云计算数据中心(一)

云计算（第三版）CLOUDCOMPUTINGThirdEdition第9章云计算数据中心(一)9.1云数据中心的特征9.2云数据中心网络部署9.3绿色节能技术9.4自动化管理9.5容灾备份9.1云数据中心的特征49.1云数据中心的特征Facebook、谷歌、亚马逊等在多地建立了自己的大规模数据中心59.1云数据中心的特征高设备利用率绿色节能高可用性自动化管理1234采用虚拟化技术进行系统和数据中心整合,优化资源利用率、简化管理通过先进的供电和散热技术，降低数据中心的能耗当网络扩展或升级时，网络能够正常运行，对网络的性能影响不大。云数据中心应是24×7小时无人值守并可远程管理的。云数据中心的几个特征9.1云数据中心的特征9.2云数据中心网络部署9.3绿色节能技术9.4自动化管理9.5容灾备份7网络拓扑规模带宽容错性扩展性布线

复杂性成本兼容性配置开销流量隔离灵活性FatTree中中中中较高较高高较高无低VL2大大中中较高较高中较高无中OSA小大差中较低较高低中无高WDCN小大较好中较低中中中无高DCell大较大较好较好高较高中较高无较高FiConn大较大较好较好较高中中较高无较高BCube小大好较好高较高中较高无较高MDCube大大较好较好高高中较高无较高9.2云数据中心网络部署为了适应新型应用的需求，数据中心网络需要在低成本的前提下满足高扩展性、低配置开销、健壮性和节能的要求。文献[4]对目前的数据中心网络体系结构做了对比，见下表：9.2云数据中心网络部署9.2.1改进型树结构9.2.2递归层次结构9.2.3光交换网络9.2.4无线数据中心网络9.2.5软件定义网络9图9-1FatTree网络拓扑结构9.2云数据中心网络部署改进型树结构10消除了树形结构上层链路对吞吐量的限制为内部节点间通信提供多条并行链路横向扩展的尝试降低了构建数据中心网络的成本与现有数据中心网络使用的以太网结构和IP配置的服务器兼容9.2云数据中心网络部署改进型树结构与传统层次结构相比，FatTree结构有如下特点：但是，FatTree的扩展性受限于核心交换机端口数量，目前比较常用的是48端口10G核心交换机，在3层树结构中能够支持27648台主机。119.2云数据中心网络部署改进型树结构微软数据中心采用了VL2架构，VL2是一套可扩展并十分灵活的网络架构。123扁平寻址，这可以允许服务实例被放置到网络覆盖的任何地方。负载均衡将流量统一的分配到网络路径。终端系统的地址解析拓展到巨大的服务器池。使用CLOS拓扑结构建立扁平的第二层网络。核心思想在VL2的体系结构中，应用程序使用服务地址通信而底层网络使用位置信息地址进行转发，这使得虚拟机能在网络中任意迁移而影响服务质量。12VL2仍然采用三层拓扑结构进行交换机级联。但不同的是，VL2中的各级交换机之间都采用10Gbps端口以减小布线开销。9.2云数据中心网络部署改进型树结构13在VL2中，IP地址仅仅作为名字使用，没有拓扑含义。VL2的寻址机制将服务器的名字与其位置分开。VL2使用可扩展、可靠的目录系统来维持名字和位置间的映射。当服务器发送分组时，服务器上的VL2代理开启目录系统以得到实际的目的位置，然后将分组发送到目的地。VL2是目前最易用于对现有数据中心网络改造的结构，但VL2依赖于中心化的基础设施来实现2层语义和资源整合，面临单点失效和扩展性问题。9.2云数据中心网络部署改进型树结构9.2云数据中心网络部署9.2.1改进型树结构9.2.2递归层次结构9.2.3光交换网络9.2.4无线数据中心网络9.2.5软件定义网络159.2云数据中心网络部署递归层次结构构建高层次网络时，需要的低层网络的个数等于每个低层网络中的服务器个数加1，其拓扑结构如图所示。169.2云数据中心网络部署递归层次结构179.2云数据中心网络部署递归层次结构BCube使用交换机构建层次化网络，网络中主要包括服务器和交换机两种组件。一个BCubek有N=nk+1个服务器和k+1层交换机，每一层有nk个n端口交换机。9.2云数据中心网络部署9.2.1改进型树结构9.2.2递归层次结构9.2.3光交换网络9.2.4无线数据中心网络9.2.5软件定义网络199.2云数据中心网络部署光交换网络209.2云数据中心网络部署光交换网络9.2云数据中心网络部署9.2.1改进型树结构9.2.2递归层次结构9.2.3光交换网络9.2.4无线数据中心网络9.2.5软件定义网络22无线技术可以在不必进行重新布线的情况下灵活调整拓扑，省去了复杂的布线工作，但无线技术在提供足够带宽的前提下，其传输距离是有限的，因而限制了其在大规模数据中心的部署。9.2云数据中心网络部署无线数据中心网络9.2云数据中心网络部署9.2.1改进型树结构9.2.2递归层次结构9.2.3光交换网络9.2.4无线数据中心网络9.2.5软件定义网络249.2云数据中心网络部署软件定义网络软件定义网络（SoftwareDefinedNetworking，SDN）作为新的网络架构成为最近学术界关注的热点，美国GENI、Internet2、欧洲OFELIA和日本的JGN2plus先后展开对SDN的研究和部署。SDN相关的工作主要在三个相关组织开展开放网络基金会ONF（OpenNetworkingFoundation）定义的OpenFlow架构IETF的SoftwareDrivenNetwork架构ETSI的NetworkFunctionVirtualization架构25应用层控制层基础设施层应用程序SDN控制软件网络程序APIAPIAPI网络设备网络设备网络设备网络设备网络设备控制和数据平面接口（如OpenFlow）9.2云数据中心网络部署软件定义网络26图9-10OpenFlow交换机及网络9.2云数据中心网络部署软件定义网络279.2云数据中心网络部署软件定义网络Go