)器。虛擬服務(wù)器是通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建的，只需要虛擬網(wǎng)絡(luò)空間就可以執(zhí)行物理服務(wù)器功能的模塊。通過虛擬服務(wù)器，能夠極大地提升服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理能力和效率。這種虛擬服務(wù)器也無須更多的成本投入，只需要在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，在網(wǎng)絡(luò)接入層進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，增加模塊功能即可實(shí)現(xiàn)。

3.2 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)多用戶支持

云計(jì)算技術(shù)可以對大量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行自由的復(fù)制和遷移，為數(shù)據(jù)中心的多用戶支持提供了重要條件。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心往往僅能夠?yàn)槟硞€(gè)獨(dú)立的用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這就限制了數(shù)據(jù)中心的服務(wù)范圍。在云計(jì)算基礎(chǔ)上，通過加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)配置的數(shù)據(jù)聯(lián)通性能，利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)設(shè)計(jì)在不同用戶的硬件和軟件設(shè)備之間構(gòu)建聯(lián)系，使數(shù)據(jù)中心可以同時(shí)帶動(dòng)多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)處理請求，實(shí)現(xiàn)多用戶服務(wù)支持。

4 結(jié)語

云計(jì)算背景下的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，是對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)能力的一種改進(jìn)和增強(qiáng)，通過科學(xué)的設(shè)計(jì)方式和有效的設(shè)計(jì)原則，能夠在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)功能方面得到極大的完善，不僅可以為數(shù)據(jù)中心高效、安全、穩(wěn)定地處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)奠定基礎(chǔ)，也可以更好地發(fā)揮云計(jì)算的優(yōu)勢，為推進(jìn)數(shù)據(jù)中心發(fā)展提供重要的驅(qū)動(dòng)力。