網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)中心的重要組成部分，是連接數(shù)據(jù)中心大規(guī)模服務(wù)器進(jìn)行大型分布式計(jì)算的橋梁，網(wǎng)絡(luò)對(duì)于數(shù)據(jù)中心的重要性不言而喻。隨著數(shù)據(jù)中心流量從傳統(tǒng)的“南北流量”為主演變?yōu)?ldquo;東西流量”為主，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和性能提出了很高的挑戰(zhàn)，還有虛擬化技術(shù)的應(yīng)用需求，這些都需要網(wǎng)絡(luò)做出改變，這使得數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究成為技術(shù)熱點(diǎn)，傳統(tǒng)的三層(接入層、匯聚層和核心層)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)不合適新一代數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，本文就來講述一些新興的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)技術(shù)，讓大家對(duì)前沿的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究有所了解。既然是研究就會(huì)有不同的觀點(diǎn)和想法，所以針對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)面臨的各種問題，設(shè)計(jì)出現(xiàn)了很多種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。比如：Fat-Tree、VL2、Monsoon、Portland、Helios、c-Through、OSA、Flyway、WDCN等等技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)了百家爭(zhēng)鳴的景象。相信大家對(duì)這些名詞都比較陌生，本文拋磚引玉選其中主流的一些網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行詳細(xì)解讀，把脈最新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)理念趨向。

　Fat-Tree胖樹交換網(wǎng)絡(luò)

Fat-Tree網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)非常經(jīng)典，就是傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由邊緣、匯聚和核心交換網(wǎng)絡(luò)組成，形成一個(gè)樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)。不過Fat-Tree與傳統(tǒng)的三層樹形網(wǎng)絡(luò)還有不同，邊緣和匯聚網(wǎng)絡(luò)被劃分為不同的集群，在一個(gè)集群中，每臺(tái)接入設(shè)備和每臺(tái)匯聚設(shè)備都相連，構(gòu)成一個(gè)完全二分圖，每個(gè)匯聚設(shè)備與某一部分核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接，使得每個(gè)集群與任何一個(gè)核心設(shè)備都相連。Fat-Tree之所以叫胖樹網(wǎng)絡(luò)，是因?yàn)閺倪吘壍胶诵?，越靠近核心網(wǎng)絡(luò)帶寬越高，就像真實(shí)的樹，越到樹根，枝干越粗，即：從葉子到樹根，網(wǎng)絡(luò)帶寬不收斂，這是Fat-Tree能夠支撐無阻塞網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬的無收斂，胖樹網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)(根節(jié)點(diǎn)除外)都需要保證上行帶寬和下行帶寬相等，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要提供對(duì)接入帶寬的線速轉(zhuǎn)發(fā)的能力。在轉(zhuǎn)發(fā)層面，從邊緣到匯聚均采用二層網(wǎng)絡(luò)，核心采用全三層網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)，匯聚之間要轉(zhuǎn)發(fā)需要經(jīng)過核心三層轉(zhuǎn)發(fā)。

　　VL2開關(guān)網(wǎng)絡(luò)

VL2網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的提出是為了提升數(shù)據(jù)中心敏捷性，即為任何云計(jì)算上層服務(wù)和應(yīng)用分配任意數(shù)量和位置的服務(wù)器計(jì)算和存儲(chǔ)資源。VL2將網(wǎng)絡(luò)中的所有服務(wù)器通過一種虛擬的二層以太網(wǎng)連接起來，使得對(duì)于云計(jì)算的任何上層服務(wù)來說，網(wǎng)絡(luò)中所有的服務(wù)器對(duì)它都是可分配的，即所有的服務(wù)器都位于同一個(gè)服務(wù)器共享池中，從而消除了資源分片問題。這個(gè)VL2開關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮貏e適合VLB ，因?yàn)橥ㄟ^在網(wǎng)絡(luò)頂層的一個(gè)匯聚網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間接轉(zhuǎn)發(fā)流量，網(wǎng)絡(luò)可以為任何服從軟管模型的流量矩陣提供帶寬保證。同時(shí)，路由很簡(jiǎn)單且富有彈性，采用一個(gè)隨機(jī)路徑到達(dá)一個(gè)隨機(jī)匯聚網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，然后沿一個(gè)隨機(jī)路徑到達(dá)目的接入設(shè)備。VL2開關(guān)網(wǎng)絡(luò)中的各級(jí)設(shè)備之間都采用10G端口以減小布線開銷，隨著更高轉(zhuǎn)發(fā)速率的設(shè)備出現(xiàn)，現(xiàn)在采用40G互連已經(jīng)逐漸成為主流。VL2開關(guān)網(wǎng)絡(luò)中，若干臺(tái)服務(wù)器會(huì)連接到一個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，每臺(tái)接入設(shè)備與兩臺(tái)匯聚設(shè)備相連。每臺(tái)匯聚設(shè)備與所有核心設(shè)備都相連，構(gòu)成一個(gè)完全二分圖，保證足夠高的網(wǎng)絡(luò)容量。

