数据中心网络架构分析（数据中心主流计算架构）
今天给各位分享数据中心网络架构分析的知识，其中也会对数据中心主流计算架构进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！
本文目录一览：
- 1、数据中心适合使用什么样的网络架构
- 2、数据中心的的网络拓扑结构是怎样分的？
- 3、数据中心为什么需要大二层网络
- 4、数据中心是什么？其系统结构和工作原理是怎样的呢？
- 5、数据中心的构成是怎么样的
- 6、云计算数据中心光互连网络架构
数据中心适合使用什么样的网络架构
传统的数据中心主要是依据功能进行区域划分，例如WEB、APP、DB，办公区、业务区、内联区、外联区等等。不同区域之间通过***和安全设备互访，保证不同区域的可靠性、安全性。同时，不同区域由于具有不同的功能，因此需要相互访问数据时，只要终端之间能够通信即可，并不一定要求通信双方处于同一VLAN或二层网络，数据中心机房相关的MPO/MTP数据中心等我们一般用菲尼特的。
数据中心的的网络拓扑结构是怎样分的？
星型拓扑结构
集中式网络
环型网络拓扑结构
总线拓扑结构 分布式拓扑结构
树型拓扑结构
网状拓扑结构
蜂窝拓扑结构
混合型拓扑结构
数据中心为什么需要大二层网络
数据中心为什么需要大二层网络？
在开始之前，首先要明确一点，大二层网络基本上都是针对数据中心场景的，因为它实际上就是为了解决数据中心的服务器虚拟化之后的虚拟机动态迁移这一特定需求而出现的。对于普通的园区网之类网络而言，大二层网络并没有特殊的价值和意义（除了某些特殊场景，例如WIFI漫游等等）。
所以，我们现在所说的大二层网络，一般都是指数据中心的大二层网络。
1 传统数据中心网络架构
我们看到，这种网络架构其实和园区网等网络的架构是一样的，这种架构相当于零售行业的“加盟店”形式，而与之相对应的“三层到边缘”架构，以及我们下面要谈到的“大二层”架构，就相当于“直营店”了。
之所以***用这种网络架构，是因为这种架构非常成熟，相关的二三层网络技术（二层VLAN+xSTP、三层路由）都是成熟的技术，可以很容易的进行部署，也符合数据中心分区分模块的业务特点。
但是这种网络架构对于数据中心来说，其实是隐藏着一个弱点的，是什么呢？
2 服务器虚拟化趋势
由于传统的数据中心服务器利用率太低，平均只有10% 15%，浪费了大量的电力能源和机房***。所以出现了服务器虚拟化技术。
服务器虚拟化技术是把一台物理服务器虚拟化成多台逻辑服务器，这种逻辑服务器被称为虚拟机（VM），每个VM都可以独立运行，有自己的OS、APP，当前也有自己独立的MAC地址和IP地址，它们通过服务器内部的虚拟交换机（vSwitch）与外部实体网络连接。
通过服务器虚拟化，可以有效地提高服务器的利用率，降低能源消耗，降低客户的运维成本，所以虚拟化技术目前得到了广泛的应用。（至于为啥有这些好处，我就懒得去说了，有兴趣的话可以自己问一下度娘，总之服务器虚拟化就是个好东东啦）
PS：VMware是服务器虚拟化领域的市场领先产品和创新品牌，提供一整套VM解决方案的软件。除了VMware之外，业界还有微软Hyper-V和Xen等服务器虚拟化软件。
3 虚拟机动态迁移
我们继续回到数据中心网络上来。
本来，服务器虚拟化对于数据中心网络来说，也没啥特别大的影响，无非就是接入的主机规模变大一些而已（原来一台物理服务器算一个主机，现在每个VM算一个主机），还是可以用二三层网络架构来连接的，规模变大了，多划分一些二层域就行。
但是服务器虚拟化之后，带来了一项伴生的技术，那就是虚拟机动态迁移，这就给传统的数据中心网络带来了很大的麻烦。当然在讲麻烦之前，我们先得搞清楚虚拟机动态迁移是怎么回事。
所谓虚拟机动态迁移，就是在保证虚拟机上服务正常运行的同时，将一个虚拟机系统从一个物理服务器移动到另一个物理服务器的过程。该过程对于最终用户来说是无感知的，从而使得管理员能够在不影响用户正常使用的情况下，灵活调配服务器***，或者对物理服务器进行维修和升级。
说白了，动态迁移就是让虚拟机搬家，但是要求搬家的时候，虚拟机上运行的业务还不会中断，外面的用户察觉不到。
搞清楚虚拟机动态迁移是怎么回事之后，我们来看到底这个技术给网络带来了什么麻烦。
4 虚拟机动态迁移对网络的影响
对于数据中心来说，二三层网络架构是有一个弱点的，那是什么弱点呢？这个弱点就是服务器的位置不能随便在不同二层域之间移动。
