数据中心网络的体系结构研究

潘 赟

（信阳农林学院 信息工程学院，河南 信阳 464000）

数据中心网络的体系结构研究

潘 赟

（信阳农林学院 信息工程学院，河南 信阳 464000）

随着大数据和云计算技术的到来，传统的层次结构数据中心网络在规模、带宽、扩展性和成本等方面已经不能满足新技术发展的需要。针对此类问题，文章介绍了Monsoon，VL2几种新型的数据中心网络的体系结构。

数据中心；体系结构；网络

信息服务的快速、多元化发展，催生了一些大型数据中心，这些数据中心承载了大量的服务器。伴随着大数据时代的到来，网络上的一些大型搜索引擎数据中心承载的应用也随之增多。作为信息服务的基础性设施的数据中心的地位日趋重要，新的应用和计算模式也对传统的数据中心提出了诸多挑战。如何使新的数据中心网络满足不断发展的应用需要，成为当前乃至以后研究的方向［1］。目前这方面的研究主要有两个方面：中心为网络的方案和中心为服务器的方案。

1　传统数据中心结构及需要

DCN（data center network）是在数据中心里面把数量较多的服务器通过较高速度的链路和交换机连接起来。这种网络的体系结构是用分层实现的［2］，它所承载的应用模式多为客户机/服务器模式，体系结构如图1所示。

图1　传统的数据中心网络层次体系结构

2　网络为中心的方案

在此方案中，有一个重要的特点，那就是网络流量路由和转发功能主要通过交换机和路由器完成。要实现这一点，就需要改变现有网络的互联方式和路由机制，文章选用的方案主要包含两个。

第一个是Monsoon［3］，此体系结构如图2所示。在此体系结构中，所有的服务器全部都共用一个两层网络，同时此体系中没有超额认购链路，这就说明在此体系下所有的服务器都能和任何服务器的网络接口快速通信。此体系是通过3层部分实现数据中心和到因特网的通信。

图2　Monsoon体系结构

第二个是VL2， 此体系的结构和传统的拓扑比较相似，如图3所示。在此体系中，机架（ToR）交换机连接到两个聚合交换机［4］。但存在一个重要的问题，每两个聚合交换机必须和中继交换机进行连接，这样就会出现很多可能路径。

图3　VL2网络结构

3　数据中心网络未来的发展方向

现在国内外很多的专家学者都在进行数据中心网络的研究，目前新出现的数据中心网络结构并不能完全满足网络新型技术发展的需要，主要是因为新型计算和应用模式对数据中心网络结构的要求非常高［5］。

未来研究的方向主要表现在以下几个方面。

（1）新型的网络结构研究和使用。现在研究比较多的结构主要是分布式系统，业界学者也提出了很多网络结构，但是在现有新型的数据中心网络的情况下，如果想把网络结构进行实际的应用必须要进行多次验证和研究。特别是在服务器的应用中，新兴网络结构研究的空间非常有价值。

（2）必须要对数据中心网络协议进行探索和改进。所有数据中心网络协议都要进行改进，包括从Mac层到运输层的所有协议。传统的网络体系结构和数据中心网络的结构和协议存在很大的区别，数据中心网络在结构上和与因特网的结构相比而言结构更加复杂。这就要求相应的协议也需要进行改进，只有这样才能保证数据中心网络运行的效率。

（3）流量以及失效规律的测量与建模。在新型的数据中心网络中存在很多类型相异的流量模式，这样就出现了特征相异的流量。所以就必须要通过多种架构的数据中心网络进行处理，必须要对数据中心流量和失效特征进行深入的研究，并实现测量和建模分析。因为只有通过数据的分析才能更好地构架出科学的数据中心网络模型。

（4）节能机制。现在我国对环保的要求越来越高，这就要求数据中心结构以及路由要尽可能地减少不必要的能耗。主要表现在：设备节能、路由节能和虚拟机节能等方面。现在很多业界学者都在进行这些方面的研究。

（5）数据中心的流量工程。主要体现在路由机制要满足时延、可靠性、吞吐量等。也就是说对数据中心内和数据中心间的流量都要进行深入研究。目前在实际的应用当中，主要使用的方案有ECMP和VLB等［6］，但是，这些方案还存在一些不足，就像其虚拟机位置可变、拓扑可知等问题。要想实现可靠、负载均衡和节能的流量工程，就必须要进行深入的研究。

4　结语

文章论述了传统的数据中心网络结构，并且提出了传统的数据中心网络结构存在的问题。针对这些问题，文章着重论述了Monsoon，VL2等体系结构，最后提出了数据中心网络未来的发展方向。

［1］赵春雷.“大数据”时代的计算机信息处理技术［J］.世界科学，2012（2）：30-31.

［2］易鲜成，朱红.用Delphi5开发多层应用系统处理大数据集的方法研究［J］.计算机应用研究，2001（12）：126-128.

［3］郭志懋，周傲英.数据质量和数据清洗研究综述［J］.软件学报，2002（11）：2076-2082.

［4］刘伟，孟小峰，凌妍妍.一种基于图模型的web数据库采样方法［J］.软件学报，2008（2）：179-193.

［5］程学旗，郭嘉丰.网络信息的检索与挖掘回顾［J］.中文信息学报，2011（6）：111-117.

［6］沈华伟，靳小龙，任福新，等.面向社会媒体的舆情分析［J］.中国计算机学会通讯，2012（4）：32-36.

Research of the System Structure of Data Center Network

Pan Yun
（Information Engineering College， Xinyang College of Agriculture and Forestry， Xinyang 464000， China）

With the development of big data and cloud computing technology， the hierarchical structure of traditional data center networks has been unable to meet the needs of the development of new technology， mainly in size， bandwidth， expansibility and cost ， etc. To solve this problem， this paper introduces some kinds of architecture of data center network， such as Monsoon， VL2.

data center； architecture； network

潘赟（1982-），女，河南信阳，硕士，讲师；研究方向：计算机网络，网络编程，网络操作系统。