数据中心网络架构重构进行时

网络是数据中心里海量数据的“高速公路”，这些“高速公路”的建设必须要统一规划设计，才能充分发挥网络互联优势。一个拥有先进架构的网络可以节约成本支出，避免频繁发生故障，方便去运维，对于数据中心的发展至关重要。

网络经过这几十年的发展，架构在不断演进变化，去适应数据中心的业务部署发展。不过，在云计算、大数据、虚拟化等这些新技术出现之前，其实网络架构并没有太多改变。以前经典的二三层网络，VRRP+OSPF+STP的协议组合成了每个数据中心通用的架构，四十多年在网络工程师之间传承下来，简单好用，成为网络架构中的经典。这一切随着新技术的到来都将打破，曾经数据中心里最为封闭的网络部分，不得己也要变更才能适应新技术的发展，网络架构的新篇章到来了，网络架构在五大方面有创新性的变更发展。

首先是经典网络向VPC网络演进。经典网络实现所有用户共享公共网络资源池，用户之间未做逻辑隔离，用户内网IP由系统统一分配，相同内网的IP无法分配给不同用户。而VPC(Virtual Private Cloud，私有网络)为用户建立一块逻辑隔离的虚拟网络空间，在VPC内，用户可以自由定义网段划分、IP地址和路由策略，可以在VPC中创建子网，每个子网中可以添加多台云主机，安全可提供网络ACL及安全组的访问控制，在VPC出现之前，云上用户是缺乏网络管理能力的，这些都是经典网络架构所不具备的。所以VPC有更高的灵活性和安全性，是现在各大云厂商极力宣传推荐的方式。

其次是堆叠设备向独立设备网络演进。堆叠实现了网络设备虚拟化功能，即将多台设备虚拟化成了一台设备，方便网络管理，网络结构更加简单，是近十年内普及应用的创新技术。不过堆叠技术属于私有技术，各网络厂商的设备之间是无法做堆叠的，限制了堆叠技术的演进。同时，堆叠设备虽然提升了网络备份能力，但如果出了问题，也可以堆叠设备都弹掉，反而不如独立设备安全，尤其是需要对堆叠设备进行软件升级时，一定要中断网络业务才能完成，这对于提供云服务的数据中心来说就是人为操作带来一次业务中断，难以让人接受。因此，堆叠技术已经越来越不适合有高可靠性要求的数据中心，数据中心掀起了去堆叠化运动。当然，现在不能再走回十年前的老路，采用那些经典的OSPF/BGP等路由协议实现网络冗余备份，这些协议的切换速度难以让人满意，于是1BR、M-LAG等松耦合的技术出现，网络设备之间是独立的，而通过这些松耦合技术又将这些独立设备联系在一起，实现网络的平滑切换，网络架构更加弹性，从而减少堆叠带来的故障，可靠性更高。

第三是基础网络由二层转发变为三层转发。在二层网络里经常会出现广播风暴或者环路问题，采用全三层方式，不仅可以减少环路发生，还能够提升网络带宽利用率。经典网络里二层要采用STP/RRPP/PVST等环网协议去阻塞掉很多网络链路，网络带宽要减半，造成网络资源的极大浪费，而且随着网络规模的不断扩大，这些环网协议的收敛速度不尽人意，而在三层网络中就不存在这类问题。三层网络虽然配置复杂，但现在可以通过控制器自动化部署，只要将网络设备的端口通过线缆连接好，所有网络配置都是自动化部署。比如在VXLAN网络中，只要在网络设备上配置好与控制器连接路由，互连接口地址，控制器感知到有连接服务器的端口UP时，自动下发VXLAN配置，网络自动打通，这些三层配置得再复杂也不用人工参与，在控制器的预配置中已有相关配置，自动下发完成。

第四是网络带宽越来越高，单端口速率由40G/100G向200G/400G迈进，现在数据中心内部互连40G非常普及，几乎成了云数据中心的标配，网络出口采用100G的也不少，这种情况在三年前还不多见，可见网络带宽发展的速度有多快，而且这种局面很快又将改变。最近博通发布了业界第一款基于400G的芯片Tomahawk 3，这款单芯片就支持32口400G、64口200G或者128口100G转发，将单端口速率提升到400G。要知道博通在以太网交换机商用芯片市场中一直占据超过90%的市场份额，前段时间还要收购芯片巨头高通，以博通的推进能力，相信单端口400G的网络设备很快也会在数据中心里出现。香农理论证实带宽越大，信噪比就越大。当端口速率达到1000G时，就没法使用了，所以单端口带宽的极限是1000G，现在离1000G还有距离，单端口的网络带宽仍有提升空间，未来必将不断获得提升。

第五是降低基础网络复杂度，以往那种蜘蛛网式的网络互联机房将不再存在，网络设备之间简单连接，形成树形的网络结构。网络设备的配置简化、统一，不再需要那些在网络设备上高速操作的键盘侠高手。网络设备之间不需要复杂的连接，一切均由控制器下发的各种配置来搞定。这时网络依仗的是SDN和NFV两大利器，SDN是面向网络架构的创新，NFV是面向设备形态的创新，利用这两大利器使得网络设备的配置部署变得极其简单，或是通过控制器直接下发转发的流表，或是通过控制器直接下发VXLAN配置，不需要人工干预。人们只需要在控制器上点点鼠标就可以完成业务部署、日常监控和故障处理。

云计算让网络架构焕发了活力，网络重构已经成为数据中心技术发展的热点，数据中心迎来了网络改革的时代。随着网络架构的演进，网络由封闭走向了开放，更加适应未来数据中心业务发展的需要。