云計(jì)算趨勢對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的影響

　　引言

　　2005年Jeffery發(fā)布Mapreduce全新計(jì)算架構(gòu)文章，2006年亞馬遜推出EC2業(yè)務(wù)，隨后Google首次推出“云計(jì)算”概念，到2009年，云計(jì)算被主流分析機(jī)構(gòu)認(rèn)為是戰(zhàn)略IT技術(shù)之首。云計(jì)算成為未來業(yè)務(wù)提供模式也得到廣泛的認(rèn)同，圍繞著云計(jì)算的許多新技術(shù)創(chuàng)新以及新模式，不斷推動云計(jì)算從試點(diǎn)和構(gòu)想階段，進(jìn)入到優(yōu)化和實(shí)用階段。在該階段，云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)如何結(jié)合新的趨勢，更好地支撐云計(jì)算從試點(diǎn)到實(shí)用階段的轉(zhuǎn)型，顯得尤為關(guān)鍵。

　　1 云計(jì)算趨勢

　　1.1 持續(xù)整合與優(yōu)化IT架構(gòu)，向云計(jì)算遷移

　　近幾年來， 各企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)都在持續(xù)整合和優(yōu)化其IT架構(gòu)，目前效果開始顯現(xiàn)。以IBM為例，其已將200多個(gè)數(shù)據(jù)中心整合為12個(gè)，并利用虛擬化進(jìn)一步整合資源，減少了93%的軟件license費(fèi)用，通過數(shù)據(jù)中心和IT架構(gòu)的整合為IBM帶來了41億美元的效益。再如華為，一直在推動虛擬化以及桌面云的應(yīng)用，到目前為止已有幾百臺服務(wù)器實(shí)施了虛擬化，有效提高了業(yè)務(wù)提供的可靠性；其上海研究所1萬多臺PC桌面云的成功應(yīng)用開始向其它研究所推廣，深圳、北京、西安等都規(guī)模部署桌面云，有效提高了員工的工作效率，節(jié)約了公司的信息化成本。

　　與此同時(shí)，企業(yè)也在積極將其IT業(yè)務(wù)逐步向云計(jì)算平臺遷移。根據(jù)IDC的報(bào)告，2011年有80%的企業(yè)應(yīng)用是在云平臺上開發(fā)的，到2014年，將有30%的企業(yè)應(yīng)用費(fèi)用花在云計(jì)算供應(yīng)的業(yè)務(wù)上。

　　影響：由于整合以及虛擬化應(yīng)用使服務(wù)器的密度以及利用率提升，云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)將對設(shè)備性能和端口密度提出較高要求。

　　1.2 云計(jì)算業(yè)務(wù)流量和大數(shù)據(jù)快速增長

　　預(yù)計(jì)2015年將有150億個(gè)終端和超過30億用戶接入互聯(lián)網(wǎng)，全球數(shù)據(jù)中心IP流量年平均增長率為33%；同時(shí)2016年數(shù)據(jù)將增長到4.8ZB?；ヂ?lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)爆發(fā)式發(fā)展，尤其是社交網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)等快速發(fā)展以及移動終端的智能化，推動互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化信息的快速增長，同時(shí)企業(yè)信息化進(jìn)程和物聯(lián)網(wǎng)的興起也正在推動企業(yè)信息的爆發(fā)。據(jù)IDC預(yù)計(jì)，2011年全球的信息總量達(dá)到1.8ZB，下一個(gè)10年，全球存儲數(shù)據(jù)的服務(wù)器數(shù)量將增加10倍，有待管理的數(shù)據(jù)量將增加50倍。

