雲計算(suàn)時代的100G網絡
方案相(xiàng)關内容
傳統網絡應用，随著(zhe)數據大集中的進行和完成，網絡帶寬的基本需求早已經超越了千兆級别；互聯網發展已經進入雲計算(suàn)初級時代，現網已展開(kāi)大規模10G、N*10G的高(gāo)速網絡部署。這是網絡業(yè)務規模不斷發展的要求，而随著(zhe)雲計算(suàn)的進一(yī)步發展、技(jì)術(shù)不斷更新和産品化，雲計算(suàn)服務的全面成熟和有效交付将直接依托于以40G/100G為(wèi)基礎帶寬的超高(gāo)速網絡互聯技(jì)術(shù)，同時這是一(yī)種可分散、可聚合的雲網結構，互聯網已經進入100G時代。
雲計算(suàn)時代的100G網絡
1 重新認識100G對于雲計算(suàn)網絡的重要性
1.1 大規模運營的雲計算(suàn)需要100G網絡
雲計算(suàn)的服務供應從(cóng)技(jì)術(shù)和運營的角度看(kàn)擁有近乎無限的計算(suàn)、存儲、數據通(tōng)信能(néng)力，那麽提供雲計算(suàn)服務的IT架構必然是集結了大規模基礎資源的數據中心“超級航母”。
雲計算(suàn)IT資源的大規模集中運營，可極大優化基礎資源的分布與調度。所以，理想的業(yè)務模型是，對于使用雲計算(suàn)服務的企業(yè)或個(gè)人，能(néng)夠滿足IT業(yè)務的最佳方式為(wèi)計算(suàn)能(néng)力按需增長(cháng)、應用部署快速實現、工(gōng)作負載可動态調整、投入成本規劃可控。對于雲計算(suàn)服務供應商而言，為(wèi)滿足大量客戶(個(gè)人或企業(yè))的IT資源需求，其運營的IT基礎架構需要有一(yī)個(gè)大規模的資源池，可基于服務客戶數量的增長(cháng)、客戶業(yè)務負載增長(cháng)的需求變化情況提供匹配的IT資源支持能(néng)力。
大規模的IT集中建設與運營還(hái)帶來了大幅度的成本節約效應，來自(zì)國(guó)外的一(yī)份數據展示（如圖1所示），在大規模IT服務環境下(xià)，網絡、存儲、服務器(qì)/管理等各方面的投入都會(huì)在單位資源尺度内極大降低(dī)，從(cóng)而在大規模經營條件(jiàn)下(xià)可以使得單位資源帶來更大的産出。
圖1 大規模運營雲計算(suàn)的成本效益
在大規模雲計算(suàn)環境下(xià)，性能(néng)無疑成為(wèi)最為(wèi)關注的核心要素。當前以千兆/萬兆為(wèi)主流（廣域網很多(duō)企業(yè)還(hái)處在155/622M）的常規基礎網絡或許能(néng)夠滿足雲計算(suàn)服務初期或者小(xiǎo)規模雲服務的要求，但随著(zhe)雲計算(suàn)資源和規模的不斷擴大，量變必然導緻質變，雲計算(suàn)數據中心成為(wèi)信息計算(suàn)服務的核反應中樞，以100G為(wèi)基礎接口的網絡分發将很快成為(wèi)大規模雲計算(suàn)的必然選擇。
以國(guó)内某互聯網公司為(wèi)例，單個(gè)數據中心規模超過萬台服務器(qì)，在實現多(duō)個(gè)數據中心的後端網絡連接後，發現内部業(yè)務量随著(zhe)整體規模的擴大(數據中心規模擴大、數據中心數量增加)上(shàng)升很快，單個(gè)數據中心到(dào)内部業(yè)務網絡的鏈路(lù)已經擴至16根10G，因此，尋求N*400G/1000G超高(gāo)速互聯的是高(gāo)性價比的方案選擇。
1.2 流量激增的雲計算(suàn)内部
雲計算(suàn)的服務模式，架構上(shàng)從(cóng)低(dī)至高(gāo)一(yī)般分為(wèi)IaaS/PaaS/SaaS三種(通(tōng)稱I-P-S模式)，如圖2所示。雲計算(suàn)的著(zhe)眼點在于“計算(suàn)”，以不同的計算(suàn)形式來支撐雲的服務，通(tōng)常情況下(xià)，我們将雲計算(suàn)的計算(suàn)技(jì)術(shù)分成兩種：虛拟化技(jì)術(shù)和集群技(jì)術(shù)。
圖2 I-P-S模式雲計算(suàn)
虛拟化技(jì)術(shù)
