數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢(shì)

最近幾年來，互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展導(dǎo)致了諸如電子商務(wù)、社交媒體和互聯(lián)網(wǎng)金融服務(wù)等新興業(yè)務(wù)的出現(xiàn)。而隨著智能移動(dòng)設(shè)備的使用的增長，人們的工作學(xué)習(xí)和個(gè)人日常生活都比以前任何時(shí)候更緊密地連接到互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而創(chuàng)造了對(duì)數(shù)據(jù)的巨大需求。而鑒于當(dāng)前的這樣一個(gè)由我們自己每天所生成、處理和存儲(chǔ)的大量數(shù)據(jù)的“大數(shù)據(jù)”時(shí)代，使得越來越多的企業(yè)組織機(jī)構(gòu)開始意識(shí)到，更有效地管理數(shù)據(jù)將是他們未來業(yè)務(wù)成功的關(guān)鍵要素。因此，數(shù)據(jù)中心也成為當(dāng)下增長最快的市場(chǎng)之一。

根據(jù)最新的預(yù)測(cè)顯示，全球未來對(duì)于以太網(wǎng)光收發(fā)器的驅(qū)動(dòng)力將主要來自大型數(shù)據(jù)中心，電信運(yùn)營商和傳統(tǒng)企業(yè)的快速增長。而根據(jù)Dell’Oro集團(tuán)根據(jù)2015年全球以太網(wǎng)服務(wù)器出貨量的預(yù)測(cè)，10GbE服務(wù)器將在2016年占據(jù)最大的市場(chǎng)份額，而25GbE服務(wù)器的市場(chǎng)份額將在2017年實(shí)現(xiàn)快速增長。

在過去，傳統(tǒng)企業(yè)的數(shù)據(jù)中心主要關(guān)注于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和準(zhǔn)備災(zāi)難恢復(fù)方面，但從未對(duì)實(shí)時(shí)的多用戶數(shù)據(jù)檢索和突發(fā)的大流量訪問的承載能力提出過多要求。然而，隨著大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心的操作運(yùn)營正逐漸從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)移到基于需求的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和處理。企業(yè)和個(gè)人消費(fèi)者越來越多地要求越來越多的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問。許多中小型企業(yè)(SME)負(fù)擔(dān)不起通過自建的大型數(shù)據(jù)中心來支持這類大數(shù)據(jù)服務(wù)，故而他們的這些需求可以通過借助云計(jì)算來滿足。一些預(yù)測(cè)稱，未來企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中云服務(wù)方面的支出將占到IT預(yù)算的高達(dá)三分之一到一半。

在云計(jì)算的快速增長的驅(qū)動(dòng)下，大型數(shù)據(jù)中心正在飛躍發(fā)展。全球的許多互聯(lián)網(wǎng)巨頭目前都已經(jīng)將云服務(wù)作為其未來的重要戰(zhàn)略。他們?cè)谌澜绶秶鷥?nèi)廣泛的尋找合適的地方建立巨型數(shù)據(jù)中心，希望抓住更大的全球云計(jì)算市場(chǎng)的份額。甚至盡管許多新興的互聯(lián)網(wǎng)巨頭在意識(shí)到云計(jì)算將會(huì)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的未來的關(guān)鍵方面起步較晚，但他們也開始在國內(nèi)外加大對(duì)于其數(shù)據(jù)中心的投資。

三級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與二級(jí)葉脊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

與傳統(tǒng)的、流量是由本地客戶端到服務(wù)器交互(南北走向)為主的企業(yè)數(shù)據(jù)中心相比，大型互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)流量主要是由服務(wù)器到服務(wù)器的流量(東西走向)，是云計(jì)算應(yīng)用程序所必需的。這些數(shù)據(jù)中心的用戶數(shù)量巨大，他們有多樣化和分散的需求，他們需要不間斷的用戶體驗(yàn)。互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心需要更高的帶寬和更有效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來處理來自大量用戶的尖峰業(yè)務(wù)需求，例如對(duì)于在線音樂、視頻、游戲和購物的需求。

目前，主流的三級(jí)樹型狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是基于傳統(tǒng)的南北走向傳輸模型。當(dāng)某臺(tái)服務(wù)器需要與不同網(wǎng)段的另一臺(tái)服務(wù)器通信時(shí)，必須通過接入層——匯聚層——核心層——匯聚層——接入層這樣的一個(gè)路徑。在具有數(shù)千臺(tái)服務(wù)器互相通信的大數(shù)據(jù)服務(wù)的云計(jì)算環(huán)境中，這種模型是無效的，因?yàn)槠鋾?huì)消耗大量的系統(tǒng)帶寬并引發(fā)延遲性的問題。為了解決這些問題，近年來世界上的大型互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心越來越多地使用葉脊(spine-and-leaf)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這在服務(wù)器(東西走向)之間傳輸數(shù)據(jù)更加方便。參見下圖1。

這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由兩部分組成：一個(gè)脊椎交換層和葉交換層。作為其最佳功能特征，每個(gè)葉交換機(jī)在pod中連接到每臺(tái)脊交換機(jī)，這極大地提高了通信效率，并減少了不同服務(wù)器之間的延遲。此外，脊葉兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)避免了購買昂貴的核心層交換設(shè)備的需要，并且在業(yè)務(wù)需要保證的情況下可以使得逐漸添加交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以用于擴(kuò)展更容易，從而節(jié)省了初始投資成本。

　　圖1：傳統(tǒng)的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)vs. 脊葉兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

