CLOS架构——新一代数据中心的网络架构

针对数据中心网络在现阶段发展中所面临的各种问题，国际标准化组织及业界主流厂商纷纷推出各种新技术、新标准，试图在新一代的数据中心架构中占得先机。各种新技术经过多年的相互竞争与自我完善，新一代数据中心网络架构的完整面貌已经逐渐清晰的呈现在我们的面前。
 

总结起来，新一代数据中心网络架构旨在组建一个面向虚拟化、扁平化的大二层云计算数据中心网络，并主要包括五个方面的特点：无阻塞交换、统一交换、虚拟化交换、透明交换、绿色交换。
 

无阻塞交换

由于数据中心内部资源逐渐趋于池化，服务器间需要频繁的进行资源调度和负载分担，数据中心内东西方向数据流量成为主体。为适应这种新的流量模型，新一代数据中心内部必须消除带宽收敛比，实现任意两点间无阻塞数据传输。因此，使用CLOS架构组建高性能无阻塞交换网络成为新一代数据中心基本需求。

10G/40G组建扁平化无阻塞网络

统一交换
 

2009年6月，FCoE国际标准正式通过。经过多年的发展，围绕FCoE而建立的数据中心IP/存储统一交换产业链已经形成，包括服务器、网卡、存储及交换机厂商纷纷推出各自的FCoE产品，并将融合网络看成未来发展的必然趋势。
 

通过FCoE（Fibre Channel over Ethernet），将FC存储数据在以太网上传输，实现了数据中心IP网络与存储网的融合，简化了网络结构，便于管理。同时通过无损以太网（DCB）保证了存储数据传输的高可靠性。在用户网络升级过渡阶段，FCoE可兼容原有FC存储设备、光交换机以及FC管理系统，更大限度保护用户投资，实现网络升级的平滑过渡。

FCoE组建融合网络
 

虚拟化交换
 

新一代数据中心的虚拟化应用可分为存储虚拟化、服务器虚拟化和网络设备虚拟化三部分。
 

其中服务器虚拟化包括了服务器多虚一和一虚多两种模式。对应的网络设备虚拟化，主要体现在三个方面：端口虚拟化感知、网络设备多虚一、网络设备一虚多。
 

端口虚拟化感知：
 

目前主要依靠国际通用标准IEEE 802.1qbg（VEPA）。通过VEPA，可实现对虚拟机的感知能力，使虚拟机间数据交换回归到交换机，实现“硬交换”。
 

网络设备多虚一：
 

如锐捷网络VSU技术，可将多台网络设备虚拟化为一台逻辑设备，从而简化网络拓扑与管理，帮助数据中心实现大二层、扁平化的组网需求，同时大幅提高网络设备的可靠性。
 

网络设备一虚多：
 

主要采用VRF多实例及多实例防火墙技术，可在一台网络设备上独立出多个转发表项及多个虚拟防火墙，并通过不同的转发表项及虚拟防火墙实现各多业务间安全隔离。
 

优点:
a.更大限度提升虚拟机的IO性能
b.减少对服务器CPU资源的占用
c.可管理监控虚拟机流量
d.管理边界清晰

透明交换
 

随着虚拟化技术在数据中心的大量应用，无论是虚拟机漂移，还是Hadoop分布式集群调度系统的应用，都要求在二层网络内进行。因此，新一代数据中心开始大量使用二层网络架构。
 

但是，面对规模迅速扩大的数据中心，使用传统的STP协议组网会存在阻塞端口、数据流向不合理等问题，无法简单有效的组建大型二层网络。为了满足新一代数据中心大二层组网需求，TRILL应运而生。
 

TRILL是由IETF新制定的多链接透明交换协议标准，它将2层配置和灵活性与3层融合和规模有效结合在一起，在大二层不需要复杂配置的情况下，就可实现整网无环路转发。使用TRILL组网，可将整个数据中心网络变成一个交换矩阵，用户只需要在一个二层网络里即可实现整网的互联互通，没有环路，再也不需要部署并维护复杂的三层网络，让整个网络就像是一台二层交换机一样运行。
 

TRILL实现透明交换，整个数据中心网络如同一台交换机
 

绿色交换
 

新一代数据中心网络主要从网络架构和网络设备本身两个层面来实现绿色数据交换：
 

网络架构层面：
 

通过FCoE建立数据中心融合网络，实现IP/存储数据统一交换，大幅减少服务器网卡和布线数量，消除光纤交换机的使用，从而大幅减少设备及散热系统电能消耗。
 

通过新一代40G/100G以太网接口组建2层扁平化网络，进一步减少网络端口数量，降低单位数据流传输能耗。
 

网络设备层面：
 

选择低功耗芯片及其他元器件，从源头降低设备功耗。
 

采用智能电源、智能风扇、节能以太网技术，实现设备功耗智能控制。
 

采用符合数据中心整体风道的散热设计，利用数据中心风道统一散热。 

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