　　這些猛增的大數(shù)據(jù)以非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主，將成為企業(yè)的戰(zhàn)略資產(chǎn)，如何低成本有效維護(hù)這些數(shù)據(jù)，以及從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)新的商業(yè)機(jī)會， 成為企業(yè)面臨的新問題。以銀行為例，每年積累的個(gè)人、公司的賬戶交易和流水信息在逐年增加，而這些數(shù)據(jù)也是企業(yè)的重要資產(chǎn)，企業(yè)需要低成本地維護(hù)好大量的歷史賬戶信息。目前，部分銀行開始采用低成本的Hadoop計(jì)算存儲架構(gòu)來處理和維護(hù)這些信息，取得了良好經(jīng)濟(jì)效果，有效地節(jié)約了成本。影響：云計(jì)算業(yè)務(wù)流量的激增，帶來了對高性能網(wǎng)絡(luò)的需求；與此同時(shí)，面對數(shù)量巨大的大數(shù)據(jù)處理，業(yè)務(wù)模式也發(fā)生了變化，尤其是Hadoop的低成本軟件架構(gòu)，從評估來看，該種業(yè)務(wù)架構(gòu)將更依賴于網(wǎng)絡(luò)的帶寬、可靠性、適當(dāng)緩存以及信令優(yōu)先級保證等因素。

　　1.3 服務(wù)器正在經(jīng)歷由GE向10GE轉(zhuǎn)變的變革期

　　2012年3月，占x86服務(wù)器市場70%~80%份額的英特爾公司發(fā)布了以新一代至強(qiáng)E5處理器為核心的Romley平臺。這是一個(gè)為云計(jì)算而生的服務(wù)器平臺，帶來了包括處理器、芯片組、主板設(shè)計(jì)和外圍擴(kuò)展在內(nèi)的全方位解決方案。該服務(wù)器采用低功耗和模塊化的10GE以太網(wǎng)LOM設(shè)備，即主板直接出10GBase-T接口，這樣使得服務(wù)器在具有更強(qiáng)大的處理能力的同時(shí)，也提供更快的互連和更高速的IO，突破了GE時(shí)代低速IO的諸多限制，這也將開啟10GE服務(wù)器時(shí)代。

　　據(jù)IDC預(yù)計(jì)， 數(shù)據(jù)中心端口將在2012－2014年之間實(shí)現(xiàn)GE與10GE端口數(shù)量之間的交叉， 即10GE端口數(shù)量超過GE端口數(shù)量。隨著10GE服務(wù)器的推出和成熟商用，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心也將進(jìn)一步提升其計(jì)算能力和性能，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速和高效的處理。

　　影響：隨著Intel平臺的發(fā)布以及Broadcom低功耗10G電口芯片推出，2012年下半年到2013年，大多數(shù)最新的高端服務(wù)器將向10GE以太網(wǎng)邁進(jìn)，同時(shí)下一個(gè)10年將是10GE的時(shí)代。

　　1.4 計(jì)算時(shí)代關(guān)注開放的生態(tài)鏈

　　云計(jì)算涉及到云應(yīng)用、云管理平臺、虛擬化平臺、分布式存儲架構(gòu)、中間件、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲等諸多環(huán)節(jié)，提供端到端解決方案是非常困難的事情，云計(jì)算的開放主要通過平臺的開源和對外的接口開放，來實(shí)現(xiàn)集成與被集成。

　　在云平臺的開源方面， 最好的一個(gè)例子就是OpenStack。該平臺良好的擴(kuò)展性吸引大量的云計(jì)算IT公司，自2010年發(fā)布以來已經(jīng)增長到2100個(gè)項(xiàng)目成員，來自144家公司；部分企業(yè)已推出商用的OpenStack解決方案，據(jù)預(yù)計(jì)，2013年OpenStack將在私有云和公共云領(lǐng)域被規(guī)模采用。

　　云平臺廠商在參與開源項(xiàng)目的同時(shí)也積極將各自平臺開放出來，為合作伙伴提供更好更完善的合作解決方案。亞馬遜推出EC2的同時(shí)推出開放的API，日前亞馬遜與開源的對手Eucalyptus形成戰(zhàn)略聯(lián)盟，進(jìn)一步開放API幫助Eucalyptus提供更豐富的EC2業(yè)務(wù)。再如微軟的Hyper-V虛擬化平臺，將其Hyperviser層較為完整地開放，其他企業(yè)可基于此平臺快速地開發(fā)特色的虛擬交換機(jī)以及虛擬增值業(yè)務(wù)。

