【IT168 資訊】云的基本特征是動態(tài)、彈性、靈活，按需計算，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與技術(shù)雖然也能構(gòu)筑云計算的基礎(chǔ)平臺，但是因此而形成的傳統(tǒng)運(yùn)行架構(gòu)卻無法支撐如此動態(tài)化的IT業(yè)務(wù)要求。它必然要求一種新的IT運(yùn)行模式，將大量的計算資源以動態(tài)、按需的服務(wù)方式供應(yīng)和部署。
一、 云計算的基礎(chǔ)架構(gòu)挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)下，由于多種技術(shù)之間的孤立性(LAN與SAN)，使得數(shù)據(jù)中心服務(wù)器總是提供多個對外IO接口：用于數(shù)據(jù)計算與交互的LAN接口以及數(shù)據(jù)訪問的存儲接口，某些特殊環(huán)境如特定HPC(高性能計算)環(huán)境下的超低時延接口。服務(wù)器的多個IO接口導(dǎo)致了數(shù)據(jù)中心環(huán)境下多個獨(dú)立運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)同時存在，不僅使得數(shù)據(jù)中心布線復(fù)雜，不同的網(wǎng)絡(luò)、接口形體造成的異構(gòu)還直接增加了額外人員的運(yùn)行維護(hù)、培訓(xùn)管理等高昂成本投入，特別是存儲網(wǎng)絡(luò)的低兼容性特點，使得數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)擴(kuò)展往往存在約束。
由于傳統(tǒng)應(yīng)用對IT資源的獨(dú)占性(如單個應(yīng)用獨(dú)占服務(wù)器)，使得數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)密度低，造成有限的物理空間難以滿足業(yè)務(wù)快速發(fā)展要求，而已有的系統(tǒng)則資源利用效率低下。而且，傳統(tǒng)業(yè)務(wù)模式下，由于規(guī)模小，業(yè)務(wù)遵循按需規(guī)劃，企業(yè)應(yīng)用部署過程復(fù)雜、周期漫長，難以滿足靈活的IT運(yùn)行要求。在云計算這種變革性運(yùn)營與服務(wù)模式下，必須能夠解決成本、彈性、按需增長的業(yè)務(wù)要求，并改進(jìn)與優(yōu)化IT運(yùn)行架構(gòu)。因此：
云計算服務(wù)必然要求一種大規(guī)模的IT運(yùn)行方式，在極大程度上降低云計算基礎(chǔ)設(shè)施的單位建設(shè)成本，大幅降低運(yùn)行維護(hù)的單位投入成本。通過網(wǎng)絡(luò)與IO的整合來消除數(shù)據(jù)中心的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)與接口環(huán)境，云計算中心需要優(yōu)化、簡化的布線與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
由于其業(yè)務(wù)集中度、服務(wù)的客戶數(shù)量遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的企業(yè)數(shù)據(jù)中心，導(dǎo)致了高帶寬的業(yè)務(wù)流，如圖1所示的亞馬遜對外公布其2008年提供云計算服務(wù)后，云服務(wù)的帶寬增長速度遠(yuǎn)高于其WEB服務(wù)的帶寬增長。
圖1 亞馬遜的云計算服務(wù)高速帶寬增長需求
總的來說，為滿足云計算的業(yè)務(wù)要求，統(tǒng)一的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)要素必然包括：超高速交換、統(tǒng)一交換、虛擬化交換、透明化交換。
二、 云的統(tǒng)一基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)
1. 云計算的超高速網(wǎng)絡(luò)
以太網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展，10GE技術(shù)當(dāng)前已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心的骨干廣泛應(yīng)用，圖2顯示了2010年的以太網(wǎng)技術(shù)40G/100G標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，表明基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)將快速進(jìn)入超高速時代。
圖2 以太網(wǎng)的帶寬提升
同樣，服務(wù)器IO也由千兆向萬兆快速發(fā)展，隨著IO加速技術(shù)、IO虛擬化技術(shù)的不斷提升以及服務(wù)器多路多核計算能力的提升，當(dāng)前的服務(wù)器IO已經(jīng)具備接近10GE線速的吞吐能力，這種來自網(wǎng)絡(luò)接入層的高性能吞吐必然驅(qū)動云計算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用更高的性能，以滿足能力的匹配(如圖3所示)。
圖3 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的高帶寬發(fā)展
2. 云計算的統(tǒng)一交換網(wǎng)絡(luò)
以太網(wǎng)原本是以簡單、高效為特質(zhì)的常規(guī)技術(shù)，適用于常規(guī)網(wǎng)絡(luò)通信的支撐，依賴于上層協(xié)議解決網(wǎng)絡(luò)擁塞、丟包問題。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷演進(jìn)與提升，無損以太網(wǎng)技術(shù)(Lossless Ethernet)標(biāo)準(zhǔn)族開始確立。
這一標(biāo)準(zhǔn)族稱為數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)DCE或融合增強(qiáng)以太網(wǎng)CEE，包括基于優(yōu)先級的流控(Priority-based flow control PFC; IEEE 802.1Qbb) 、增強(qiáng)傳輸選擇技術(shù)(Enhanced transmission selection ETS; IEEE 802.1Qaz) 、擁塞通告(Congestion notification IEEE 802.1Qau) 、鏈路發(fā)現(xiàn)協(xié)議LLDP (IEEE 802.1AB)的擴(kuò)展數(shù)據(jù)中心橋能力交換協(xié)議(Data Center Bridging Capability Exchange Protocol DCBX)。以當(dāng)前已經(jīng)完全實現(xiàn)的PFC+DCBX組合為例，如圖4所示，在交換機(jī)端口的8個隊列進(jìn)行buffer的分配，形成了網(wǎng)絡(luò)中8個虛擬化通道，數(shù)據(jù)流帶上自身的通道標(biāo)簽(802.1q進(jìn)行標(biāo)識)，buffer大小使得各隊列有不同的數(shù)據(jù)緩存能力，由DCBX協(xié)議交換不同網(wǎng)絡(luò)單元的基本能力信息，以確定數(shù)據(jù)的突發(fā)能力。
圖4 無丟包以太網(wǎng)
一旦出現(xiàn)瞬時擁塞，即某個設(shè)備的隊列緩存消耗較快，超過一定閾值(可設(shè)定為端口隊列的1/2、3/4等比例)，設(shè)備即向數(shù)據(jù)進(jìn)入的方向(上游設(shè)備)發(fā)送反壓信息，上游設(shè)備接收到反壓信息，會根據(jù)反壓信息指示停止發(fā)送或延遲發(fā)送數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲在本地端口buffer，如果本地端口buffer消耗超過閾值，則繼續(xù)向上游反壓，如此一級級反壓，直到網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，從而消除網(wǎng)絡(luò)節(jié)點因擁塞造成的丟包。
無損以太網(wǎng)的特性，可以完全滿足存儲業(yè)務(wù)對于丟包的敏感性，因此，F(xiàn)C存儲數(shù)據(jù)承載在以太網(wǎng)上(FCoE)，基于DCE技術(shù)的支持，新一代以太網(wǎng)技術(shù)完全可以融合數(shù)據(jù)中心的存儲網(wǎng)絡(luò)形成全業(yè)務(wù)的統(tǒng)一交換。在這樣的技術(shù)支撐下，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)合并，使得原本多種異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)合并到一套網(wǎng)絡(luò)，從而也實現(xiàn)了多個網(wǎng)絡(luò)管理合并、簡化成為一個管理視圖(如圖5所示)。
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