数据中心网络架构演进(二)

数据中心网络架构演进(二)

前面提到,Cisco推出Nexus系列交换机解决服务器虚拟化带来的网络问题。同时,各个厂商因为对问题的理解不同,技术积累不同,给出的解决方案也必然不同,所以纷争时代到来了。

Cisco的Nexus交换机当时具备两个层面的优势,第一个是交换机本身架构的优势,以Nexus7k为例,在硬件上直接使用正交架构,极大的提升了交换机的转发性能,将原先Catalyst6509每槽位80G的吞吐量直接提高到了每槽位550G,如图,采用Fab2无冗余的模式下可以最大支持550G每槽位;

在软件上,NX-OS采用了模块化的操作,每个功能都是独立的进程,使用哪个功能就开启相关模块,减少软件故障。

除了在设备本身以外,在解决方案上也给出了新的网络技术,例如vPC,Fabricpath,FEX,VN-TAG,LISP,OTV,FCoE,VDC等等,这些技术现在大家都很熟悉了,就不一一解释了。

再回到我们前面提到的两个问题,第一,性能层面,单个网口上承载的数据流量大了,原来的链路不够了;对应的解决技术有vPC,同时vPC还提供了上联设备级的冗余,解决了STP的问题;如下图所示

功能层面,虚拟机要在服务器区域中漂移;解决的方案有两个FEX和Fabricpath,FEX能将虚拟机的漂移范围扩展到同一对汇聚交换机之间,而Fabricpath可以将虚拟机漂移的范围拓展到整个数据中心,当然前提都是在二层的情况下。如下图中所示,FEX范围和Fabricpath Domain

另外,在对虚拟机流量感知的功能上,Cisco和VMWare共同提出的一项标准及VN-Tag,其核心思想是在标准以太网帧中增加一段专用的标记—VN-Tag,用以区分不同的vNIC(即虚拟机的虚拟网口),从而识别特定虚拟机的流量。Cisco针对VN-Tag又推出了名为Palo的虚拟服务器网卡,Palo卡为不同的虚拟机分配并打上VN-Tag标签。如下图,上联交换机与服务器之间通过VN-Tag,使上联交换机能区分不同虚拟机产生的流量,并在物理交换机上生成对应的虚拟接口vIF(Virtual InterFace),和虚拟机的vNIC一一对应,这就好像把虚拟机和物理交换机直接对接起来,全部交换工作都在上联交换机上进行,即使是同一个物理服务器内部的不同虚拟机之间的流量交换,也通过上联交换机转发。

还有些其他方面的技术,在跨数据中心二层互联上,Cisco采用了OTV协议;在解决外部访问在多数据中心寻址的问题上,Cisco采用了LISP协议;同时它还进入了服务器市场,推出了UCS产品。甚至希望通过FCoE协议一统存储网络和IP网络。当时的Cisco凭借其强大的技术实力和财力可谓火力全开,独步当时的数据中心网络市场;如图,2012年1Q的市场占有率报告


此时,其他厂商也在积极应对这种情况,例如,对于vPC,我的老东家Juniper就有MC-LAG技术与之对应;我列了一张表,如下:

此时的数据中心网络解决方案基本都变成了类似的扁平,大带宽的架构,网络设备之间通过各种虚拟化技术多虚一或一虚多,同时架构中也充斥着大量的协议。当时市场上涌现出的各种技术和解决方案也基本相似,相互之间的PK也是十分激烈。

现在看来,这个网络架构的最大进步是优化了网络性能,缺点是增加了网络管理和部署的难度。

慢慢随着时间的推移和网络技术同步发展的还有云计算和移动互联网,同时两者也在慢慢融合发酵,最后使网络技术也必须做出转变,数据中心网络架构又将面临新的挑战。如下图,云数据中心迅猛增长。

个人认为,数据中心的发展始终离不开数据的发展。数据中心包括其网络架构也始终都要为数据的存储和使用服务。

当时云计算还是个虚幻的词,但是OTT企业因为移动互联网的爆炸而迅猛发展,他们的数据量激增,我们当时面临最尖锐的问题就是:“数据中心里有超过1万台服务器时,网络应该如何建设?”还能按照原先的vPC(仅有两条链路上联),FabricPath最大支持8192个10G接口(如下图)的这种封闭式的网络架构吗?

这种网络架构必然是要进行改变的,在网络拓扑结构上,为了减少带宽收敛比,增加网络性能,我们都采用CLOS架构的连接方式,(即上图的连接方式,什么是CLOS架构参考我知乎的一篇回答);在功能上,我把通过私有协议把所有交换机紧耦合成一台交换机方式叫“Ethernet Fabric",属于Ethernet Fabrc的解决方案有Juniper的VCF,Qfabric;Cisco的Fabricpath,DFA;H3C的IRF3。这种方式最大的问题之一是总是存在瓶颈,其次是管理,例如,如何升级交换机软件版本,单台Crash会不会影响全网?所以要将紧耦合的交换机拆开,拓扑还是采用CLOS,连接上采用标准协议,IP互联,我们把这种架构称为IP-CLOS;

为什么我把时间点定为2012年呢,因为前一年底,也就是2011年08月左右,Vxlan协议发布了,个人认为Vxlan协议是十分重要的协议。


并且“SDN”开始登场了。

编辑于 2017-05-11