因为一旦服务器迁移到其他二层域，就需要变更IP地址，TCP连接等运行状态也会中断，那么原来这台服务器所承载的业务就会中断，而且牵一发动全身，其他相关的服务器（比如WEB-APP-DB服务器之间都是相互关联的）也要变更相应的配置，影响巨大。
（这和园区网不一样，园区网里面接入的办公PC等，换一个办公区，换一个二层域，重新获取一下IP地址，对于业务来说，几乎没什么影响）。
幸好在传统的数据中心中，物理服务器位置的跨二层域迁移的场景是非常少见的，而且即使发生迁移，也都是物理层面的，业务肯定都已经中断了，更换IP地址所以这个隐患并不明显。
但是在服务器虚拟化之后，虚拟机的动态迁移会成为一种经常出现的场景。为了保证迁移时业务不中断，就要求在迁移时，不仅虚拟机的IP地址不变，而且虚拟机的运行状态也必须保持原状（例如TCP会话状态），所以虚拟机的动态迁移只能在同一个二层域中进行，而不能跨二层域迁移。
而传统的二三层网络架构限制了虚拟机的动态迁移只能在一个较小的局部范围内进行，应用受到了极大的限制。
所以，为了打破这种限制，实现虚拟机的大范围甚至跨地域的动态迁移，就要求把VM迁移可能涉及的所有服务器都纳入同一个二层网络域，这样才能实现VM的大范围无障碍迁移。
就好比你原来住在南京，现在迁移到苏州了，原来各城市的社保系统是独立的（小二层网络），所以你要办理社保关系迁移（IP地址变更），办过的人都知道这有多痛苦。
而据说从2015年开始整个江苏省的社保系统现在纳入统一管理了（大二层网络），那么从南京迁移到苏州，人过去就行了，社保关系不需要任何变更（IP地址不变，业务不中断）。
这就是大二层网络！一个真正意义的大二层网络至少要能容纳1万以上的主机，才能叫做大二层网络。
数据中心是什么？其系统结构和工作原理是怎样的呢？
数据中心是企业的业务系统与数据***进行集中、集成、共享、分析的场地、工具、流程等的有机组合。从应用层面看，包括业务系统、基于数据仓库的分析系统；从数据层面看，包括操作型数据和分析型数据以及数据与数据的集成/整合流程；从基础设施层面看，包括服务器、网络、存储和整体IT
运行维护服务。
数据中心的建设目标是：1、全面建成公司总部和网省公司两级数据中心，逐步实现数据及业务系统的集中；
2、建立企业数据仓库，提供丰富的数据分析展现功能；3、实现数据的唯一性与共享性；4、建立统一的安全体系，保证数据及业务系统的访问安全；5、结合数据中心建设，完善数据交换体系，实现两级数据中心间的级联；6、实现网络、硬件、存储设备、数据、业务系统和管理流程、IT***购流程、数据交换流程的统一集中；7、统一的信息管理模式及统一的技术架构，能够迅速地实施部署各种IT系统，提升管理能力。
数据中心***用总部和网省两级进行部署，两级数据中心通过数据交换平台进行数据的级联。
数据中心逻辑架构包含：应用架构、数据架构、执行架构、基础架构（物理架构）、安全架构、运维架构。
应用架构：应用架构是指数据中心所支撑的所有应用系统部署和它们之间的关系。
数据架构：数据架构是指每个应用系统模块的数据构成、相互关系和存储方式，还包括数据标准和数据的管控手段等。
执行架构：执行架构是指数据仓库在运行时态的关键功能及服务流程，主要包括ETL（数据的获取与整合）架构和数据访问架构。
基础架构（物理架构）：为上层的应用系统提供硬件支撑的平台（主要包括服务器、网络、存储等硬件设施）。
安全架构：安全架构覆盖数据中心各个部分，包括运维、应用、数据、基础设施等。它是指提供系统软硬件方面整体安全性的所有服务和技术工具的总和。
运维架构：运维架构面向企业的信息系统管理人员，为整个信息系统搭建一个统一的管理平台，并提供相关的管理维护工具，如系统管理平台、数据备份工具和相关的管理流程。
数据的获取与整合也叫ETL（Extract，Transact，Load），是在确定好数据集市模型并对数据源进行分析后，按照分析结果，从应用系统中抽取出与主题相关的原始业务数据，按照数据中心各存储部件的要求，进行数据交换和装载。数据的获取与整合主要分为数据抽取、数据转换、数据装载三个步骤。
ETL
的好坏，直接影响到数据集市中的数据质量。
数据仓库区是专门针对企业数据整合和数据历史存储需求而组织的集中化、一体化的数据存储区域。数据仓库由覆盖多个主题域的企业信息组成，这些信息主要是低级别、细粒度数据，同时可以根据数据分析需求建立一定粒度的汇总数据。它们按照一定频率定期更新，主要用于为数据集市提供整合后的、高质量的数据。数据仓库侧重于数据的存储和整合。
