一、数据中心网络架构设计原则

网络作为数据中心的核心元素，主要由众多二层接入设备和少量三层设备构成。过去，数据中心的网络规模相对较小，通过简单互连的数十台设备即可实现互联互通。然而，随着数据中心对网络性能的要求不断提高，以及各种应用需求的多样化，网络架构也经历了诸多变革。在数据中心建设过程中，网络架构扮演着关键角色，其优劣将直接影响到数据转发效率和可靠性。

（1）可扩展性

为应对业务拓展与需求变化，以及先进技术的融合应用，数据中心网络必须具备高度可扩展性以满足未来发展。采用模块化设计、高端口密度网络设备并在各层实现三层路由功能，将大幅提升数据中心网络的路由扩展能力。强大的功能可扩展性将使数据中心网络在不断演进中，为用户提供更丰富的增值服务。

（2）可用性

本文介绍了网络设备和网络本身的冗余设计。关键设备采用电信级全冗余设计，每个层次均采用双机方式，层次与层次之间采用全冗余连接。同时提供多种冗余技术，在不同层次可提供增值冗余设计，确保网络的高可靠性和稳定性。

（3）灵活性

灵活性旨在满足数据中心用户多样化需求，实现定制化服务。网络设备具备多种常用接口，并能根据不同场景进行模块优化配置。

（4）安全性

二、数据中心网络组网设计

（1）Fabric网络

随着云计算的发展，在数据中心网络中服务器虚拟化技术得到广泛应用，但服务器在迁移时，为了保证迁移时业务不中断，就要求不仅虚拟机的IP地址不变，而且虚拟机的运行状态也必须保持原状（例如TCP会话状态），所以虚拟机的动态迁移只能在同一个二层域中进行，而不能跨二层域迁移，这就要我的二层网络足够大。而传统的二层技术，不论是通过缩小二层域的范围和规模来控制广播风暴的影响范围或是阻塞掉冗余设备和链路来破环，网络中能够容纳的主机数量、收敛性能以及网络资源的带宽利用率对于数据中心网络而言是远远不够的。

M-LAG（Multichassis Link Aggregation Group）即跨设备链路聚合组，是一种实现跨设备链路聚合的机制，将一台设备与另外两台设备进行跨设备链路聚合，从而把链路可靠性从单板级提高到了设备级。对二层来讲，可将M-LAG理解为一种横向虚拟化技术，将M-LAG的两台设备在逻辑上虚拟成一台设备，形成一个统一的二层逻辑节点。M-LAG提供了一个没有环路的二层拓扑同时实现冗余备份，不再需要繁琐的生成树协议配置，极大的简化了组网及配置。这种设计相对传统的xSTP破环保护，逻辑拓扑更加清晰、链路利用更加高效。

（2）Overlay网络

Overlay是一种网络架构上的虚拟化技术模式，它在保持基础网络不变的前提下，实现了应用的承载和与其他网络业务的分离。这种模式主要基于IP基础网络技术，是对传统技术的优化创新。

①针对虚机迁移范围受到网络架构限制的解决方式

Overlay是一种创新的数据封装格式，紧贴IP报文，实现网络中的高效传输。其路由特性使其不受网络结构限制，具有大规模扩展潜力。设备需求简单，高性能路由转发更佳。此外，Overlay网络具备强大的自愈能力和负载均衡能力。

②针对虚机规模受网络规格限制的解决方式

虚拟机数据封装在IP数据包中后，仅表现为封装后的网络参数——隧道端点的地址。这意味着承载网络(尤其是接入交换机)的MAC地址规格需求大幅降低，最低规格仅为几十个(每个端口一台物理服务器的隧道端点MAC)。

③针对网络隔离/分离能力限制的解决方式

针对VLAN数量4000以内的限制，在Overlay技术中引入了类似12比特VLAN ID的用户标识，支持千万级以上的用户标识，并且在Overlay中沿袭了云计算“租户”的概念，称之为Tenant ID(租户标识)，用24或64比特表示。针对VLAN技术下网络的TRUANK ALL(VLAN穿透所有设备)的问题，Overlay对网络的VLAN配置无要求，可以避免网络本身的无效流量带宽浪费，同时Overlay的二层连通基于虚机业务需求创建，在云的环境中全局可控。

（3）Spine+Leaf网络

Spine+Leaf两层设备的扁平化网络架构来源于CLOS网络，CLOS网络以贝尔实验室的研究人员Charles Clos命名，他在1952年提出了这个模型，作为克服电话网络中使用的机电开关的性能和成本相关挑战的一种方法。Clos用数学理论来证明，如果交换机按层次结构组织，在交换阵列（现在称为结构）中实现非阻塞性能是可行的，主要是通过组网来形成非常大规模的网络结构，本质是希望无阻塞。在此之前，要实现“无阻塞的架构”，只能采用NxN的Cross-bar方式。

接入连接的数量仍然等于折叠后的三层CLOS网络架构的Spine与Leaf之间的连接数，流量可以分布在所有可用的链接上，不用担心过载问题。随着更多的连接被接入到Leaf交换设备，我们的链路带宽收敛比将增加，可以通过增加Spine和Leaf设备间的链路带宽降低链路收敛比。

Spine+Leaf网络架构的另一个好处是，它提供了更为可靠的组网连接。因为Spine层面与Leaf层面是全交叉连接，任一层中的单交换机故障都不会影响整个网络结构。因此，任一层中的一个交换机的故障都不会使整个结构失效。请问这样的回答是否满意呢？

（4）BGP EVPN

EVPN,一种基于BGP协议的技术，需部署于网络交换机，使其成为VTEP节点以执行VXLAN封装。服务器通过接口或VLAN接入网络交换机，这些接口或VLAN将映射到相应的广播域BD,同时BD会绑定一个EVPN实例。通过EVPN实例间的路由传递，实现VXLAN隧道的建立与MAC学习。在两个数据中心内部各建立一段VXLAN隧道后，数据中心之间再建立一段VXLAN隧道，从而实现数据中心互联。

三、数据中心网络的发展趋势

数据中心网络以“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。

（1）网络带宽加速发展，构建高性能网络

在网络基础设施中，软件定义网络(SDN)技术将管理、控制和数据平面进行分离，实现集中管理设备，简化数据平面，从而使网络更加智能和简单。借助先进的网络架构，我们可以在线和离线环境下实现业务网络的互联互通，灵活调度网络流量以满足各种个性化业务需求。为了应对不断发展的互联网业务需求，我们需要构建高带宽、低时延和高性能的网络。

（2）高密度异构计算集群，大规模弹性扩展

数据中心网络正向以数据互联I/O为核心的架构转变，借助技术和规模弹性为用户带来低成本、高可靠的网络资源。致力于构建更安全、稳定的网络基础设施，根据业务需求灵活扩展，实现降本提效，这将是下一代数据中心网络发展的核心理念。

（3）降本提效，实现智能可视化运维

网络成本优化对于互联网业务发展至关重要。大规模数据中心网络架构采用单芯片box设备构建，有效降低能耗、解决能耗瓶颈，同时在电力、散热和空间成本上实现降本提效。随着网络规模不断扩大，自动化运维部署、软件功能自动升级、故障自动告警及恢复等成为众多厂商建设数据中心的核心方向。

-对此，您有什么看法见解？-

-欢迎在评论区留言探讨和分享。-