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反思数据中心网络

与传统的三层体系结构形成鲜明的对比,核心和POD网络设计为数据中心的灵活性和创新方式铺平了道路

来源:机房360 作者:litao984lt编译 更新时间:2014/10/30 9:38:46

摘要:近20年来,大多数网络专业人士所了解到的主要数据中心的设计均是遵循三层的方法——核心层(L3),聚集层(L2/L3),和访问层(L2)。尽管这个基线设计(及其许多小变异)已取得了巨大的成功,使得数据中心的可靠性和可扩展的网络得以更容易和以更便宜的成本建立,但其早已无法满足新一代数据中心网络的要求了。

  三层网络设计可以追溯到L3路由器与L2交换器的设备的定价还存在着显著价格差的时候,彼时,流量主要是南北走向而非东西走向,而在当时,核心层和聚合层的数据传输速度至少是边缘处的10倍。显然,这些因素现在已然不再成立。

  更糟的是,三层的设计不支持今天的数据中心对于创新的迫切需要。三层设计中的小模块可以说是刚性的,这无疑会使得快速迭代和实验几乎是不可能的。这也不利于在行业内保持性能/价格的改善。实际上,三层的设计思路——会将您的企业锁定为一个“最小公分母”的特性功能,锁定在了一个单一的供应商,一个很小的产品可选择范围。

  现如今,数据中心网络设计的一种新方法已然应运而生。我们认为,业界无疑可以从超大规模的数据中心如何建立他们的网络的模式中学习到很多东西。尽管规模庞大,超大规模的数据中心网络的设计,让他们从小处开始着手,并进行快速的创新。

  核心层和POD方法的关键主要是超大规模的数据中心的整个整体并不是从开始的第一天就建立起来的,而是从最开始的小规模开始,随着容量的逐步增张,而实现的增量块的有机增长。

  从小处开始着手:关于核心和POD的解释

  核心和POD具有单独的设计(不一定是在结构上的类似),悬挂起了一个核心路由层。路由核心的目的是能够跨多代的POD吊舱,提供快速和简单的互连,并将每个POD吊舱作为一个原子单元处理。在POD吊舱的内,可能只有一个单一的接入层,或者更经常的情况是在其实使用的是网络拓扑结构。其核心层通常被称为“刺中刺(spine of spines)”,网络作为一个整体是一个“胖树(fat tree)”或“接近”拓扑的结构。

  匹配增量需求,新的pod是作为一个整体设计的,工程作为一个单位,其安装和淘汰退役都是作为一个整体单位。在一家单一的数据中心,有可能具备好几代的POD;POD设计V1,V2,V3,都可以在一起兼容,并共享核心层。在许多迭代的方法,每个POD吊舱设计都在前一代的基础上进行了改进和提高了。例如,在价格/性能曲线的基础上构建更好的新的硬件平台。

  核心层和POD设计的优势在于网络,计算,和每一代的POD存储能够捆绑在一起作为一个单元,使其能够更简单的操作和实现自动化。这种方法允许了数据中心设计的多样性,同时保持各单位充分保持POD边界的统一性。而使用不同的POD违反了网络的均匀性作为一个整体的原则,其为实验增加了灵活性和促进了迭代,有足够的均匀性保持良好的管理。

  在缺点方面,这种POD吊舱设计增加了操作的复杂性,因为它需要具备多种设计知识技能的相关的工作人员来维护,同时可能需要使用不同的工具集来管理和操作不同的POD迭代。然而,如果您企业保持一个简单和统一的POD结构,自动化的任务将比传统的三层设计的自动化更容易,其是跨越整个数据中心的设计,允许管理团队进行持续不断的创新模式。

  核心和POD的设计不受“最小公分母”或整个数据中心的三层网络设计“被锁定单一供应商”的问题。每个POD都是在合理的范围内,有一个新的开始。

  网络设计的变革

  核心层和POD的设计是由建筑师在超大规模数据中心采用一个水平尺度向外扩展的方法,在对比一个经典的成本昂贵的树型拓扑结构的放大模型。传统的核心/汇聚/边缘设计在升级能力时通常需要更换/重新设计/重建所有三个层次的能力——这在超大规模的数据中心属于正常事件(大多数企业数据中心都是如此)。在核心层和POD的设计方面,可以通过新增的POD吊舱到核心层和改变新的POD吊舱设计(而不是整个数据中心的设计)以适应新的需要,增加容量。

  想象一下,一款应用程序需要双倍的连接你企业访问接入交换机的数量。在传统的三层设计,一旦超过对配电设备的双端口密度,你企业唯一的选择是采用一个重新的设计,包括更大的,密集的盒子在整个数据中心进行集合。而在核心层和POD的设计,这成为一种新的POD,而对整个数据中心的综合设计没有任何影响。

  不断创新的需求必然要求软件的升级。核心层和POD的设计使得其关键操作的升级要容易得多。POD是独立升级,因为Clos或胖树网络设计在所有图层提供N+1的冗余(通常为3 + 1),升级属于低经营风险。而传统的1+1的三层设计,大部分升级由于容量能力的限制,显然属于高风险或工作任务繁重的作业。

  对于接受核心层和POD的心态

  当我们看待倡导关键网络趋势的数据中心的建筑设计师时——SDN软件和裸机硬件——他们往往是那些已经接受了的核心层和POD。但他们还没有将SDN推广到整个数据中心,而是用了一个迭代的POD设计。这些企业通过一个集中控制器获得了自动化,没有一个“最小公分母”设计的限制,他们可以更容易地从小处开始着手和实验,以便适应未来的需求而没有叉车升级。

  具有讽刺意味的是,许多企业建筑师会这样描述他们的数据中心:乍看之下,作为一个三层的设计,但在细节上又有一些不同点。“怎么会有三个机架在那里?”“哦,这只是设计的一个例外。”
“怎么样呢?”
“另一个例外。”对许多数据中心架构师而言,转移到一个POD和核心层设计是需要尽可能多顺应当前网络的改变而转变心态。

  随着数据中心的建筑师开始接受这一新的POD和核心层的思想理念,更多的数据中心网络(无论其规模大小)将从小处开始设计。数据中心网络的设计一直是一门需要综合考虑多因素,比较各自优先级顺序的智能权衡的科学。在未来十年,我们有望将看到核心层和POD处于高优先级而带来的更多数据中心创新。

  责任编辑:余芯

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