数据集市是一组特定的、针对某个主题域、部门或用户分类的数据集合。这些数据需要针对用户的快速访问和数据输出进行优化，优化的方式可以通过对数据结构进行汇总和索引实现。借助数据集市可以保障数据仓库的高可用性、可扩展性和高性能
数据中心的构成是怎么样的
数据中心系统总体设计思想是以数据为中心，按照数据中心系统内在的关系来划分，数据中心系统的总体结构由基础设施层、信息***层、应用支撑层、应用层和支撑体系五大部分构成。如下图所示：
数据中心总体架构
数据中心系统总体架构
数据中心从顶层上规划总体技术架构、设计技术路线和方法，保证网络、数据***、应用系统、安全系统等各要素之间构成一个有机的整体，实现企业(机构)数据***管理的联动和信息的及时监测、汇总与分析。具体各层介绍如下：
(1)基础设施层
基础设施层是指支持整个系统的底层支撑，包括机房、主机、存储、网络通信环境、各种硬件和系统软件。
(2)信息***层
信息***层包括数据中心的各类数据、数据库、数据仓库，负责整个数据中心数据信息的存储和规划，涵盖了信息***层的规划和数据流程的定义，为数据中心提供统一的数据交换平台。
(3)应用支撑层
应用支撑层构建应用层所需要的各种组件，是基于组件化设计思想和重用的要求提出并设计的，也包括***购的第三方组件。
(4)应用层
应用层是指为数据中心定制开发的应用系统，他包括标准建设类应用、***集整合类应用、数据服务类应用和管理运维类应用，以及服务于不同对象的企业信息门户(包括内网门户和外网门户)。
(5)支撑体系
支撑体系包括标准规范体系、运维管理体系、安全保障体系和容灾备份体系。容灾备份体系在传统的数据中心系统中隶属于安全保障体系，随着数据地位的提高，容灾备份已自成体系。安全保障体系侧重于数据中心的立体安全防护，容灾备份体系专注于数据中心的数据和灾难恢复。
云计算数据中心光互连网络架构
数据中心是云计算的核心支持平台，云计算的发展对数据中心网络架构提出了严峻的挑战，传统电互连网络架构难以在带宽、设备开销、能耗、管理复杂度等方面同时满足云应用的要求，因此以低能耗、低开销、高带宽为特点的光互连网络架构出现并受到研究人员的广泛关注。
通过广泛的接入模式、共享的***架构、按需的服务部署及灵活的容量扩展，云计算在近年来获得了广泛的部署和应用。数据中心是云计算的核心支撑平台，随着云应用的广泛部署，数据中心的通信模式和业务需求出现了根本性变化，这些变化具体包括：
(1)数据中心的网络规模和负载出现了指数级增长；
(2)主要的流量模式由传统“南北向流量”转变为“东西向 流 量”；
(3)更 多 时 延 敏 感 和 数 据 密集型业务在数据中心内运行；
(4)一些虚拟化技术，如虚拟机实时迁移，需要网络提供更好的支持，这些变化对数据中心网络架构提出了更高的要求，传统数据中心网络在对分带宽、传输时延、网络可扩展性、容错性、***利用率等方面均无法满足云业务的需求。对此，研究人员提出了新的电互连网络架构， 如Fat Tree、VL2、DCell、BCube、CamCube和Snowflake等。尽管上述架构能够有效满足新的云业务要求并改善数据中心的网络性能，但这些网络架构同时也带来了拓扑结构复杂、线缆开销过大、设备数量过多、网络能耗难以优化等问题。究其根本原因在于，随着网络容量的指数级增长，基于COME的电子元件几乎达到了其带宽的上限,因此，光互连技术得到研究人员的极大关注。与电互连技术相比，光互连技术能够更好地满足云计算数据中心对能耗和带宽的需求，尤其随着绿色计算、GreenCloud等概念的提出，数据中心光互连技术成为网络节能的重要方式。
近年来，结合云计算数据中心的流量模式和新型光交换器件，研究人员提出了多种新的光互连网络架构，实验和仿真表明，这些架构在吞吐、时延、灵活性、能耗等方面优于传统的电互连网络架构，但相对于电互连网络，工业
界和学术领域对于数据中心光互连网络的研究尚处于起步阶段，其中很多技术挑战尚未得到很好的解决，随着云计算的发展，服务、计算、存储、网络将进一步融合为一个整体方案，相对于发展迅速的计算技术和存储技术，网络技术的革新相对缓慢。因此，深入研究数据中心网络，尤其是具有革新性的光互连网络，对于未来网络技术和云计算技术的创新发展都具有重要的意义。
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