互联网数据中心网络解决方案

【发布时间：2020-12-08】

数据中心规模的提升直接导致组网复杂度的跨越式升级。而在新基建大潮之下，企业和社会对各类数字基础设施的需求则有增无减。要让数据和业务在数据中心内畅行无阻，一张能够与数据中心规模相匹配的高效网络是关键。而组建高效网络的第一步便是选对网络架构。

三种数据中心场景，三种组网模型

伴随数字化转型的深入，“场景化”一度成为近两年的热词。而就在计算和存储设备还在为不同场景的需求和设计绞尽脑汁时，网络的场景化却早已在业内成为共识。

正如面对不同的通行需求人们会修建不同等级的公路，工程师们也早已根据数据中心的不同规模和应用规划了匹配的组网方案。

场景1：中小型数据中心

两级Clos架构是应用应用较早、较普遍的网络架构，现如今依然是很多行业客户的首选。对于规模总体有限的中小型数据中心来说，借由规格不断提升的交换机，我们仍能以这种简单结构组成可靠的网络。而这也正是两级Clos架构能够在中小型数据中心内大行其道的主要原因。

典型的两级Clos架构：H3C AD-DC应用驱动数据中心解决方案

在两级Clos架构中，整网设备只有两种角色，此种架构的优点是数据转发路径短，跨Leaf一跳可达，路径和时延具有很强的一致性。统一的接入方式也给上线部署和水平扩展带来了很大的便利条件，例如BGP协议的部署，策略的控制，日常维护和问题排查等。

两级Clos架构对Spine交换机的性能和可靠性要求很高，一般采用数据中心框式核心交换机产品。框式核心交换机有独立的控制平面、转发平面和支撑系统，而且采用冗余设计，这使得整个系统在可靠性上远高于盒式交换机。

新华三数据中心框式核心交换机从576*10G到576*400G的性能演进

　　两级Clos架构在和商用SDN控制器方案的适配上更成熟，结合SDN控制器可快速构建基于EVPN的网络Overlay方案，降低东西向和南北向服务链的部署难度，满足云场景下网络对VM、裸金属、容器等全形态计算资源联动的需求。

另外，该架构也同样适用于大型企业在各地部署的汇聚机房和边缘机房，用于构建边缘计算网络，缓解主干网络压力和降低访问时延。

场景2：大中型数据中心

两级Clos架构所支撑的服务器规模一般小于20000台，三级Clos架构的引入解决了两级Clos架构在网络规模上的瓶颈。三级Clos架构在两级Clos架构的中间增加了一级汇聚交换机（Pod Spine），由一组Pod Spine交换机和其下连的所有Leaf交换机一起组成一个Pod，通过Spine层交换机将多个Pod互连组成整个网络。增加Pod的数量即可实现网络的水平扩展，大幅提升了网络的扩展能力。同时，以Pod为单位进行业务部署，在适配多种业务需求、提供差异化服务等方面，三级Clos架构更具灵活性。

三级Clos架构示例

此外由于高密汇聚交换机Pod Spine的引入，Spine层的框式核心交换机突破了个位数限制，可以部署数十台，Spine层框式核心交换机提供的总端口数可用于连接数十个Pod，整个网络可以支撑服务器规模超过10万台。

新华三高密汇聚交换机从32*100G到64*400G的性能演进

另外，通过调整Pod内Pod Spine交换机的上、下行端口比例，可以灵活定义每个Pod的收敛比，在满足不同业务需求的同时还有助于降低成本，避免不必要的浪费。

场景3：大型、超大型数据中心

互联网企业总是能刷新人们对“海量”一词的认知，无论是在商业模式层面还是在基础架构层面都是如此。每分钟几亿乃至几十亿的业务对数据中心的规模提出了更高的要求，而这也带动了网络结构的再一次进化。基于盒式设备的多平面组网架构，是当前头部互联网公司采用的新架构，用于组建大规模和超大规模的数据中心网络。

基于盒式设备的多平面组网示例

不同于三级Clos架构中每台Pod Spine都需要和所有Spine层交换机全互联；新架构中的Spine层交换机被分成多组（组数与每个Pod中Pod Spine交换机数量一致），每组中的Spine交换机均可构成一个独立平面，而每个Pod中的Pod Spine交换机只需和对应平面中的Spine交换机全互联即可。

这样，整个Spine层便可连接更多的Pod，构建出支撑数十万级别服务器的超大规模网络。并且，随着盒式交换机性能的提升，该架构还可以持续的提升容量空间。

同时，由于Spine和Pod Spine使用的设备相同，整个网络在功能性、转发延迟等方面均具备高度一致性。这就为业务部署和网络调优创造了巨大的优势。并且，整个网络从100G组网向200G、400G组网以及后续更高速组网的演进上能保持同步。

未来数据中心网络

01、可视化的网络管理

从以上三种不同规模的数据中心组网方案中我们可以发现，无论何种架构，管理都是一个不可不谈的核心问题。那么，问题接踵而至：如何以更低的成本，实现更高效的网络管理？

看得到交通情况，我们才能更好地管理公路；网络的可视化也是高效管理的前提。

在实际应用中，网络可视化技术不但能够完成端到端的流量监控、风险预警、协助故障排查；更可以通过数据积累和分析，实现数据中心网络架构的优化设计。

02、智能网卡将成为网络的新末端

新华三交换机+SmartNIC+UniServer服务器的端到端解决方案

未来，智能网卡将是DCN网络中重要的组成部分，具备可编程能力的智能网卡在释放CPU资源、实现高性能转发的同时，还拥有隧道封装/解封装、虚拟交换、加解密、RDMA等功能，随着业务场景和需求的增加，越来越多的数据平面功能将由智能网卡来完成，打破了基于服务器或交换机各自实现的局限性，有望做到性能、功能和灵活性的完美平衡。

数字时代，网络进步永不停歇

中国用70年时间修出了近500万公里的各类公路，而这直接促进了社会的经济腾飞。同样的，在数据中心的发展过程中，企业对高效网络的追求也永无止境。作为数字化解决方案的领导者，崛起于网络领域的紫光股份旗下新华三集团对业务价值、数据中心和网络之间的关系也有着深刻的洞见。高效数据中心网络所串起的是数字时代之中，从数据到业务再到价值的整个链条。

新华三集团将与千行百业共同探索网络技术的新前沿，为新基建和整个数字时代铺就一条数据与价值的宽敞大路。