虛拟化本質在于對物(wù)理服務器(qì)的計算(suàn)能(néng)力(當然還(hái)包括IO、内存、存儲空間等)進行邏輯的顆粒化分割，每個(gè)分割單元都可以作為(wèi)獨立的計算(suàn)單元運行，這樣使得一(yī)台物(wù)理服務器(qì)上(shàng)虛拟出多(duō)個(gè)邏輯服務器(qì)，也就(jiù)是虛拟機(jī)，這種方式也稱為(wèi)1：N的虛拟化（如圖3所示）。
由于大多(duō)數物(wù)理服務器(qì)CPU利用率低(dī)下(xià)，大量可用計算(suàn)資源處于閑置，為(wèi)了提高(gāo)服務器(qì)的利用率，采用虛拟化技(jì)術(shù)将多(duō)個(gè)應用集中到(dào)單台服務器(qì)上(shàng)(當前的集中比例可達到(dào)15:1，将來的集中比可達到(dào)40:1~60:1)，大幅有效提升計算(suàn)資源利用率。但這樣帶來的另一(yī)個(gè)效果是，多(duō)個(gè)應用的IO疊加使得服務器(qì)的吞吐量密集提升（如圖3所示），單位網絡内數據流量十幾甚至數十倍的增長(cháng)，開(kāi)始挑戰網絡轉發、傳送性能(néng)上(shàng)限，密集計算(suàn)的吞吐導緻現有的千兆網絡接入開(kāi)始形成瓶頸。
圖3 虛拟化的密集流量
在雲計算(suàn)特别是IaaS的服務模式下(xià)，廣泛采用虛拟化技(jì)術(shù)來進行計算(suàn)資源的調度服務，同時服務器(qì)多(duō)核技(jì)術(shù)迅速發展，而且服務器(qì)的網卡進一(yī)步向高(gāo)速萬兆接口演進，這使得雲計算(suàn)在服務器(qì)接入的IO處理層面不僅帶寬擴大，而且流量激增，這直接對骨幹網絡層面提出了超萬兆或面向40G/100G的基本要求。
大規模集群技(jì)術(shù)
集群技(jì)術(shù)的目的，是将大量的服務器(qì)通(tōng)過集群方式整合起來，形成一(yī)個(gè)具有大規模計算(suàn)處理能(néng)力的“巨型計算(suàn)機(jī)”，從(cóng)而完成巨大的計算(suàn)處理任務，這也是一(yī)種N:1的虛拟化技(jì)術(shù)（如圖4所示）。在這樣的計算(suàn)應用中，幾乎每一(yī)台服務器(qì)都處在重負荷的計算(suàn)與吞吐環境，并且由于大型集群内子群之間的密集數據交換，導緻了網絡上(shàng)各個(gè)方向大規模的數據傳輸，性能(néng)要求已經超越100G規模。
圖4 大規模集群的密集流量
萬台級服務器(qì)無阻塞交換(10000GE=100*100G)已經成為(wèi)互聯網行業(yè)雲計算(suàn)業(yè)務的基本要求。當前對高(gāo)密、超高(gāo)密萬兆端口的需求已經達到(dào)了目前技(jì)術(shù)的門(mén)限，向100G帶寬過渡、并繼續提出高(gāo)密40G/100G端口的挑戰需求是大勢所趨。
2 100G雲網方案
40G/100G已經标準化，各設備廠商均已進入産品交付的實質開(kāi)發階段，因此，以10G接入、40G/100G為(wèi)骨幹的雲計算(suàn)網絡逐步會(huì)形成系統性的解決方案。
針對雲計算(suàn)網絡，H3C已在實踐一(yī)個(gè)全面配套路(lù)由、交換、安全的雲網解決方案（如圖5所示）。通(tōng)過100G的超高(gāo)速雲内部交換網絡、雲間100G高(gāo)速專線、100G擴展性安全，從(cóng)而構建整個(gè)雲計算(suàn)100G全端網絡架構。
圖5 雲網方案分布圖
雲數據中心内部網絡的關鍵要素（如圖6所示）
虛拟機(jī)感知與精确控制：基于标準化EVB、VEPA的虛拟機(jī)(VM)接入網絡，将雲中每個(gè)虛拟計算(suàn)單元VM映射到(dào)交換網絡上(shàng)，創建虛拟端口(vPort)對應，并通(tōng)過虛拟通(tōng)道vChannel關聯和控制(在EVB VEPA中的Multi Channel技(jì)術(shù)，H3C通(tōng)過vChannel+vPort方式來實現)。對應于VM的創建、遷移、釋放(fàng)，網絡上(shàng)也有相(xiàng)應的vChannel和vPort的創建、遷移、釋放(fàng)，從(cóng)而網絡對虛拟計算(suàn)的感知可控制轉換為(wèi)對自(zì)身虛拟端口的操作，從(cóng)而實現精确控制。