處理脊葉兩層架構(gòu)的布線挑戰(zhàn)

數(shù)據(jù)中心管理人員們?cè)诓渴鹁哂屑谷~兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心時(shí)遇到了一些新問題。由于每臺(tái)葉交換機(jī)必須連接到每臺(tái)脊交換機(jī)，處理大量的網(wǎng)絡(luò)布線成為了一大主要的挑戰(zhàn)。例如，Corning公司的網(wǎng)狀互連模塊(下表1)解決了這一困難的問題。

表1：網(wǎng)格模塊產(chǎn)品描述。

現(xiàn)在，許多企業(yè)用戶已經(jīng)開始使用高密度的40GbE交換線卡作為10GbE應(yīng)用程序的一部分了。例如，高密度的10GbE SFP +線卡具有48x10GbE端口，而高密度40GbE QSFP +主板可具有36x40GbE端口。因此，可以使用40GbE線路卡在相同的布線空間和功耗條件下獲得4×36 = 144×10GbE的端口，從而降低單端口10GbE的成本和功耗。

下圖2顯示了布線系統(tǒng)中網(wǎng)格模塊的三種典型的應(yīng)用。四個(gè)QSFP 40GbE通道(A，B，C和D)在網(wǎng)格模塊的MTP輸入處分為4x4的10GbE通道。然后將10GbE信道在網(wǎng)格模塊內(nèi)被打亂，使得與QSFP收發(fā)器A相關(guān)聯(lián)的四個(gè)10GbE信道跨四個(gè)MTP輸出上分離。其結(jié)果是，連接到一個(gè)MTP輸出的四個(gè)SFP收發(fā)器從QSFP收發(fā)器A，B，C和D中的每一個(gè)接收10GbE信道。因此，我們?cè)赒SFP脊柱交換器端口和葉交換機(jī)端口之間實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)狀10GbE架構(gòu)連接，而不必在MDA處斷開到LC連接。

　　圖2：布線系統(tǒng)中的網(wǎng)格模塊的三種典型應(yīng)用。

下面的示例顯示了如何在主分布區(qū)(MDA)優(yōu)化的脊柱和葉片配置的布線結(jié)構(gòu)。例如，我們使用具有48x10GbE SFP +端口線卡的葉交換機(jī)和具有4x36x40GbE QSFP +端口線卡的脊柱交換機(jī)。如果葉交換機(jī)具有3：1的超額預(yù)訂比率，則來自每個(gè)葉交換機(jī)的16x10GbE上行鏈路端口必須連接到16臺(tái)脊柱交換機(jī)。假定來自脊柱交換機(jī)的40GbE端口作為四個(gè)10G端口運(yùn)行，則每個(gè)脊柱交換機(jī)必須連接4x36x4 = 576個(gè)葉交換機(jī)，如圖3所示。

　　圖3：在10GbE應(yīng)用中的脊柱和葉兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)

　　圖4：全交叉連接布線結(jié)構(gòu)與脊葉網(wǎng)架構(gòu)MDA的比較

如果您企業(yè)使用傳統(tǒng)布線以實(shí)現(xiàn)脊葉交換機(jī)的完全架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，則每臺(tái)脊柱交換機(jī)的40GbE QSFP +端口通過MDA中的MTP至LC模塊分為4x10GbE通道，然后通過交叉連接跳線以及連接到葉交換機(jī)的10GbE通道的相應(yīng)數(shù)量的MTP-LC模塊(如圖4的左側(cè)所示)。傳統(tǒng)的方法沒有被廣泛使用，因?yàn)椴季€系統(tǒng)非常復(fù)雜，成本相對(duì)較高，并且在MDA需要大量的機(jī)架空間。在這種情況下，網(wǎng)格模塊可以成為解決這些問題的一個(gè)很好的解決方案。如圖4的右側(cè)所示，在MDA中的網(wǎng)絡(luò)模塊的情況下，葉交換機(jī)完全網(wǎng)格的實(shí)現(xiàn)，不必通過一個(gè)MTP至LC的模塊將脊交換機(jī)的40GbE端口拆分成10GbE信道。這種方法大大提高了MDA布線架構(gòu)，并且對(duì)用戶有很大的價(jià)值，如下表2所示。

表2：在MDA中的網(wǎng)格模塊的優(yōu)勢(shì)。

　　結(jié)論

隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的增加，數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)逐漸從10GbE升級(jí)到40GbE，未來將達(dá)到100GbE。因此，通過使用現(xiàn)在分解為4×10GbE的40GbE和將來的100GbE分解成4×25GbE，脊葉網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將是用于支持大數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)和高效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。使用網(wǎng)格模塊實(shí)現(xiàn)脊葉網(wǎng)絡(luò)的完全架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)支持當(dāng)前的40GbE網(wǎng)絡(luò)，并且還允許實(shí)現(xiàn)到未來的100GbE網(wǎng)絡(luò)能力的無縫過渡。

關(guān)于作者

本文作者Rui Ma是Corning Optical Communications公司亞太地區(qū)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)營銷經(jīng)理，在光學(xué)架構(gòu)化布線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和推廣方面擁有超過10年的經(jīng)驗(yàn)。他是數(shù)據(jù)中心行業(yè)高密度和先進(jìn)光學(xué)結(jié)構(gòu)化布線解決方案部署和驗(yàn)收方面的主題專家。Rui擁有光學(xué)工程碩士學(xué)位和市場(chǎng)營銷工商管理碩士學(xué)位。