云计算环境下的布线和网络结构

由于商业需求和业务流程的多边,尤其是云计算的发展,数据中心必须适应各种复杂的应用环境。

每一种应用在性能、可用性、性价比上有不同的需求。

数据中心的网络需要有以下特性:
— 接入层的灵活性
— 容量和业务的的伸缩性,并且不会导致互相之间干扰
— 高可靠性和结构的稳定
— 特征的一致性
— 易于操作和管理
— 简单确定的拓扑结构
— 有效的分段(包括管理和数据层),便于安全策略和符合规则

比如,需要使用单独的管理口对设备进行控制,否则机器发生问题时就不能远程自助操作,或者机房入口遭受DDOS攻击时,无法对交换机、防火墙、服务器进行策略调整。
又比如,云计算对网络存储依赖性强,要求到存储设备有高的吞吐率,而又不会占用出口带宽或者影响正常外网的访问速度。

三个基本方法:
1、end-of-row switching
这是最传统的做法,将所有服务器的网络,都接到一个集中的交换设备上。
这个好处是服务器之间的数据交换不用进行交换机之间的转发,减少了延时,提高了吞吐率。
最大的缺点是,必须集中配线,将网络线拉倒这个集中的交换设备,如果每个设备要连接冗余的网络设备或者连接多个网络接口,则会增加布线的成本和操作的复杂性。
同时大量线缆浪费机架空间,阻碍设备的散热,并且一旦需要迁移到10Gbps的网络,是一个新的挑战。

2、top-of-rack switching
是1U服务器环境下的一个可行的选择。在机架顶端防止一个24口或者48口的交换机,所有服务器都上联这个交换机,这个交换机通过一个上联端口接入汇聚层。在一些情况下,为了高可靠性或者管理方便,会增加一个交换机,这样每个服务器有两个或者多个网口、管理口上联。这种情况显著地简化了网线的管理,减少空间占用,避免导致散热问题。这种方法,也提供了架构上的优点,比如同一个机架内服务器之间端口到端口的快速交换,减少了上联端口和缩小了交换域(一个机架),从而有助故障隔离。
一个问题是,这种方法端口利用率低,通常一个机架不会将交换机所有端口用满。解决方法是将临近的机架使用一个交换机,但是要注意的是防止类似end-of-row方法线缆的复杂性。另外还必须注意,经常使用或者高吞吐量的数据路径,尽量避免分散在不同的机架里面,导致跨交换机的通信。

3、integrated switching
一般用于刀片设备。

综合上面的分析,可以看出,云计算环境下,一般都采用机架上置交换机。

参见:

http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns340/ns517/ns224/ns668/net_implementation_white_paper0900aecd806afc3f.html

Data Center Top-of-Rack Architecture Design

http://www.cisco.com/en/US/prod/collateral/switches/ps9441/ps9670/white_paper_c11-522337.pdf

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