应对云业务挑战:数据中心网络架构的新思考

现代科技的成果使得人类的器官在空间上得到了极大地延伸,如果说电话是人类声觉的延伸、电视是人类视觉的延伸、数据中心是人类大脑的延伸,那么网络则是各种延伸物之间、以及延伸物与主体之间相互交换信息、传达指令的神经系统。正常的神经系统是一个健康人类的基本标志之一,同样,大带宽、低时延、高可靠的网络系统也是使得人类各种器官得以有效地延伸、进入云时代的基本保证。

云业务对网络的挑战

随着信息业务进入云时代,越来越多的用户通过各种不同类型的业务设备进入到网络之中,各种业务设备之间、众多用户之间所交换的信息量在飞速地增长,各种接入设备的类型和数量、物理标识等也在快速地增长,如何将这些数量巨大的、不同类型的信息在各种类型的服务设备之间进行快速和准确地传递成为了网络的巨大挑战。

传统网络架构中的叠加式服务业务处理方法

作为直接提供服务业务的终端设备,设计人员根据其业务特性,制定和使用了相应的物理接口和通信协议。例如GE/10GE、FC、IB等多种物理接口和Ethernet、IPv4、IPv6、FCoE、IBoE等通信协议,每种协议都有自己特定的数据格式,以及相应的控制报文。在传统网络架构中,为了将各种不同服务业务的终端设备连接起来,网络中的各种设备也被迫需要从硬件和软件上同时支持这些接口和协议。网络设备的数据层面上必须对每个接收到的数据进行类型识别,并根据结果找到其相对应的转发规则并进行转发。在设备的控制层面上,需对每一类业务的协议进行单独的处理,以协调和控制数据层面上的转发行为。这样,在一个物理网络中形成了叠加的多个业务逻辑网络。其结果是,随着服务业务类型数量的增加,业务逻辑网也变得越来越多,软硬件同时变得越来越复杂,导致网络的转发效率下降,新业务的开发时间增长。在数据中心,不光要支持各租户的业务逻辑网,而且单个租户内还可能还存在着多个独立部门各自的业务逻辑网,致使一个数据中心的物理网络需要支持大量的业务逻辑网络,使得传统的叠加式服务难以重负。

数据中心中网络架构的新思想

对于一个拥有大量节点的实际物理网络,如何能够支持大量的业务逻辑网络,且每个业务逻辑网络都可能拥有自己的地址编码体系和传递规则?生活中很多的例子已经告诉了我们所需要的答案。

现行邮政系统中广泛采用了邮政编码和规范的邮件封装。邮政编码是邮政体系内的地址编码系统,是邮政体系内每个业务服务点的地址。每个邮件上的邮政编码,标明了目标业务服务点的地址。对邮政系统中的分拣和传递环节而言,只需简单地识别目标邮政编码即可。所以,邮政编码是对用户实际物理地址的封装,实现了用户地址与传递地址之间的解耦,解决了用户物理地址数量快速增长的问题。同时对不规范的邮递物品进行了标准化的封装,也为邮件传送过程中使用机器来实现自动高速分拣成为可能。

货物运输系统中,规范的集装箱尺寸、规范的目标地址,都极大地简化了运输过程中的中间环节,提高了工作效率。

与邮政和货物运输系统的作用一样,网络的作用就是将用户的信息从源地址传递到目标地址。信息的地址体系和信息的格式会因业务的不同而不同,但网络的信息传递功能不会改变。一个高效的网络信息传递体系,不会、也不应受到被传递信息地址体系和格式的影响。网络信息传递体系仅在其边缘业务节点对被传递的信息做规范化的处理,而体系内部的传递过程不受被传递信息内容的影响。

从网络的整体架构上看,网络信息传递体系内部就像是一座四通八达的桥梁,将网络的各边缘业务节点连接起来。边缘业务的源节点只需按各种业务的要求,加装目标边缘业务节点的地址,送上桥梁上运行的交通工具即可。而桥梁上只需运行一种类型的高效运输交通工具,装载标准的集装箱。

桥接网络将业务功能与转发功能进行了分离,不仅解决了快速增长的用户地址对网络路由的影响,也极大地简化了网络中间节点之间的转发过程,提高了网络的效率。

桥接交换网络架构的基本工作原理

网络边缘的业务接入节点对来自于用户的不同类型数据包进行统一的封装,并加装目标和源业务节点信息,然后送至桥接网络内部的节点;

桥接网络内部节点之间依据目标业务节点的地址直接进行转发,将转发过程中使用的地址与数量巨大的实际用户地址进行解耦;