网络遇瓶颈:考虑叶脊网络架构

日期:2017-3-1作者:Andrew Froehlich

【TechTarget中国原创】

陪伴着现代数据中心所采用流量流的改变,过去占主导地位的三层网络架构现在已经不是理想的方案。由于虚拟化技术的发展,服务器管理员现在只需要点击鼠标,就可以轻松地将计算资源从数据中心的一个位置迁移到另一个位置。但是,底层网络本质上还是静态的。因此,如果数据流发生了显著变化,还是会造成一些不容易处理的性能问题。这种问题的一个解决方法是改为使用叶脊网络架构。

但是,什么是叶脊结构呢?而且,更重要的是——我如何知道这种架构能给我的网络带来好处呢?在本文中,我们将首先介绍为什么叶脊架构应该成为现代数据中心的首选。然后,我们将介绍阐述一些促使人们使用和实现一个叶脊结构的关键原因。

叶脊网络架构概述

尽管叶脊技术现在还被认为是一种新技术新概念,但是这种架构早在上世纪50年代就已经提出。贝尔实验室的工程师Charles Clos当时一个重要贡献就是提出了网式网络设计,它要求在两个位置之间使用多个非阻断交换路径。这种多路径设计可以启用之前阻断的端口,从而增加更大的容量。Clos网络当时是为了给公共交换电话网络增加更大的容量。在上世纪90年代,Clos的概念经过调整之后集成到了交换跨机架背板,从而大大提升单个交换机之中的端口间带宽。

而到现在,Clos设计已经扩展到LAN中,从而在数据中心内部形成一种网状无阻断互联结构。这个概念可以大大提升东西向流量容量,也能在数据中心资源之间实现更为可控的通信。这就是现在大多数网络供应商销售部门所指的叶脊架构。

叶脊网络用一种网状非阻断连接来改进流量流。

确定叶脊架构的需求

既然我们已经理解了叶脊架构的基本概念,那么我们接下来将讨论这种设计可以给数据中心带来的变化和好处。这些标志性线索可以分成3类:数据流、延迟和管理工具。

过去在客户端与服务器之间会有各种各样的数据中心数据流。这种数据流称为南北向(纵向)数据流。但是,在出现虚拟化技术之后,服务器资源现在分布于数据中心的不同物理位置上。这导致需要使用超高速的东西向(横向)数据传输。随着数据中心虚拟化程度越来越高,东西向流量也会不断增长。这就有可能在数据中心某两个位置之间的连接路径上产生瓶颈。因此,一定要密切监控东西向链路的使用状态。当它达到预定临界值的时候,可能就是应该考虑改为叶脊架构的时候了。

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陪伴着现代数据中心所采用流量流的改变,过去占主导地位的三层网络架构现在已经不是理想的方案。由于虚拟化技术的发展,服务器管理员现在只需要点击鼠标,就可以轻松地将计算资源从数据中心的一个位置迁移到另一个位置。但是,底层网络本质上还是静态的。因此,如果数据流发生了显著变化,还是会造成一些不容易处理的性能问题。这种问题的一个解决方法是改为使用叶脊网络架构。

但是,什么是叶脊结构呢?而且,更重要的是——我如何知道这种架构能给我的网络带来好处呢?在本文中,我们将首先介绍为什么叶脊架构应该成为现代数据中心的首选。然后,我们将介绍阐述一些促使人们使用和实现一个叶脊结构的关键原因。

叶脊网络架构概述

尽管叶脊技术现在还被认为是一种新技术新概念,但是这种架构早在上世纪50年代就已经提出。贝尔实验室的工程师Charles Clos当时一个重要贡献就是提出了网式网络设计,它要求在两个位置之间使用多个非阻断交换路径。这种多路径设计可以启用之前阻断的端口,从而增加更大的容量。Clos网络当时是为了给公共交换电话网络增加更大的容量。在上世纪90年代,Clos的概念经过调整之后集成到了交换跨机架背板,从而大大提升单个交换机之中的端口间带宽。

而到现在,Clos设计已经扩展到LAN中,从而在数据中心内部形成一种网状无阻断互联结构。这个概念可以大大提升东西向流量容量,也能在数据中心资源之间实现更为可控的通信。这就是现在大多数网络供应商销售部门所指的叶脊架构。

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叶脊网络用一种网状非阻断连接来改进流量流

确定叶脊架构的需求

既然我们已经理解了叶脊架构的基本概念,那么我们接下来将讨论这种设计可以给数据中心带来的变化和好处。这些标志性线索可以分成3类:数据流、延迟和管理工具。

过去在客户端与服务器之间会有各种各样的数据中心数据流。这种数据流称为南北向(纵向)数据流。但是,在出现虚拟化技术之后,服务器资源现在分布于数据中心的不同物理位置上。这导致需要使用超高速的东西向(横向)数据传输。随着数据中心虚拟化程度越来越高,东西向流量也会不断增长。这就有可能在数据中心某两个位置之间的连接路径上产生瓶颈。因此,一定要密切监控东西向链路的使用状态。当它达到预定临界值的时候,可能就是应该考虑改为叶脊架构的时候了。

另一个相似但却很难发现的线索是处理可能导致网络延迟的密集应用程序及资源。同样,由于服务器资源是分散的——而且遗留数据中心还使用单路径的树状结构,因此构成一个虚拟服务器的计算与存储组件的物理位置变得至关重要。如果部署不得当,那么这些资源相隔几个网段。这会增加延迟时间,并且最终影响许多应用程序的整体可用性。

另一方面,叶脊架构会使数据中心变得扁平化,因为叶脊交换机之间的无阻断上行链路采用的是网状设计。最终,它可以减少任意两个资源之间的网络跳数。最难的是要确定延迟是由网络造成的,而不是应用程序造成的。网络性能监控工具是一个帮助确定问题来源的重要资源。当网络延迟变得很严重时,就意味着当前的网络架构已经不满足要求了。

最一个预示着应该采用叶脊网络架构的标志是:需要找一些高级工具来完成数据中心网络的全面管理。例如,如果网络管理员无法应付应用部署需求,那么就可能需要使用叶脊网络来提供自动部署功能。

另一个例子是当需要数据中心支持多租赁分段的时候。如果是这种情况,那么现代叶脊部署带来的多租赁分配工具就是很好的选择。最后,如果应用程序和数据要求用端到端可见性去管理复杂流量流——或实现高级安全工具,那么获得这些功能的正确方式是寻找一种包含叶脊结构和软件定义网络技术的数据中心架构。

决定选择叶脊结构

不要认为叶脊网络架构只适用于有高级网络需求的大型数据中心,这是一种误解。无论是规模多大或多小,都会有很多的原因促使数据中心迁移到下一代设计。而管理员要做的工作就是了解应该如何确定这些原因。如果数据中心遇到了网络瓶颈,应用性能下降,或者要求使用更高级的网络管理工具,那么可以考虑各种叶脊架构。