浅谈：数据中心网络架构的演进

数据中心网络架构演进

● 传统三层网络架构

传统企业数据中心因一些业务应用，为满足网络的组网，广播功能及网络桥接和清晰分层，一般都采用分层模块化设计。在传统的大型数据中心，网络通常呈三层网络架构，分别是：

○  Access Layer（接入层）：接入交换机通常位于机架顶部，也被称为ToR交换机，用于连接所有的计算节点，在数据中心中，以机柜交换机的形式存在；

○  Aggregation Layer（汇聚层）：汇聚交换机连接Access交换机，做网关及路由策略等功能，同时各种防火墙，负载均衡业务也在此部署。

○  Core Layer（核心层）：核心交换机为进出数据中心的包提供高速转发，用于汇聚层的互联，并实现整个数据中心与外部网络的三层通信。

传统三层网络架构示意图

早期的数据中心大多是南北向流量（即数据中心之外的客户端到数据中心服务器之间的流量），三层网络架构可以在核心交换机统一控制数据的流入流出，实现数据流量做负载均衡。从示意图可见，汇聚交换机是L2和L3网络的分界点，汇聚交换机以下的是L2网络，以上是L3网络。每组汇聚交换机管理一个POD（Point Of Delivery），BUM报文域控制在单个汇聚POD内，汇聚层往上采用路由转发，因此服务器的迁移也就限制在POD内，影响网路在各种故障场景下的收敛。

● CLOS网络架构

随着技术发展，现代互联网数据中心没有传统网络的负担且要求资源的灵活弹性扩展，东西向流量（数据中心内的服务器之间的流量）逐渐在数据中心中占据主导地位。由于传统三层网络架构存在的问题，云计算的发展要求计算资源可灵活分配，这些催生数据中心网络架构从分层模块化转向可大规模扩展的CLOS架构。
在数据中心里CLOS架构是一个三级互连架构，包含了输入级，中间级，输出级。其设计理念是用多个小规模、低成本的单元构建复杂、大规模的网络架构。在具体应用中又被分为两种，一种是胖树（Fat-Tree）的CLOS网络架构，标志CLOS正式进入数据中心网络架构领域，胖树架构主要是无带宽的收敛，整网三级部署；另一种是二层Spine-Leaf网络架构，因为源于交换机内部的Switch Fabric，因此也被称为二层Fabric网络架构。从架构上看，可以看出传统的三层网络架构是垂直的结构，而Spine-Leaf网络架构是扁平的，更易于水平扩展。

 CLOS组网架构示意图

CLOS组网架构在数据中心的应用

CLOS网络架构已被广泛应用于大规模数据中心（large-scale datacenter）。业界对于大规模数据中心并没有明确的定义，通常来说，大规模数据中心需要一个数据中心网络集群拥有超过10万台服务器。大规模数据中心对于网络的诉求很多，包括高性能，简单可靠，弹性扩展等。目前，锐捷在互联网行业，已推出100G/400G ENA （Easy Network Architecture，简单网络架构）数据中心网络方案，将CLOS组网架构应用于互联网企业大规模数据中心网络业务，具体可帮助客户实现：

○  多业务统一承载，是下一代数据中心网络架构建设的底层逻辑，基于统一的网络架构，兼顾大数据、AI等应用类型，支撑短视频、电商等多业务混合组网；

○  超大规模的平滑扩展，采用ENA组网，实现从25G/100G架构100G/400G架构的平滑过渡和弹性扩展，单POD服务器2K+，单集群服务器5W+的服务器规模；

○  高性能低收敛转发，在带宽层面，单服务器上行双挂可支持200G，单TOR上行支持3.2T，单POD上行支持5.2T；收敛比根据上下行端口支持定制开发设计；

○  单比特功耗降低，从25G升级到100G组网，芯片工艺从16nm升级到7nm，带宽提升4倍的同时，功耗提升3.2倍，单比特功耗降低；

○  自动化智能化运维，对故障信息的收集，主动告警，热补丁等能力。在网络架构设计上，采用replay工具加载设备的数据库，模拟设备真实运行场景，用以实现在设备故障时快速恢复业务，同时也能在线下完成故障复现，提升运维效率。

锐捷100G/400G ENA数据中心方案架构示意图

数据中心网络的发展趋势

数智趋势下，数据的集中处理、存储、传输、交换和管理无一不是在构建数字经济的基础设施。网络技术驱动数据中心网络从以“数据”为中心发展到了以“算力”为中心。相较传统的数据中心网络，现代大规模数据中心网络在架构、技术上和运维都发生了巨大变革，主要表现在：

1. 网络带宽加速发展，构建高性能网络

网络支撑业务的底层连接，将网络设备上从管理平面、控制平面和数据平面进行分离，软件定义网络，用软件集中管理设备简化数据平面，让网络更智能，更简单。用先进的网络架构，实现在线和离线对业务网络的互联互通，灵活调度网络流量满足个性化业务需求，构建高带宽、低时延高性能网络才能满足日新月异的互联网业务要求。

2. 高密度异构计算集群，大规模弹性扩展

数据中心网络将从交换机网络趋向以数据互联I/O为中心的架构，通过技术和规模弹性给用户提供低成本，高可靠的网络资源。提供更加安全，稳定的网络基础设施，根据业务需要弹性扩展，用更加简单的方式降本提效是下一代数据中心网络发展的指导原则。

3. 降本提效，实现智能可视化运维

网络成本的优化，是很多互联网业务发展必不可少的一环。相比传统网络架构，大规模数据中心网络架构通过使用单芯片box设备进行构建数据中心网络，降低能耗，解决能耗瓶颈，同时在电力、散热、空间成本上进行降本提效。同时，随着网络规模不断扩大，人工运维不再现实，自动化运维部署，软件功能自动升级及故障自动告警，恢复等成为很多厂商设备建设数据中心努力的方向。

锐捷100G/400GENA数据中心网络方案产品推荐

锐捷网络，技术创新用CLOS组网架构推出100G/400G ENA 数据中心网络解决方案，推出一系列单芯片box交换机，助力大规模数据中心网络架构落地。产品推荐如下：

RG-S6510-48VS8CQ数据中心与云计算交换机

RG-S6920-4C数据中心与云计算交换机

RG-S6580-48CQ8QC数据中心与云计算交换机

RG-S6980-64QC数据中心与云计算交换机

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