數(shù)網(wǎng)協(xié)同：數(shù)據(jù)中心發(fā)展下一站

  一、背景

  2013年以后，國(guó)家逐步出臺(tái)政策，引導(dǎo)大型、超大型數(shù)據(jù)中心逐漸向中西部以及熱點(diǎn)地區(qū)周邊轉(zhuǎn)移。2020年，數(shù)據(jù)中心和5G一起被列入新基建，意味著數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同發(fā)展被提到了更高的位置，數(shù)網(wǎng)協(xié)同將成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展的下一站。

  據(jù)工信部最新發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心發(fā)展指引(2019)》，到2018年底，北京、上海、廣東三地的在用機(jī)架數(shù)約占全國(guó)的三分之一;中西部地區(qū)數(shù)據(jù)中心在用機(jī)架數(shù)全國(guó)占比約為40%。在上架率方面，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心總體平均上架率為50%左右。東部沿海省市的上架率基本達(dá)到60%以上，而西部各省的上架率僅在30%左右，東西部差距仍然較大。有一半的數(shù)據(jù)中心為直接接入骨干網(wǎng)，三分之一的數(shù)據(jù)中心接入城域網(wǎng)。從機(jī)架分布和上架率情況來(lái)看，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)條件下，數(shù)網(wǎng)協(xié)同還無(wú)法支撐全國(guó)數(shù)據(jù)中心的布局優(yōu)化，亟待破局。

圖1 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入情況

  二、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

  2.1 數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)

  不同類型的應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)有著不同的要求。前端網(wǎng)絡(luò)通常采用TCP協(xié)議，IP/以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為前端網(wǎng)絡(luò)主流技術(shù)，成本低、擴(kuò)展性好;存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)一直在追求大帶寬高吞吐以充分發(fā)揮存儲(chǔ)盤和CPU的效率，上世紀(jì)90年代末采用同時(shí)期比Ethernet速率更高的FC技術(shù)。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著更高速率的SSD的規(guī)模應(yīng)用，特別是近來(lái)高速低時(shí)延的NVMe技術(shù)的出現(xiàn)，存儲(chǔ)需要更高速更高效的網(wǎng)絡(luò);計(jì)算網(wǎng)絡(luò)主要采用InfiniBand專網(wǎng)，典型代表為HPC等高性能業(yè)務(wù)，低時(shí)延是其極致追求。但隨著RoCE技術(shù)的深入發(fā)展，Ethernet在計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用也逐漸普遍。

  鑒于以太網(wǎng)是生態(tài)最完整、應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)路線，為了降低數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的總擁有成本(TCO，Total Cost of Ownership)，前端網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算網(wǎng)絡(luò)3張網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)歸一到以太是不可避免的，這就是開(kāi)放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)ODCC開(kāi)展的研究項(xiàng)目“數(shù)據(jù)中心三網(wǎng)合一”。如圖2所示，利用三網(wǎng)合一技術(shù)，可以大幅降低數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的TCO，并顯著降低組網(wǎng)和運(yùn)維工作的復(fù)雜性。

圖2 數(shù)據(jù)中心三網(wǎng)合一

  2.2. DCI

  云計(jì)算在發(fā)展過(guò)程中，無(wú)論是云服務(wù)商的自身業(yè)務(wù)，還是客戶的應(yīng)用需求，均需要高效、可靠的專用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行支撐。DCI增強(qiáng)云服務(wù)商內(nèi)部的數(shù)據(jù)中心間互聯(lián)，數(shù)網(wǎng)協(xié)同通過(guò)專用網(wǎng)絡(luò)連接云或數(shù)據(jù)中心。

  當(dāng)前，包括Google、阿里等業(yè)界領(lǐng)先的云服務(wù)商均在進(jìn)行DCI網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。Google已經(jīng)建成B4網(wǎng)絡(luò)，用以連接其分布于全球不同地區(qū)的數(shù)據(jù)中心。根據(jù)公開(kāi)資料，B4網(wǎng)絡(luò)采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，建設(shè)水平相對(duì)較高，且在流量調(diào)度等方面已經(jīng)發(fā)揮重要作用。

  近年來(lái)，在強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)能力的支撐下云計(jì)算發(fā)展迅速。隨著公有云和私有云的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施需要通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確保網(wǎng)絡(luò)的靈活性、智能性和可運(yùn)維性，提供差異化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，更好地適應(yīng)云計(jì)算應(yīng)用的需求。數(shù)網(wǎng)協(xié)同是云計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果，也將成為未來(lái)一段時(shí)期的重點(diǎn)發(fā)展方向。

  三、發(fā)展建議

  充分考慮資源環(huán)境條件因素，合理進(jìn)行數(shù)據(jù)中心布局，夯實(shí)數(shù)網(wǎng)協(xié)同發(fā)展的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)中心作為新基建的一部分，更多的是要承擔(dān)各類包括云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等上層應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施的作用，更好的適應(yīng)上層應(yīng)用的發(fā)展需求。

