雲計算時代,無阻塞交換

雲計算時代來臨了，資料中心被推到了HTTP://www.aliyun.com/zixun/aggregation/33377.html">浪潮之巔——如何讓資料中心更好的支撐不斷壯大的雲計算服務， 成為資料中心運營者最為關注的問題。

為了實現這一目標，我們建設更大型的資料中心、購買更多更好的伺服器，開發更豐富的應用......，那麼資料中心的網路要如何改變?該怎樣改變?千萬不能讓網路成為資料中心的「阿喀琉斯之踵」。

1 雲計算時代，網路亦應隨需而動

隨著雲計算的興起，資料中心作為雲端的核心，承載了越來越多的業務和應用。 而業務和應用的豐富，也催生了資料中心的建設高潮。

和以往相比，雲計算時代的資料中心，在需求和規劃上有著極大的差異。 而這些差異也直接催生了資料中心網路的改變。 首當其衝的就是，資料中心流量模型的改變，給資料中心網路帶來的新需求。

據預測，雲計算時代，資料中心的網路流量，將從早期的「80%為南北向流量」，轉變為「70%為東西向流量」。

圖1 資料中心網路流量模型的演進

為什麼會有這麼大的轉變?

對於早期的資料中心，其業務主要是資料中心外部對資料中心的訪問，因此流量以南北向為主。 基於業務特徵，以及出口頻寬的限制，網路的設計一般是按照一定的比例，逐級收斂的，即：資料中心網路接入側的頻寬，是網路彙聚區/核心區頻寬的數倍。 常見的頻寬收斂比為：1：3～1：20。

而隨著雲計算的到來，越來越豐富的業務對資料中心的流量模型產生了巨大的衝擊。 如搜索、平行計算等大920.html">資料業務，需要大量的伺服器組成集群、協同完成工作，這導致伺服器之間的流量變得非常大。

另外，雲計算時代複雜多變的需求，也帶來了流量的不確定性，我們無法再準確預測伺服器的流量，無法再通過設計來規劃網路的頻寬。 同時，虛擬化所帶來的虛擬機器動態遷移能力，又進一步導致網路流量模型愈趨複雜、東西向流量愈趨增大。

隨著資料中心流量模型的改變，傳統的收斂網路將不再滿足資料中心的業務需求。 我們需要在資料中心內部署無阻塞的網路，即：資料中心內部，任意伺服器之間可以線速交互流量。

2 胖樹架構，讓資料中心網路不再擁塞

當前，業界普遍認可的實現無阻塞網路的技術是：胖樹架構(Fat-Tree，由Charles E. Leiserson于上個世紀八十年代提出)。 其基本理念是：使用大量低性能的交換器，構建出大規模的無阻塞網路。

2.1 胖樹架構下，網路頻寬不收斂

傳統的樹形網路拓撲中，頻寬是逐層收斂的，樹根處的網路頻寬要遠小於各個葉子處所有頻寬的總和。

而胖樹網路則更像是真實的樹，越到樹根，枝幹越粗，即：從葉子到樹根，網路頻寬不收斂。 這是胖樹架構能夠支撐無阻塞網路的基礎。

圖2 胖樹網路和傳統網路的邏輯拓撲比較

如上圖所示，為了實現網路頻寬的無收斂，胖樹網路中的每個節點(根節點除外)都需要保證上行頻寬和下行頻寬相等，並且每個節點都要提供對接入頻寬的線速轉發的能力。

下圖是一個2元4層胖樹的物理結構示例(2元：每個葉子交換器接入2台終端;4層：網路中的交換器分為4層)。 其使用的所有物理交換器都是完全相同的。

圖3 胖樹架構的物理拓撲實例

從圖中可以看到，每個葉子節點就是一台物理交換器，接入2台終端;上面一層的內部節點，則是每個邏輯節點由2台物理交換器組成;再往上面一層則每個邏輯節點由4台物理交換器組成;根節點一共有8台物理交換器。

這樣，任意一個邏輯節點，下行頻寬和上行頻寬是完全一致的。 這保證了整個網路頻寬是無收斂的。

同時我們還可以看到，對於根節點，有一半的頻寬並沒有被用於下行接入。 這是胖樹架構為了支援彈性擴展，而為根節點預留的上行頻寬。 通過把胖樹向根部繼續延伸，即可實現網路規模的彈性擴展。

2.2 適應資料中心應用，胖樹需要量體裁衣

在胖樹架構中，為了實現彈性的擴展，樹根節點預留了和下行接入能力相同的上行頻寬。 而在資料中心實際的建設中，整個網路的規模是可以提前預知和規劃好的(比如：受機房空間的限制，不可能無限擴容)，因此樹根處一般不需要預留如此大規模的上行頻寬。

圖4 減少胖樹網路的層數

(責任編輯：呂光)