计算机网络 自顶向下 第6章 链路层和局域网 读书笔记（6）数据中心网络

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6.6 数据中心网络

数据中心的主机称为刀片（blade），负责提供内容、共同执行大规模分布式计算。主机堆叠在机架上，每个机架一般20-40台刀片。每个机架顶部有一个机架顶部交换机 TOR（Top of Rack），与机架上的主机互联，并与数据中心其他交换机互联。每台主机通常用40Gbps以太网连接到 TOR。

数据中心支持两种流量：外部客户与内部主机之间的流量，以及内部主机之间的流量。为了处理外部流量，网络中心有一台或多台边界路由器。数据中心所有机架彼此互联，并连接到边界路由器。

1.负载均衡

云数据中心支持多种应用，每个应用和一个公开IP关联，外部用户向该地址发送请求并接收响应。在数据中心内部，外部请求会先被定向到一个负载均衡器（load balancer）。大型数据中心会有多台负载均衡器，每台服务于一个特定应用。负载均衡器基于目的端口（第四层）以及IP做决策，也被称为“第四层交换机”。负载均衡将请求分发到某台主机，主机处理完后向负载均衡器发送响应，再由负载均衡器中继发挥给外部客户。

负载均衡器还提供类似 NAT 的功能，将外部IP转为内部IP，反之亦然。可以防止客户直接接触主机，隐藏网络内部结构。

2.等级体系结构

几千台主机的小型数据中心只要简单的网络就够了：一台边界路由器、一台负载均衡、几十个机架。机架间通过单一以太网交换机进行互联。

但主机规模扩展到几万至几十万时，通常应用路由器和交换机等级结构：顶端边界路由器与多台接入路由器相连，每台接入路由器下面，有3层交换机。每台接入路由器与一台第一层交换机相连，每台第一层交换机与多台第二层交换机以及一台负载均衡器相连。每台第二层交换机通过TOR（第三层交换机）与多个机架相连。所有链路通常使用以太网，混用铜缆和光缆。

为了高可用，数据中心包含冗余网络设备和冗余链路。例如每台TOR能够和多台第二层交换机相连。

3.数据中心网络发展趋势

• 全连接拓扑（Fully Connected Topology），替代交换机和路由器的等级结构
• 基于船运集装箱的模块化数据中心（MDC，Modular Data Center）：每个集装箱数十台机架，数千台主机。集装箱紧密排列，彼此互联，也和互联网连接。当服务器和交换机出现故障，集装箱继续运行但性能下降，低于某个阈值时，整个集装箱将被移除，用心的替换
• 大型云服务提供商开始建造、定制几乎所有东西，包括网络适配器、交换机路由器、TOR、软件、网络协议
• 用“可用性区域”来改善可靠性

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