統一(yī)交換架構：在萬兆接入，40G/100G骨幹的數據中心無損交換網(Lossless Ethernet)，統一(yī)承載計算(suàn)流量和存儲流量，實現基礎架構的精簡和布線的簡化，在保證網絡性能(néng)、計算(suàn)能(néng)力、存儲效率的同時，降低(dī)雲計算(suàn)關鍵網絡的購買成本與運維成本。
無阻塞L2/L3并行多(duō)路(lù)徑FAT Tree 100G網絡：雲計算(suàn)不論是虛拟化部署還(hái)是大規模集群的實施，對交換網絡性能(néng)要求極高(gāo)，單接口的100G帶寬并不能(néng)完全滿足業(yè)務要求，因此提出了通(tōng)過無阻塞的組網方式來滿足超大規模計算(suàn)能(néng)力的連接。目前業(yè)内實現計算(suàn)的連接方式有L2(二層)、L3(路(lù)由)或其混合方式，不論哪種方式，都要求充分利用核心的N*100G，在雲的内部形成多(duō)路(lù)徑傳輸計算(suàn)結構。對路(lù)由模式傳統上(shàng)稱為(wèi)ECMP(即通(tōng)常理解的等價路(lù)由)；對二層模式稱為(wèi)L2MP(二層多(duō)路(lù)徑)。在北(běi)美地區，更流行FAT Tree的說法，不論使用L2還(hái)是L3技(jì)術(shù)，構建一(yī)個(gè)大規模的無阻塞網絡結構。在H3C的解決方案中，充分利用IRF2 (智能(néng)彈性架構)技(jì)術(shù)，結合當前的新标準(如TRILL/L2VPN)等，在100G的核心網絡上(shàng)提供一(yī)個(gè)可同時支持L2/L3多(duō)路(lù)徑，使得計算(suàn)通(tōng)信具備更好的靈活性和擴展性。
圖6 雲計算(suàn)數據中心内網絡
高(gāo)速雲專線:100G的可分散、可聚合的雲間聯網、雲内傳送網
圖7給出了一(yī)種比較複雜(zá)的雲服務模式，企業(yè)A分别從(cóng)SP-A和SP-B獲得雲計算(suàn)服務，在每個(gè)SP内部，又(yòu)從(cóng)不同地理位置的IDC獲得服務，而用戶除了構建自(zì)身的私有雲，還(hái)在用運營商的公共雲服務，這裡(lǐ)就(jiù)存在雲計算(suàn)服務靈活供應的多(duō)重模式要求，我們稱之為(wèi)可分散、可聚合的雲結構。
可分散、可聚合： 對于整體雲計算(suàn)服務而言，用戶的業(yè)務訪問和服務體驗是完全不依賴于計算(suàn)所在的物(wù)理位置的，然而企業(yè)或機(jī)構在實際部署雲計算(suàn)數據中心時的地址選擇必然又(yòu)受實際環境如光(guāng)纖線路(lù)、地理位置、能(néng)源供應等基礎設施的影響，使得雲數據中心規模或大或小(xiǎo)，或集中或分散，或分布在一(yī)個(gè)園區，或分散在多(duō)個(gè)地域。這就(jiù)要求網絡不僅有效支持每個(gè)雲中心的計算(suàn)服務，還(hái)需要整合各地域的雲中心，形成一(yī)個(gè)聚合後的服務整體，因此靈活的DCI(Data center interconnection)和CSI(Cloud service interconnection)方案是實現可分散、可聚合雲專線的基礎，這将由H3C的100G路(lù)由器(qì)結合雲路(lù)由軟件(jiàn)操作系統平台來實現。
圖7 可分散、可聚合的雲間網/雲内網
集成與可擴展的統一(yī)安全控制
在H3C的100G雲網方案中，基于交換集成的安全結構，融合IRF2的統一(yī)管理方式，在每個(gè)交換槽位提供N*10G的防火牆安全性能(néng)如圖8所示，并實現一(yī)個(gè)IRF交換系統上(shàng)所有防火牆模塊的統一(yī)虛拟化和管理控制，從(cóng)而形成雲網安全的單系統200G級别安全處理性能(néng)資源池，根據性能(néng)需要可部署多(duō)套系統以滿足更高(gāo)性能(néng)處理的需求，而在統一(yī)安全中心的管理下(xià)，可實現雲網安全的整體監控與管理策略，使得雲計算(suàn)的安全控制可管理易運維。
圖8 虛拟化可擴展安全防護