　　隨著云計(jì)算推進(jìn)， S D N（Software Defined Network, 軟件定義網(wǎng)絡(luò)）也正在被熱炒，目前雖然還未有定論，但基本上有兩個(gè)共識：第一是集中“控制”，這里控制可以是狹義的控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離，也可以是針對部分業(yè)務(wù)的集中控制；第二是網(wǎng)絡(luò)的開放和可編程，即將網(wǎng)絡(luò)能力進(jìn)一步開放出來。

　　影響：針對網(wǎng)絡(luò)而言SDN是一個(gè)非常好的例子。云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)一方面把網(wǎng)絡(luò)的能力進(jìn)一步開放出來，另一方面就是更好地讓其他廠商集成自己，并融入到云計(jì)算的產(chǎn)業(yè)鏈，為客戶提供完善的云計(jì)算解決方案。

　　2 云計(jì)算趨勢對網(wǎng)絡(luò)的影響

　　從以上趨勢：如云計(jì)算的整合與優(yōu)化、業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)增長、10GE時(shí)代到來以及開放等，可以看出業(yè)務(wù)的不斷變革也推動網(wǎng)絡(luò)的不斷變化。由圖1可以看出云計(jì)算業(yè)務(wù)變化對網(wǎng)絡(luò)連接性提出更高的要求。

圖1 云計(jì)算業(yè)務(wù)變化對網(wǎng)絡(luò)連接性的影響

　　從網(wǎng)絡(luò)本身來看，隨著云計(jì)算趨勢的推動，以往以園區(qū)交換機(jī)構(gòu)建的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能適應(yīng)云計(jì)算的發(fā)展，因此近兩年來，各個(gè)廠商也在不斷推出自己定義的數(shù)據(jù)中心交換機(jī)，雖然大家的定義是不同的，但有一點(diǎn)比較清晰就是支撐云計(jì)算。由此可見，云計(jì)算正深遠(yuǎn)影響著網(wǎng)絡(luò)的變革，從以上分析可歸納出幾個(gè)關(guān)鍵影響和需求。

　　1） 推動網(wǎng)絡(luò)的彈性提升。網(wǎng)絡(luò)的彈性主要有三個(gè)方面：一方面是針對計(jì)算性能的，如服務(wù)器部署的密度，10GE網(wǎng)卡快速增長，服務(wù)器虛擬化使服務(wù)器性能提升，網(wǎng)絡(luò)的性能也應(yīng)該是有彈性的，既可支持高密GE服務(wù)器接入，也能支持高密10GE服務(wù)器接入，并具有良好的性能可演進(jìn)性；另一方面是虛擬機(jī)遷移應(yīng)用，針對虛擬機(jī)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)配置如VLAN 、QoS和安全等，也需要動態(tài)遷移而無需人工參與，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置的彈性；最后就是針對多租戶的邏輯網(wǎng)絡(luò)資源快速部署，更好地配合計(jì)算資源的靈活供應(yīng)。因此網(wǎng)絡(luò)的彈性對于支撐云計(jì)算是至關(guān)重要的。

　　2） 需要簡化網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)維。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的規(guī)模越來越大，且新技術(shù)應(yīng)用（如大二層網(wǎng)絡(luò)）需要提供豐富的運(yùn)維手段和工具，以簡化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理；同時(shí)，隨著云計(jì)算資源的快速部署，網(wǎng)絡(luò)資源也需要自動地快速部署，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算業(yè)務(wù)的快速供應(yīng)；最后，服務(wù)器虛擬化給網(wǎng)絡(luò)帶來的最大改變就是vSwitch，即虛擬網(wǎng)絡(luò)，目前與物理網(wǎng)絡(luò)的管理是割裂的，如何把物理網(wǎng)絡(luò)和虛擬網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管理起來，也是簡化網(wǎng)絡(luò)管理的關(guān)鍵。

