数据中心网络架构演变所遇的难题

　　随着云计算、虚拟化、SDN等技术在数据中心持续落地，数据中心网络到了不得不改变的时候了。为了满足这些新的技术需求，数据中心网络架构也从传统的三层网络向大二层网络架构转变，也就是新一代的数据中心将采用二层的网络架构，所有的接入设备都连接到核心网络设备上，然后通过核心设备路由转发出去。在数据中心内部完全是一个二层网络，而且为了实现跨数据中心的VM迁移，数据中心之间也可以跑二层，当前是虚拟的二层网络，基于物理三层网络来跑二层。数据中心内部网络架构向大二层转变的趋势已经无法更改，将会有越来越多的数据中心网络架构向这个方向发展。数据中心内部网络建设成为一个大的二层网络，虽然架构上清晰了，简单了，但是却带来不少的现实难题。下面就来说一说，新一代数据中心网络架构变革所遇到的难题。

　　大二层MAC容量问题

　　数据中心网络架构向着大二层方向演变，首先带来的就是MAC容量的难题。二层网络根据MAC地址来完成点到点的转发，在数据中心里拥有数千台服务器是再普通不过的了，而如今跨数据中心之间也要实现二层转发，这样就要求数据中心的核心设备MAC容量超大才行。比如一个中等城市宽带网络至少要拥有100万个家庭，要实现所有的家庭宽带上网，若都采用二层的数据中心网络，则需要核心网络设备可以处理1M的MAC容量，这对网络设备提出了很高的要求。目前能够达到1M的MAC容量的网络设备的确有，但是应用并不普遍，32K~256K是最常用的容量规格。采用1M的MAC容量设备，这样的设备往往价格很高，会给数据中心带来沉重的负担，而且这样大规格的设备使用并不普及，设备的稳定性低。很多能够达到1M的MAC容量的设备采用的都是芯片外挂TCAM来实现的，这种方式由于是通过PCI总线来访问外挂器件，访问速度自然没有芯片内快，所以这种方式的MAC学习速度并不是线速的。在一些网络环路、震荡中，这些设备就会表现出MAC学习不稳定，流量有丢包，显示有问题等一系列待解决的问题。所以在大二层的数据中心网络中，如何提升网络设备的MAC容量，是当前网络技术中急需解决的问题。如今通过技术手段达到1M以上MAC容量并不是难事，但在这种网络环境下，要保证网络运行的稳定性，还有很多的技术难题要解决。

　　环路问题

　　二层网络最常见的网络故障就是环路问题，在网络规模比较小的情况下，可以通过部署STP/MSTP这些环路协议避免环路的产生。当然STP/MSTP协议有天生的缺陷，阻塞了备用链路，造成网络带宽的严重浪费，后来又出现了TRILL新的二层网络环路协议。TRILL协议可以保证所有的链路都处于转发状态，避免了网络带宽的浪费。不过我们知道TRILL实际上要靠ISIS协议来维持TRILL协议的状态，当网络规模很大的时候，网络设备要处理大量的ISIS协议，这对网络设备是一个不小的冲击。能够拥有1M的MAC容量的网络设备，端口数量要数百个，要保证所有这些的端口的TRILL状态计算准备，并且在有网络震荡的情况下，TRILL协议仍能正确切换，这对网络设备要求很高，尤其要保证 TRILL协议的切换速度。比如像STP协议，在正常切换的情况下，速度都要30秒，而若网络规模比较大，则所花费的时间会更长，达到分钟级别都是有可能的。TRILL协议也是如此，ISIS协议并不是快速收敛的协议，超时时间，切换速度都不比STP协议快，所以在TRILL的二层环路网络中，一旦发生网络切换，那么收敛速度是个问题。数据中心很多业务是非常敏感的，在网络出现丢包或者震荡数秒钟，都会影响到业务，所以当数据中心二层网络规模扩大以后，环路协议的收敛问题突显。有人建议将TRILL的ISIS协议处理提升优先级，比如放到一个单核上处理，通过软件中断的方式处理响应，这样能够大大提升切换的速度，避免受到其它协议的影响，当然这样自然会占用更多的设备资源，而且效果也未知。

　　广播域过大的问题

　　大二层还会遇到一个问题就是广播域过大。因为整个数据中心，甚至多个数据中心之间都是二层的，那么一个广播报文会在整个数据中心的设备上进行广播的，显然会占用大量的网络带宽，如果广播流量比较多，可能会造成个别的端口出现拥塞，从而影响业务。在正常的网络中，肯定是广播流量越小越好。对于大二层网络广播域过大的问题，还好有一些解决的方法，而且这些方法目前看是比较符合实际的。比如：默认情况下，禁止广播报文的转发，让广播报文和组播报文一样，通过协议控制转发，只有协议状态计算好之后，才允许广播报文转发，而且是像组播一样，只转发给请求接收的端口，也就是在未来的数据中心里将没有广播的概念，只有单播和组播的概念。对于跨数据中心的二层，这种二层转发实际上是一种逻辑上的二层转发，要通过物理三层转发，是一种封装技术，这样就可以通过软件控制这种情况下，广播报文要不要转发。在默认情况下，跨数据中心的二层广播报文是不转发的，可以通过软件设置让特定的广播报文转发。还有就是对广播报文设置广播抑制比，当端口上的广播流量达到一定比例时，对广播报文进行丢弃。显然，对于大二层广播域过大的问题，目前已经有了一些比较好的解决方法，可以很好地解决这一问题。

　　尽管数据中心网络架构的演变面临着各种各样的问题，但是向大二层转变的趋势已经无法改变。纵然这样的架构给数据中心带来了新的问题，但是正是有了这些缺陷，也给了网络设备商机会，谁能很好地解决这些问题，谁就能在未来的网络市场上战胜对手，赢得市场。