新型財務數據中心網絡研究

張志剛

（軍事經濟學院，武漢 430035）

新型財務數據中心網絡研究

張志剛

（軍事經濟學院，武漢 430035）

針對不同需求而提出的新型數據中心網絡結構數量繁多，互聯規則、路由算法也多種多樣，本文系統研究了財務數據中心的可擴展網絡結構，提出了對應數據中心模塊內以及模塊間的互聯結構，為實現財務數據中心內服務器之間的高帶寬連接、網絡結構可擴展及高可靠性、服務部署的敏捷性提供了多種技術參考和解決方法。

財務；數據中心；網絡

云計算、物聯網、大數據等新型計算和應用推動了現代數據中心的快速發展，并使其成為國家和IT企業的核心信息基礎設施。現代數據中心的內部流量已從傳統的“南北流量”為主演變為“東西流量”為主，導致數據中心的網絡性能成為瓶頸，這就要求我們研究典型數據中心拓撲結構的拓撲特性及設計理念發展規律，整合當前的設計方案。

1　新型數據中心新理論和技術要求

首先是對擴展方式的要求。傳統數據中心的規模擴展主要依賴增加交換機端口數量或提高端口速度的縱向擴展方式，但這種擴展模式已不能滿足云計算對數據中心的規模擴展要求。因此，迫切需要對數據中心的規模擴展方式進行改進，探索各種橫向擴展模式。其次，對網絡拓撲性能的要求。作為承載海量服務和應用的基礎設施，數據中心力圖滿足大量用戶對于計算、存儲等多種資源的網絡化訪問需求。網絡帶寬一直是大型數據中心的稀缺資源，直接影響數據中心應用的整體性能。再次，對容錯能力的要求。在大型數據中心中，硬件或軟件故障變得常態化，數據中心必須在各類故障時保證數據的安全，并能在極短時間內消除故障帶來的損害，為客戶提供正常可靠的服務。最后，對節約成本和能耗的要求。現代數據中心開始逐步使用通用設備來代替專用設備，從而降低硬件成本并取得良好的性價比。

2　數據中心新型網絡結構的分類方法

傳統云數據中心網絡普遍采用樹型拓撲方案進行服務器互聯，但實踐證明這種拓撲方案已經不能很好地適應當前云計算數據中心的業務需求。根據構建規則和互聯技術的不同，當前的新型云數據中心網絡拓撲可分為4類：以交換機為核心的云數據中心網絡架構，以服務器為核心的數據中心網絡架構，隨機型數據中心的網絡拓撲結構和線數據中心的網絡拓撲結構。

前三類數據中心網絡涉及到大規模有線鏈路的正確布設和接入，由此帶來巨大的人力建設和維護成本。同時有線傳輸中帶寬仍然是制約數據中心網絡性能的重要因素。極高頻（60 GHz）無線通信技術和激光通信技術能提供高數據傳輸速率，其運用于數據中心可大大降低布線成本，并能極大提高網絡效能，以此構造無線數據中心網絡。若采用無線通信技術，則將天然地解決布線成本問題，同時增強網絡結構靈活性。當前提出的Cayley和3D Beamforming無線數據中心結構均采用60 GHz無線通信技術。

3　常量度數數據中心網絡HCN

數據中心網絡設計的一項基本目標是實現大量低配置硬件服務器之間的高效連接。在擴展時節點結構和聯接方式發生巨大變化，在進行結構擴展時可能會給現存服務器的運行帶來消極作用，而且大多存在規則性和對稱性較低等弊端。

我們設計了能夠在有固定數量的網卡端口的低端交換機上成功運行的可擴展無損網絡拓撲結構，而不需要用高端昂貴的交換機。重點研究了如何構建一個無損可擴展的數據中心網絡結構，該結構除了兩個網卡端口之外不需要其他昂貴的高端轉換器或服務器硬件。在此基礎上又提出新的網絡拓撲結構——HCN，它擁有高度的規則性、可拓展性和對稱性，可用于支持數據中心的模塊化設計。數學分析和綜合仿真模擬結果顯示HCN擁有極佳的拓撲屬性，是可行的數據中心網絡結構。

4　模塊化財務數據中心的網絡拓撲結構

當前的財務業務和軟件應用對數據依賴程度越來越高，屬于自己的數據中心逐漸成為業務升級的必備基礎設施，然而高昂的擴展和升級嚴重制約著財務系統基礎設施的升級。傳統的財務數據中心中，每個機架容納20至40臺服務器，機架頂端配置交換機，以此組成數據中心擴展的基本單元。隨著財務數據中心的進一步發展，模塊化數據中心已經替代機架成為構建大型數據中心的基本單元，模塊化的優點是配置時間短、移動性能好、更高的能源密度、更低冷卻和配置成本，是構建高效、可控、可管、彈性數據中心的解決方案。現實中數據中心規模的擴展往往是漸進式的，并且使用的數據中心模塊往往是異構的。由此帶來的挑戰是如何將異構的數據中心模塊互連，構成新的模塊化數據中心網絡。為此，提出基于完全復合圖的模塊化數據中心網絡設計思想，利用每個異構數據中心模塊內部閑置的服務器端口實現互聯。

5　數據中心網絡的應用

數據中心網絡在工業界得到了廣泛應用，例如Google，微軟等公司紛紛建立了自己的數據中心網絡。其中，Google的數據中心網絡覆蓋了美國的大部分區域，并且延伸到了歐洲，亞洲以及南美洲。總體來講，Google擁有超過30個數據中心，這些數據中心至少分布在15個國家，服務器的總量達到了900 k。在這些數據中心之間，Google利用SDN框架搭建了私有的廣域網絡（WAN）。通過SDN控制器，對整個網絡進行全局控制，并更好地對數據中心間的流進行調度，以最大化鏈路利用率。而對于每一個數據中心，Google利用大量廉價的服務器，采用模塊化的設計方案構建，每一個模塊內，則采用以交換機為中心的建立最實用的層次化結構。因此，Google的數據中心網絡與上述數據中心網絡息息相關。

6　結 語

現有的數據中心網絡互聯多采用樹型結構，數據中心的規模一旦擴大，樹型結構中的高層交換機就必須更換為更昂貴更先進的交換節點，以應對高帶寬和海量存儲的應用需求。即便如此，容錯性和帶寬需求依然得不到保障。新型數據中心網絡作為新技術，需要底層網絡設置等硬件環境的支持。結合現有網絡管理技術，需要通過迭代式開發實現網絡的更新換代，從而更好地發揮新型數據中心網絡的效用。

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.20.018

F232；TP308

A

1673-0194（2015）20-0025-01

2015-08-27