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SDN在数据中心网络中的应用 文学敏，韩言妮，周旭，慈松 中国科学院高性能网络实验室 摘要： 随着数据中心的规模越来越大，数据中心的设备利用率低、维护费用高、管理 部署复杂等多方面的缺点凸显出来。现有服务器虚拟化技术能够提供服务隔离，提高资 源利用率，但无法为数据中心提供灵活高效管理以及面向服务的OoS保障。SDN与网络 虚拟化为数据中心的上述问题提供一种可行的解决方案。本文介绍了当前数据中心的典 型拓扑及存在问题，从集中网络管理、灵活组网多路径转发、虚拟机部署和智能迁移、 虚拟多租户、IaaS等方面，调研了SDN在数据中心网络中应用的研究方案。 关键词： 数据中心，SDN，虚拟化 1 引言 随着云计算的兴起，数据中心在未来的信息科技领域中，扮演极其重要的角 色。作为海量数据和大规模服务应用的载体，数据中心受到了广泛的关注。当前， 很多大型公司，包括亚马逊、Google、微软等都在使用数据中心为网络有哪些信誉好的足球投注网站、大 规模计算等应用提供服务。但当前数据中心存在诸多问题，比如设备利用率非常 低、维护费用高、能耗高等问题。 随着服务器虚拟化技术的发展，单台服务器上可以共存多台虚拟机，可以为 虚拟机间提供有效的资源隔离，避免干扰攻击。但服务器虚拟化并不能完全解决 数据中心网络的诸多问题，不能提供网络QoS保证、面向网络的安全问题、差 强人意的部署与迁移、管理灵活性差等。基于这些问题，SDN在数据中心网络中 的应用成为一种研究趋势。随着云计算模式和数据中心的发展，SDN技术能很好 实现数据中心网络的集中网络管理、灵活组网多路径转发、虚拟机部署和智能迁 移、虚拟多租户、laaS等方面的需求。 图1传统数据中心网络层次体系结构 ．．627．． 2数据中心网络存在的问题 2．1典型的网络拓扑 1)传统数据中心拓扑 传统的数据中心网络结构使用两级或三级的交换设备组成树状结构，如图1 所示。位于树状结构叶子节点的边缘交换机，通过GigE端口连接下部的主机， 通过10GigE端口与聚合层交换机相连。如图2所示，因此会在核心交换节点位 置汇聚大量负载，使得根节点处的链路带宽成为制约整个网络性能的瓶颈。 tree 图2数据中心网络拓扑结构2N 图3 数据中心网络拓扑结构EatTree 2)FatTree FatTree是对传统树形结构的一种改进【1】，如图3所示。边缘层交换机一半 端口与主机相连，另一半端121与汇聚层交换机相连。同理，汇聚层交换机一半端 口向下与边缘层交换机相连，另一半端VI与核心层交换机相连。汇聚层交换机、 接入层交换机组成一个“Pod”。FatTree结构增大了网络的连通性，从一定程度上 提高了数据中心网络的可靠性。 数据中心的网络拓扑并不限于以上提到的几种，比如基于超立方体的节点连 接关系的BCube、基于Clos结构的VL2等。 2．2数据中心的新需求 随着数据中心规模的快速增长，数据中心出现了流量大，交换机层次结构复 杂的场景，这对数据中心提出了新的需求，否则很容易造成性能瓶颈，具体表现 如下几个方面。 1)集中高效的网络管理要求 2)高效灵活的组网需求：保障网络的可靠性和灵活性 3)虚拟机的部署和迁移需求：根据业务需求和网络状况，灵活地部署和迁 移虚拟机。 4)虚拟多租户业务支撑要求：租户隔离和安全保障。 5)全面的数据中心laaS要求：不仅计算资源、存储资源，也包括网络资源。 3基于SDN的数据中心网络建设 ．．628．． 随着云计算模式和数据中心的发展，SDN技术能很好契合数据中心网络的集 中网络管理、灵活组网多路径转发、虚拟机部署和智能迁移、虚拟多租户、laaS 等方面的需求。目前基于OpenFIow的SDN应用于数据中心网络已经成为研究热 点。在数据中心虚拟化方面，提出的方案有很多，主要