云网一体化数据中心网络关键技术分析

张文亮

【摘要】    随着“新基建”的改变，给数据中心带来了新的发展，而数据中心是运营商目前打造云网一体化的关键部分，它的发展为5G+AI的应用提供了超强的技术支持。因此， 本文主要是对云网的大背景、传统数据中心网络架构、未来数据中心网络的主要挑战及需求、关键技术等等方面进行深入分析，得出云数据进行组网和承载的方案，同时可以论证关键技术。

【关键词】    云网一体化    大规模数据中心    云网融合    无损网络

一、解析云网的大背景

在2020年3月4日，中共中央政治局常务委员召开会议的时候明确提出，为了科技发展更快的进步，要快速建设新型基础设施的建立，例如：5G网络、数据中心（data center，DC）等等。“新基建”是基础设施建设，它的水平将成为科技竞争力的关键，也是数字化经济发展的关键所在。而数据中心是近期国家第一次提出列入加快建设目录之一，它将和5G网络和工业互联网等基础设施同步建设，推动信息技术的发展。而数据中心的基础设施建设会随着其他新基建的建设而逐步扩大。其重要程度表现在一是数据中心是技术的载体，为5G和物联网等新兴产业提供技术支持。二是对于金融等传统企业来说，需要借助数据中心促进企业快速转型，实现云管理。

中国联通提出云改战略，持续全面推进各方面的云改计划。借助网络的优势，推进云网融合的建设，作为战略大力推进。数据中心是云网融合的基础设施，能够提供计算、存储和连接服务。那么数据中心网络作为核心网络，能够为云多种类型的业务提供服务。同时，数据中心网络也能够联络城域网、骨干网等，连接云计算、应用等等，它在云网一体化的规划中起着特别重要的作用。

二、阐释传统的数据中心网络的框架

当前阶段，我国传统的数据中心网络架构主要由分级互联架构和大二层架构组成，具体可如图1-2所示。此架构是现阶段运用商使用的主要网络结构，可以实现IDC业务的对外销售及规模小的资源池等等。其中，分级互联架构就是传统的接入交换机、汇聚交换机及核心交换机组成。而汇聚交换机下面的网络是一个独立的分区网络，不同区域的网络要想互相访问就需要经过第三层的核心交换机才能实现。而核心交换机和汇聚交换机都是利用堆叠等虚拟技术来实现，进行保证业务安全可靠完成。DC内南北向流量可以提供互联网访问的功能，能够承载上百台服务器。

大二层架构主要是大数据、云计算等使用的一种网络架构，是指资源池化逻辑大二层网络架构。资源池被虚拟后，有些迁移需求就会让流量大量的增长。所以，为了满足需求，很多新网络技术就应运而生，他们都在数据中心组网旗下，有TRILL（多链接透明互联）和SPB（最短路径桥接）等。这些都可以借助路由来计算大二层组网计算，能够扩展虚拟局域网。随着科技的发展，虚拟化数据中心的规模也在持续增大，主要部署方案由VXLAN的大二层网络架构组成，其结构也近扁平化。这个架构能够承载上千台服务器，主要是融合资源虚拟化、存储网络及IP网络融合的资源池。

随着科技的快速发展，其承载业务类型也在不断增加，传统数据中心网络也遇到了很多技术难点，需要在后续的探究下，不断地攻破。一是数据网络中心的业务需求更加丰富，带来了新的挑战，需要根据业务情况提供差异化的网络承载，不是以往以带宽这种核心驱动，因此，高效运营存在着技术挑战。二是对于选择关键技术和网络架构方面，规模的可拓展性方面弱。

三、探究未来数据中心网络所面临的技术挑战

概括来说，云网一体化数据中心网络所面临的技术挑战主要集中在超低时延的无损性、规模可扩展性、云网协同、一体化管理维护及业务端到端承载等方面。对于云网一体化方面的技术挑战，要同时兼顾5G、云网融合、边缘计算等新能力，还要兼顾传统IDC业务。主要是体现在云网融合能力，5G及NFV加速云化网元进入数据中心、AI等新兴技术应用对数据中心提出超低时延无损需求。

四、解析关键技术

4.1超大规模组网

云数据中心发展迅速，数据中心一般情况下要作为单一资源池，为十万台服务器服务。要满足超大规模组网的可靠性和扩展性，同时要考虑自动化管控、架构设计等。主要采用IP-CLOS架构、基于EBGP的大规模路由组织及“SDN+OpenStack”云网一体管控。其中，IP-CLOS的典型架构如图3所示，其中，Spine是脊节点，只能提供高速Ip转发的功能，连接各个功能Leaf节点;Leaf为叶子节点，VxLAN Fabric网络功能接入节点，VTEP端点;Server Leaf为Leaf功能节点，提供服务器等计算资源接入;Service Leaf为Leaf功能节点，提供防火墙、负载均衡等增值服务接入;Border Leaf为Leaf功能节点，提供数据中心外部流量接入。

4.2超低时延无损网络组网

数据中心网络的低时延功能的实现主要依靠RDMA技术，考虑到未来云网一体化下的业务端到端需求，基于以太网RoCE技术应运而生，成为主流技术。典型的ROCEv2以太网方案如图4所示。

4.3 云网业务统一承载

在云网一体化的架构下，外部网络与数据中心内网络边界越来越不明显，而云内网络、云间网络及用户到云网络就会形成一个整体，借助资源端到端管控、业务端到端来提供一体化服务。云网一体化下网络协议发展方向如图5所示。

五、结束语

综上所述，为了加快5G、人工智能等新业务的擴展速度，运营商正在推进云网一体化的基础设施建设，整个建设围绕着数据中心，扩大云网的应用范围。为了不断解决新问题，数据中心网络要充分发挥扩展大规模组网、云网高效率、灵活性强以及网络的延时短等优势，不断地加深探索，致力于构建高性能的数据中心网络。后期将为了扩展业务场景等持续探究。

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