數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展與趨勢

方 瑞

（中移動信息技術(shù)有限公司，北京 100089）

0 引言

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是最近比較流行的一個詞匯，它和我們傳統(tǒng)的機(jī)房自然是有一定區(qū)別的?，F(xiàn)在全世界都已經(jīng)進(jìn)入了“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代，電子信息技術(shù)的發(fā)展速度可以說越來越快。而傳統(tǒng)的機(jī)房在一定程度上可以說已經(jīng)落伍了，所以它向數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)變，可以說是一種必然。而數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢的確是需要他們研究的一個話題。

1 數(shù)據(jù)中心的發(fā)展現(xiàn)狀

因?yàn)楝F(xiàn)在已經(jīng)是互聯(lián)網(wǎng)時代，而數(shù)據(jù)中心對互聯(lián)網(wǎng)來說又十分重要，所以國家也越來越重視數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。關(guān)于數(shù)據(jù)中心的分布，大家也都比較了解。因?yàn)閿?shù)據(jù)中心畢竟是一種在新時代下的產(chǎn)物，其根本還是建立在我國一些經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的省市區(qū)或者一些沿海地區(qū)。因?yàn)楝F(xiàn)在已經(jīng)有很多企業(yè)都想?yún)⑴c到這個數(shù)據(jù)中心中，所以首先要找到設(shè)計(jì)方。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面的供應(yīng)商大家還比較了解，比如英特爾、思科等。關(guān)于機(jī)房設(shè)備這方面，聯(lián)想、華為、EMC等也都為人們熟知。當(dāng)然，組建的過程不僅這么簡單，真正實(shí)施起來還是需要耗費(fèi)一定的經(jīng)歷。并且，當(dāng)該項(xiàng)目建成后，也不僅是為公司服務(wù)的，還有為用戶準(zhǔn)備的一些服務(wù)[1]。

2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展

2.1 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合分析

就以往情況來看，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用樹型結(jié)構(gòu)的模式，不能滿足云計(jì)算數(shù)據(jù)的需求，提出了一種新的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)方案。目前有兩種新的體系結(jié)構(gòu)方案，一種是基于交換機(jī)的，以脂肪樹、 vl2、 helios、 c-through、 osa 為代表，另一種是基于服務(wù)器的，以 dce11、 bccube、 ficonn、 camcube、 md-cube、 ufix 等為代表，它們的共同特點(diǎn)是層次化，這些程序都是研究的重點(diǎn)[2]。

2.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)無線通信設(shè)備分析

因?yàn)樵谝酝鶖?shù)據(jù)中心中所運(yùn)用的都是靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)銜接的模式，所以在遇到突然出現(xiàn)的高流量的情況的時候，就會對中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的造成一定的損害，無線網(wǎng)絡(luò)可以克服這些問題，而隨著無線通信技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，數(shù)據(jù)中心可以實(shí)現(xiàn)高速傳輸。所以，這幾年以來，相關(guān)研究工作人員反復(fù)嘗試?yán)脽o線網(wǎng)絡(luò)連接來大幅加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的性能?，F(xiàn)在，無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的研究集中在無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和優(yōu)化上[3]。

2.3 針對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議實(shí)施的研究

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)存在諸多的類似的地方，通常都是運(yùn)用tcp來實(shí)現(xiàn)對信息數(shù)據(jù)的傳輸，但是因?yàn)閿?shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)果具有一定的特殊性，在某些情況下，其傳輸效率會迅速下降。雖然數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)鏈接資源比互聯(lián)網(wǎng)更豐富，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于互聯(lián)網(wǎng)，但是如果水平傳播中有問題，不能傳輸?shù)接脩舻哪樕?，這樣必然會導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的資源浪費(fèi)的情況，并且與互聯(lián)網(wǎng)相對比來說整體效率較差。針對各類數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)資源的運(yùn)用，都應(yīng)當(dāng)制定不同的傳輸協(xié)議，在運(yùn)用特殊的個人傳輸協(xié)議的時候，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用多種組的通信方式。通信方式的組播技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)踐運(yùn)用中往往會遇到諸多的問題，所以應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)專門的定價(jià)機(jī)制。通信模式組傳播技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)置中的所存在的問題通常不會發(fā)生在數(shù)據(jù)中心集中控制系統(tǒng)之中，在將上述問題加以高效解決之后，數(shù)據(jù)中心組播部署應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整。目前的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)使用的是低端交換機(jī)，受其硬件設(shè)備的限制，但無法進(jìn)行大量的多播，因此需要進(jìn)行更新[4]。

