云计算时代,数据中心架构三层到大二层的演变 (2)

云计算时代,数据中心架构三层到大二层的演变

如上图所示,当采用全网STP二层设计时,STP将阻塞大多数链路,使接入到汇聚间带宽降至1/4,汇聚至核心间带宽降至1/8。这种缺陷造成越接近树根的交换机,端口拥塞越严重,造成的带宽资源浪费就越可观。

03 云计算的发展对数据中心的影响

随着互联网的发展带来的数据大爆发以及虚拟化技术的发展,计算资源被池化,对数据中心也提出了新的挑战:动态迁移和高性能。

采用大二层网络架构,可以实现整个数据网络都是L2广播域,这样即可实现动态迁移。大二层网络架构,L2/L3分界在核心交换机,核心交换机以下,也就是整个数据中心,是L2网络(当然,可以包含多个VLAN,VLAN之间通过核心交换机做路由进行连通)。大二层的网络架构如下图所示:

云计算时代,数据中心架构三层到大二层的演变

相对于之前的基础架构而言,具有如下特点:

①资源池化——硬件服务器通过虚拟化技术进行部分硬件资源的整合,构造计算资源池化

②统一管理——在虚拟化平台上建立虚拟机,在虚拟机里部署业务,实现平台上虚拟机的统一维护和管理

③横向扩展——计算资源不够,可以直接补充硬件服务器达到资源扩展

然而,传统大二层的缺点也和明显,共享的L2广播域带来的BUM(二层数据链路层的报文)风暴随着网络规模的增加而明显增加,最终将影响正常的网络流量。

同时,虚拟机可以迁移,但是如何达到迁移过程中用户无感知,IP地址等不改变呢?即实现动态迁移。

云计算技术的发展的不仅仅依托于虚拟化,还有一个非常重要虚拟化管理软件平台,典型的如openstack。

云计算时代,数据中心架构三层到大二层的演变

通过x86服务器和二层交换机的连接,将网络功能、计算功能、存储功能和安全功能全部虚拟化,以虚拟机的形式实现我们传统数据中心硬件堆积所完成的一切功能,全部组件融合在一套虚拟化管理软件平台中,对外提供虚拟存储、网络、计算等资源,这就是所谓的”超融合”平台。

04 数据中心流量丰富化带来的挑战

互联网这几年发展的特别快,然而,互联网公司本质上来讲也是数据公司,数据承载着公司绝大部分的价值,于是数据安全性以及可靠性也变的越发重要。 在早期,小规模数据中心主要是南北流量,而互联网爆发式的数据增长带来的数据中心虚拟化也要求更高的东西流量,甚至跨数据中心流量。

南北向流量:数据中心之外的客户端到数据中心服务器之间的流量,或者数据中心服务器访问互联网的流量。

东西向流量:数据中心内的服务器之间的流量。

跨数据中心流量:跨数据中心的流量,例如数据中心之间的灾备,私有云和公有云之间的通讯。

在思科的分析报告中,预计2020年,东西流量能达到总带宽的77%,跨数据中心9%,南北流量仅占总带宽的14%。

云计算时代,数据中心架构三层到大二层的演变

而传统三层网络架构主要是为了南北流量设计,尽管也支持东西流量,但是不足十分明显。

东西流量分为L2和L3,如果是L2流量,如果源和目的主机都在同一个接入层交换机下,那么可以达到全速,因为接入交换机就能完成转发。如果需要跨机架,但仍然是在一个汇聚层POD内,则需要通过汇聚层交换机进行转发,带宽取决于汇聚层交换机的转发速率。 如果是L3流量,必须经过核心交换机完成转发,它不仅浪费了宝贵的核心交换机资源,多层转发也增加了延时。

云计算时代,数据中心架构三层到大二层的演变

而到大二层网络架构,无论是L2还是L3流量,都需要经过核心交换机,这也对核心交换机的性能提出了新的挑战。

05 总结

传统三层网络架构已经存在几十年,并且现在有些数据中心中仍然使用这种架构。最主要的原因是成本。

一方面是因为早期L3路由设备比L2桥接设备贵得多。即使是现在,核心交换机也比汇聚接入层设备贵不少。

另一方面,早期的数据中心,大部分流量是南北向流量。

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