　　3） 需要開放的網(wǎng)絡(luò)。云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)是一個(gè)連通的平臺，所以開放的網(wǎng)絡(luò)是非常關(guān)鍵的。首先，作為云計(jì)算一種資源的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該為云計(jì)算平臺所管理，即網(wǎng)絡(luò)能開放給云計(jì)算平臺，被其管理和自動化部署；其次，隨著服務(wù)器虛擬化的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)需要與虛擬化平臺更好地結(jié)合；最后，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該提供開放的平臺，根據(jù)云計(jì)算業(yè)務(wù)需要增刪網(wǎng)絡(luò)增值業(yè)務(wù)。通過網(wǎng)絡(luò)的開放性與云計(jì)算、虛擬化平臺等很好地融合，形成完整的高效低成本的云計(jì)算解決方案，顯得尤為關(guān)鍵。

　　3 對未來云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的幾點(diǎn)思考

　　彈性網(wǎng)絡(luò)、易管理網(wǎng)絡(luò)和開放的網(wǎng)絡(luò)，這3個(gè)需求的提出是適應(yīng)未來云計(jì)算的支撐關(guān)鍵。面對云算的新變化和趨勢，許多廠商提出了自己的思路和方案，其中比較典型的有兩個(gè)：一是把網(wǎng)絡(luò)看做一臺完整設(shè)備，即一個(gè)核心和多個(gè)拉遠(yuǎn)的線卡，提供高性能、完全的流量負(fù)載均衡和真正集中管理控制的網(wǎng)絡(luò)平臺，最新實(shí)現(xiàn)由于技術(shù)問題無法克服，不得不退而求其次，放棄理想平臺的部分思路；另一個(gè)是重新定義網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)架構(gòu)，并完全開放網(wǎng)絡(luò)的能力。從當(dāng)前來看，這兩種方式都存在致命的缺陷，并增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度。

　　筆者認(rèn)為理想的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下，假定數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)黑盒，首先它應(yīng)：無阻塞，保證點(diǎn)到點(diǎn)之間性能是等同的；可自愈，無需任何外部部件參與，網(wǎng)絡(luò)可以提供和保持基本連通能力；即插即用，任意網(wǎng)絡(luò)部件插入即可使用。這樣的網(wǎng)絡(luò)就是基本網(wǎng)絡(luò)和連接的平臺，提供一個(gè)物理的網(wǎng)絡(luò)連接的服務(wù)。

　　其次，它是一個(gè)持續(xù)演進(jìn)的彈性平臺，應(yīng)具有：性能可演進(jìn)，滿足10GE服務(wù)器以及未來40/100GE的服務(wù)器接入；業(yè)務(wù)可演進(jìn)性，例如，未來演進(jìn)到IPv6網(wǎng)絡(luò)是否需要網(wǎng)絡(luò)整體升級，再如FCoE的整網(wǎng)融合是否可以平滑演進(jìn)。最后，它是開放的。一方面是網(wǎng)絡(luò)能力的開放，根據(jù)業(yè)務(wù)需求把網(wǎng)絡(luò)的能力開放給上層應(yīng)用和業(yè)務(wù)；另一方面網(wǎng)絡(luò)能與其他云計(jì)算廠商快速集成，形成特色云計(jì)算解決方案。

　　綜上所述，云計(jì)算仍處于變革期，從熱炒到試點(diǎn)再到實(shí)用，在這個(gè)過程中企業(yè)在整合業(yè)務(wù)的同時(shí)，也應(yīng)思考如何遷移到云計(jì)算平臺上，如何更加有效地降低成本、提升效率是其中的關(guān)鍵。面對云計(jì)算的變革期，網(wǎng)絡(luò)需要具備高彈性、高擴(kuò)展性、易管理和開放性。整體來看，未來云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)無阻塞、可自愈、即插即用的黑盒網(wǎng)絡(luò)平臺，可持續(xù)演進(jìn)，并提供開放的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，以適應(yīng)快速變化的云計(jì)算業(yè)務(wù)需求。

來源：CIO時(shí)代網(wǎng)

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