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浅谈数据中心网络结构的发展历程

2017年04月21日     网络

[导读]随着虚拟机、云计算等新技术的发展,数据中心的网络结构也经历了多种多样的变化。本文将探讨数据中心网络结构的发展历程,并重点介绍几种常见的基础网络结构。

  传统数据中心的网络架构

  数据中心计算网络主要由大量的二层接入设备与少量的三层设备组成的网络结构,是传统上标准的三层结构:

  1、接入层,用于连接所有的计算节点,在目前的数据中心中,通常以机柜交换机的形式存在;

  2、汇聚层,用于接入层的互联,并作为该汇聚区域二三层的边界,同时各种防火墙、负载均衡等业务也部署于此;

  3、核心层,用于汇聚层的的互联,并实现整个数据中心与外部网络的三层通信。

  传统的网络模型在很长一段时间内,支撑了各种类型的数据中心,但随着以太网技术的发展以及信息化水平的不断提高,新的应用及数据量急剧增长,数据中心的规模不断膨胀。仅仅使用传统的网络技术越来越无法适应业务发展的需要。

  随着虚拟机、云计算等新技术的发展,数据中心的网络结构也经历了多种多样的变化。过去10年内,数据中心的网络结构已经从传统的三层网络转变为目前比较受欢迎的叶脊拓扑网络。本文将探讨数据中心网络结构的发展历程,并重点介绍几种常见的基础网络结构。

  三层网络结构

  三层网络结构是采用层次化架构的三层网络,有三个层次:核心层(网络的高速交换主干)、汇聚层(提供基于策略的连接)、接入层(将工作站接入网络)。

浅谈数据中心网络结构的发展历程1

  2004~2007年期间,三层网络结构在数据中心十分盛行,其交换层的传输速率在10 Mbps~100 Mbps范围内,存储区域网络的传输速率则为2 Gbps~4 Gbps。铜缆布线是三层网络结构的主要布线方式,其铜缆使用率达到了80%,光缆只占20%。用在三层网络结构中的光缆主要有OM1、OM2、OM3和单模光纤光缆(SMF)。

浅谈数据中心网络结构的发展历程2

  三层网络结构:EoR、MoR

  EoR和MoR网络结构都是以三层网络为基础。在EoR网络结构中,每个机柜组(POD)中的两排机柜的最边端摆放2个网络机柜,机柜组(POD)中所有的服务器机柜安装配线架,配线架上的铜缆延伸到POD最边端网络机柜,网络机柜中安装接入交换机。MoR网络结构是对EoR网络结构的改进。MOR方式的网络机柜部署在POD的两排机柜的中部,由此可以减少从服务器机柜到网络机柜的线缆距离,简化线缆管理维护工作。这两种网络结构的光缆使用情况如下图:

浅谈数据中心网络结构的发展历程3

  2007~2010年,EoR和MoR被认为是取代传统三层网络结构的理想解决方案。与传统三层网络结构相比,EoR和MoR的光纤光缆使用率大大增加了,OM3/OM4多模光纤光缆开始取代传统三层网络结构中OM1/OM2多模光纤光缆的位置。这两种网络结构的交换层传输速率达到了1000 Mbps,而存储区域网络的传输速率则达到了8 Gbps。

浅谈数据中心网络结构的发展历程4

  三层网络结构:ToR

  TOR布线方式是对EOR/MOR方式的扩展,采用TOR布线时,机柜组(POD)中每个服务器机柜的上端部署1-2台两台接入交换机,机架式服务器通过跳线接入到机柜内的交换机上,交换机上行端口通过铜缆或光线接入到EOR/MOR的网络机柜中的汇聚交换上。TOR布线方式简化了服务器机柜与网络机柜间的布线,在数据中心获得广泛应用。

浅谈数据中心网络结构的发展历程5

  ToR网络结构中的光纤使用率达到了60%,OM3/OM4多模光纤光缆成为布线系统的重要组成部分。这种网络结构的交换层传输速率为10 Gbps,存储区域网络的传输速率为16 Gbps。

浅谈数据中心网络结构的发展历程6

  二层网络结构:叶脊拓扑网络

  自2013年以来,数据中心的网络结构发生了翻天覆地的变化,二层网络结构的叶脊拓扑网络以迅雷不及掩耳之势迅速取代三层网络结构成为了现代数据中心的新宠。这种网络结构主要由脊层交换机和叶层交换机两个部分组成,具体如下图:

浅谈数据中心网络结构的发展历程7

  叶脊拓扑网络结构正好迎合和了未来高密度布线的趋势,几乎能适应所有大中小型数据中心。这种网络结构中的光纤光缆覆盖率达到了80%,铜缆布线只在接入层使用,其交换层的传输速率达到了40 Gbps,存储区域网络的传输速率达到了32 Gbps。

浅谈数据中心网络结构的发展历程8

  总结

  数据中心的网络结构是网络设备和资源的物理和逻辑布局,对数据中心的结构具有指导作用。数据中心网络结构的变化体现了数据中心高速率、高密度和光纤普及的主要发展趋势。因此,企业在设计数据中心的网络结构时不仅要满足当前的需求,还要为未来网络升级的需求做打算。

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编辑:Yan

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