新型财务数据中心网络研究

张志刚

（军事经济学院，武汉 430035）

新型财务数据中心网络研究

张志刚

（军事经济学院，武汉 430035）

针对不同需求而提出的新型数据中心网络结构数量繁多，互联规则、路由算法也多种多样，本文系统研究了财务数据中心的可扩展网络结构，提出了对应数据中心模块内以及模块间的互联结构，为实现财务数据中心内服务器之间的高带宽连接、网络结构可扩展及高可靠性、服务部署的敏捷性提供了多种技术参考和解决方法。

财务；数据中心；网络

云计算、物联网、大数据等新型计算和应用推动了现代数据中心的快速发展，并使其成为国家和IT企业的核心信息基础设施。现代数据中心的内部流量已从传统的“南北流量”为主演变为“东西流量”为主，导致数据中心的网络性能成为瓶颈，这就要求我们研究典型数据中心拓扑结构的拓扑特性及设计理念发展规律，整合当前的设计方案。

1　新型数据中心新理论和技术要求

首先是对扩展方式的要求。传统数据中心的规模扩展主要依赖增加交换机端口数量或提高端口速度的纵向扩展方式，但这种扩展模式已不能满足云计算对数据中心的规模扩展要求。因此，迫切需要对数据中心的规模扩展方式进行改进，探索各种横向扩展模式。其次，对网络拓扑性能的要求。作为承载海量服务和应用的基础设施，数据中心力图满足大量用户对于计算、存储等多种资源的网络化访问需求。网络带宽一直是大型数据中心的稀缺资源，直接影响数据中心应用的整体性能。再次，对容错能力的要求。在大型数据中心中，硬件或软件故障变得常态化，数据中心必须在各类故障时保证数据的安全，并能在极短时间内消除故障带来的损害，为客户提供正常可靠的服务。最后，对节约成本和能耗的要求。现代数据中心开始逐步使用通用设备来代替专用设备，从而降低硬件成本并取得良好的性价比。

2　数据中心新型网络结构的分类方法

传统云数据中心网络普遍采用树型拓扑方案进行服务器互联，但实践证明这种拓扑方案已经不能很好地适应当前云计算数据中心的业务需求。根据构建规则和互联技术的不同，当前的新型云数据中心网络拓扑可分为4类：以交换机为核心的云数据中心网络架构，以服务器为核心的数据中心网络架构，随机型数据中心的网络拓扑结构和线数据中心的网络拓扑结构。

前三类数据中心网络涉及到大规模有线链路的正确布设和接入，由此带来巨大的人力建设和维护成本。同时有线传输中带宽仍然是制约数据中心网络性能的重要因素。极高频（60 GHz）无线通信技术和激光通信技术能提供高数据传输速率，其运用于数据中心可大大降低布线成本，并能极大提高网络效能，以此构造无线数据中心网络。若采用无线通信技术，则将天然地解决布线成本问题，同时增强网络结构灵活性。当前提出的Cayley和3D Beamforming无线数据中心结构均采用60 GHz无线通信技术。

3　常量度数数据中心网络HCN

数据中心网络设计的一项基本目标是实现大量低配置硬件服务器之间的高效连接。在扩展时节点结构和联接方式发生巨大变化，在进行结构扩展时可能会给现存服务器的运行带来消极作用，而且大多存在规则性和对称性较低等弊端。

我们设计了能够在有固定数量的网卡端口的低端交换机上成功运行的可扩展无损网络拓扑结构，而不需要用高端昂贵的交换机。重点研究了如何构建一个无损可扩展的数据中心网络结构，该结构除了两个网卡端口之外不需要其他昂贵的高端转换器或服务器硬件。在此基础上又提出新的网络拓扑结构——HCN，它拥有高度的规则性、可拓展性和对称性，可用于支持数据中心的模块化设计。数学分析和综合仿真模拟结果显示HCN拥有极佳的拓扑属性，是可行的数据中心网络结构。

4　模块化财务数据中心的网络拓扑结构

当前的财务业务和软件应用对数据依赖程度越来越高，属于自己的数据中心逐渐成为业务升级的必备基础设施，然而高昂的扩展和升级严重制约着财务系统基础设施的升级。传统的财务数据中心中，每个机架容纳20至40台服务器，机架顶端配置交换机，以此组成数据中心扩展的基本单元。随着财务数据中心的进一步发展，模块化数据中心已经替代机架成为构建大型数据中心的基本单元，模块化的优点是配置时间短、移动性能好、更高的能源密度、更低冷却和配置成本，是构建高效、可控、可管、弹性数据中心的解决方案。现实中数据中心规模的扩展往往是渐进式的，并且使用的数据中心模块往往是异构的。由此带来的挑战是如何将异构的数据中心模块互连，构成新的模块化数据中心网络。为此，提出基于完全复合图的模块化数据中心网络设计思想，利用每个异构数据中心模块内部闲置的服务器端口实现互联。

5　数据中心网络的应用

数据中心网络在工业界得到了广泛应用，例如Google，微软等公司纷纷建立了自己的数据中心网络。其中，Google的数据中心网络覆盖了美国的大部分区域，并且延伸到了欧洲，亚洲以及南美洲。总体来讲，Google拥有超过30个数据中心，这些数据中心至少分布在15个国家，服务器的总量达到了900 k。在这些数据中心之间，Google利用SDN框架搭建了私有的广域网络（WAN）。通过SDN控制器，对整个网络进行全局控制，并更好地对数据中心间的流进行调度，以最大化链路利用率。而对于每一个数据中心，Google利用大量廉价的服务器，采用模块化的设计方案构建，每一个模块内，则采用以交换机为中心的建立最实用的层次化结构。因此，Google的数据中心网络与上述数据中心网络息息相关。

6　结 语

现有的数据中心网络互联多采用树型结构，数据中心的规模一旦扩大，树型结构中的高层交换机就必须更换为更昂贵更先进的交换节点，以应对高带宽和海量存储的应用需求。即便如此，容错性和带宽需求依然得不到保障。新型数据中心网络作为新技术，需要底层网络设置等硬件环境的支持。结合现有网络管理技术，需要通过迭代式开发实现网络的更新换代，从而更好地发挥新型数据中心网络的效用。

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.20.018

F232；TP308

A

1673-0194（2015）20-0025-01

2015-08-27