　Helios集裝箱網(wǎng)絡(luò)

Helios網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)兩層的多根樹結(jié)構(gòu)，將所有服務(wù)器劃分為若干個(gè)集群，每個(gè)集群中的服務(wù)器連接到接入設(shè)備上，接入設(shè)備同時(shí)還與頂層的分組網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同時(shí)相連，該拓?fù)浔ＷC了服務(wù)器之間的通信可使用分組鏈路，也可使用光纖鏈路。Helios網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的管理程序可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，使流量大的數(shù)據(jù)流使用光纖鏈路進(jìn)行傳輸，流量小的數(shù)據(jù)流依然使用分組鏈路傳輸，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的最佳利用。Helios網(wǎng)絡(luò)適用于集裝箱之間的互聯(lián)，它結(jié)合光交換和電交換各自的特點(diǎn)，構(gòu)建了一種光電混合型集裝箱間互聯(lián)結(jié)構(gòu)。Helios網(wǎng)絡(luò)光電混合的特點(diǎn)使得它僅需更少的連線，建設(shè)成本更低。

　DCell網(wǎng)絡(luò)

DCell網(wǎng)絡(luò)是一種使用微型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口的服務(wù)器遞歸定義構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在DCell網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)器通過雙向的通信鏈路連接到其它服務(wù)器和幾個(gè)小型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，高層次的DCell通過低層次DCell遞歸建立的。在DCell網(wǎng)絡(luò)中，由較低層次的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)構(gòu)成較高層次的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要低層次網(wǎng)絡(luò)個(gè)數(shù)等于每個(gè)低層次網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器個(gè)數(shù)加1，互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)是每個(gè)低層次網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)服務(wù)器分別與其它每個(gè)低層次網(wǎng)絡(luò)中的某臺(tái)服務(wù)器相連。DCell網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)就是網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性好，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口數(shù)和遞歸層級(jí)不大的情況下就能容納巨大的服務(wù)器數(shù)量。具有多個(gè)端口的服務(wù)器還可以進(jìn)行路由選擇，利用多路徑傳輸，提高聚合網(wǎng)絡(luò)容量，對(duì)于多對(duì)多網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹С趾芎?，不過隨之而來的是需要每個(gè)服務(wù)器都增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，增加了服務(wù)器的開銷和擴(kuò)建網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度。當(dāng)然DCell網(wǎng)絡(luò)也不夠完美，存在底層鏈路承擔(dān)更多傳輸任務(wù)的負(fù)載不均衡問題，同時(shí)需要服務(wù)器配置更多的接口，才能擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。

除了以上介紹的這四種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其實(shí)還有十幾種主流的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)理論，比如以網(wǎng)絡(luò)為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：Monsoon、Jellyfish、OSA、WDCN、Elastic Tree、PortLand、SecondNet;以服務(wù)器為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：BCube、FiConn、雪花結(jié)構(gòu)、CayleyDC、MDCube等等。這些網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分別適用于不同、特定的場(chǎng)合，都有其獨(dú)自的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)成為近年來引人矚目的研究熱點(diǎn)，國際學(xué)術(shù)界、國際標(biāo)準(zhǔn)組織、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商、云計(jì)算提供商等都對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究給予了非常大的關(guān)注，這些促使出現(xiàn)了如此多的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)理論，可以預(yù)計(jì)在未來數(shù)年內(nèi)，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究還將持續(xù)成為焦點(diǎn)。