為了提升傳輸效率，目前業(yè)界將原用于高性能計(jì)算專網(wǎng)中的遠(yuǎn)程直接數(shù)據(jù)存取技術(shù)（RDMA，Remote Direct Memory Access）引入到標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)中，以提升協(xié)議傳輸效率。這種技術(shù)被稱為RoCE（RDMA over Converged Ethernet）[5][6]。RDMA其作用就是借助網(wǎng)絡(luò)將信息數(shù)據(jù)輸入到電子設(shè)備之中，將數(shù)據(jù)從固有系統(tǒng)之中轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)程系統(tǒng)中進(jìn)行存儲，這樣并不會對操作系統(tǒng)造成不良影響。其也可以清除外層存儲其復(fù)制與上下文轉(zhuǎn)換的成本，將電子設(shè)備以及內(nèi)存寬帶加以運(yùn)用進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。RoCE技術(shù)的研究也帶來了一系列以太無損技術(shù)的提出和發(fā)展，通過基于優(yōu)先級的流量控制機(jī)制（PFC，Priority-based Flow Control）[7]、顯示擁塞通知技術(shù)（ECN，Explicit Congestion Notification）等技術(shù)的配合使用，RoCE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了端到端高性能的無損傳輸，進(jìn)一步提升了網(wǎng)絡(luò)性能。

2.4 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機(jī)制研究

由于目前的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)愈發(fā)強(qiáng)大所以也就需要滿足部分用戶的需求。隨著目前而言，新能源得到不斷的開發(fā)，也是有數(shù)據(jù)中心引入的新能源來減少能源的消耗。就如今而言，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心的節(jié)能機(jī)制可以分為兩個研究成果：一是通過降低硬件設(shè)備來減少能源消耗降低能源；二是通過設(shè)計(jì)新的路由機(jī)制來降低網(wǎng)絡(luò)的損耗等。

2.5 對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)的分析研究

由于時代的快速發(fā)展和相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，如今的企業(yè)對待網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面有著越來越多的見解，這也就要求這拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行新一步的改進(jìn)和創(chuàng)新 （1）樹拓?fù)涞囊筝^高。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時，頂級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須滿足樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要求。（2）網(wǎng)絡(luò)存在單點(diǎn)故障問題，容錯性能差。（3）樹型拓?fù)錄]有足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬來支持?jǐn)?shù)據(jù)中心分布式計(jì)算的東西向通信。所以近些年來，有許多的學(xué)者開始對這種拓?fù)溥M(jìn)行探索和研究，并且在此基礎(chǔ)上提出了一個新的數(shù)據(jù)中心。所以總而言之，我們分析了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的方方面面，如數(shù)據(jù)中心增強(qiáng)型以太網(wǎng)分析的研究、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化的研究、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)控制機(jī)制的研究等，這些技術(shù)在應(yīng)時間都得到了部分效果的改進(jìn)。以此來適應(yīng)現(xiàn)代化的需要數(shù)據(jù)中心已經(jīng)能夠在一定程度上為消費(fèi)者帶去便捷，但不得不說，還是存在部分問題，解決這些問題，就是數(shù)據(jù)中心未來的發(fā)展趨勢。

3 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢

通過對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析和目前的發(fā)展研究方向來看，它未來的發(fā)展趨勢可以預(yù)測。首先就是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)延遲的情況，這幾乎是每一位用戶所關(guān)心的問題。而要想能夠有效地解決該問題，就要增加數(shù)據(jù)中心的覆蓋面積。因?yàn)樵谀撤N程度上來說，數(shù)據(jù)中心也同樣要講究效率。如果效率太低，那在一定程度上，必然會導(dǎo)致成本相對較高。所以如何對機(jī)房中的設(shè)備進(jìn)行管理，也是一個大問題。數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理就對解決該問題能夠起到至關(guān)重要的作用。目前隨著航空業(yè)的發(fā)展，有越來越多的人選擇用飛機(jī)出行。機(jī)場的業(yè)務(wù)量首先會大幅提升。與之伴隨的是背后起到支撐作用的信息信息系統(tǒng)的不斷豐富。如果只是采用較為獨(dú)立的業(yè)務(wù)系統(tǒng)恐怕現(xiàn)在已經(jīng)難以應(yīng)付現(xiàn)在的社會趨勢。所以業(yè)務(wù)系統(tǒng)的擴(kuò)大融合也是今后發(fā)展的一個導(dǎo)向。

4 結(jié)束語

總之，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)能夠在一定程度上為消費(fèi)者帶去便捷，但不得不說，還是存在部分問題，解決這些問題，就是數(shù)據(jù)中心未來的發(fā)展趨勢。隨著這些的出現(xiàn)，很容易就能發(fā)現(xiàn)我們面臨的問題。比如許多服務(wù)器資源都在逐步老化，還有如今的計(jì)算資源相對來說比較分散等。但是數(shù)據(jù)中心也已經(jīng)在改變的路上，打破原來的固有思維，希望今后能為我們的生活帶來更多的便捷。