  通過(guò)推動(dòng)區(qū)域數(shù)據(jù)中心直聯(lián)促進(jìn)區(qū)域數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展。隨著5G的部署應(yīng)用加速，傳統(tǒng)的東西向流量將會(huì)演變?yōu)槟媳毕蛄髁康谋l(fā)式增長(zhǎng)。因此，將傳統(tǒng)的以行政區(qū)劃組網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐訧DC為核心組網(wǎng)，并結(jié)合IDC流量流向進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成數(shù)網(wǎng)協(xié)同發(fā)展將成為大勢(shì)所趨。

  通過(guò)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和數(shù)據(jù)中心專線建設(shè)，推動(dòng)三大經(jīng)濟(jì)區(qū)域數(shù)據(jù)流動(dòng)，提高整體的信息化活力。京津冀、長(zhǎng)三角、大灣區(qū)為我國(guó)三個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最發(fā)達(dá)的地區(qū)，三個(gè)地區(qū)存在著密集的經(jīng)濟(jì)和人才交互，2019年京滬高鐵全年全線運(yùn)送旅客達(dá)到2.15億人次。擴(kuò)大三個(gè)區(qū)域之間的網(wǎng)絡(luò)帶寬、降低時(shí)延將對(duì)三個(gè)區(qū)域之間更多的應(yīng)用交互起到積極的促進(jìn)作用。

  通過(guò)定向網(wǎng)絡(luò)直聯(lián)提高能源富足地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，將能源由電力輸出轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)輸出。不管是西氣東輸，還是南水北調(diào)，進(jìn)行的都是全國(guó)性的資源調(diào)配。對(duì)于數(shù)據(jù)中心資源也是如此。我國(guó)內(nèi)蒙、甘肅、寧夏、青海等地區(qū)能源豐富，年均氣溫較低，非常適合數(shù)據(jù)中心建設(shè)。實(shí)現(xiàn)能源富足地區(qū)到一線城市的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和時(shí)延降低，對(duì)于我國(guó)整體資源的調(diào)配將起到間接的推動(dòng)作用，通過(guò)將算力在光纖上進(jìn)行輸出也將大大降低國(guó)家整體的資源轉(zhuǎn)移成本。

  需要加快本地互聯(lián)網(wǎng)骨干直聯(lián)點(diǎn)建設(shè)，推動(dòng)提升多個(gè)運(yùn)營(yíng)商之間的互訪網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。直聯(lián)點(diǎn)的建設(shè)減少了全國(guó)流量傳遞過(guò)程中的繞轉(zhuǎn)，提高了區(qū)域內(nèi)流量互通效率和安全性。隨著數(shù)網(wǎng)協(xié)同的深入發(fā)展，有必要繼續(xù)推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)骨干直聯(lián)點(diǎn)的建設(shè)，使運(yùn)營(yíng)商之間的流量互訪更為暢通。

  基于5G實(shí)現(xiàn)更廣泛的網(wǎng)絡(luò)接入。5G的部署會(huì)給用戶帶來(lái)高帶寬、低時(shí)延的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。邊緣計(jì)算將是5G的重要使用場(chǎng)景，一方面，可以滿足更多場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)接入等用戶方需求;另一方面，邊緣接入將給數(shù)據(jù)中心帶來(lái)更大的數(shù)據(jù)流量，需要通過(guò)邊緣數(shù)據(jù)中心等設(shè)施進(jìn)行提前處理。數(shù)網(wǎng)協(xié)同的趨勢(shì)下，5G和數(shù)據(jù)中心將會(huì)緊密協(xié)同，共同發(fā)展。

  四、總結(jié)

  推動(dòng)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)直聯(lián)、專用數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)通道建設(shè)、定向網(wǎng)絡(luò)直聯(lián)和本地網(wǎng)絡(luò)直聯(lián)點(diǎn)等方面的建設(shè)，使以數(shù)據(jù)中心為中心的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量大幅提升，數(shù)網(wǎng)協(xié)同將能更好地適應(yīng)并支撐上層應(yīng)用的發(fā)展。

  一直以來(lái)，中國(guó)信息通信研究院云計(jì)算與大數(shù)據(jù)研究所積極參與開(kāi)放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)ODCC網(wǎng)絡(luò)方面的相關(guān)工作，持續(xù)進(jìn)行關(guān)于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的研究，構(gòu)建開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)生態(tài)圈。同時(shí)，中國(guó)信息通信研究院云計(jì)算與大數(shù)據(jù)研究所也在IEEE進(jìn)行智能無(wú)損網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目的研究，將國(guó)內(nèi)的研究成果推向國(guó)際。做好數(shù)網(wǎng)協(xié)同，將對(duì)有效支撐上層應(yīng)用的開(kāi)展提供基礎(chǔ)設(shè)施保障。數(shù)網(wǎng)協(xié)同必將成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展的下一個(gè)目標(biāo)。

  作者簡(jiǎn)介：

  郭亮，高級(jí)工程師，中國(guó)信息通信研究院云計(jì)算與大數(shù)據(jù)研究所副總工程師，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(AII)工業(yè)數(shù)據(jù)中心特設(shè)組聯(lián)執(zhí)主席，開(kāi)放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)(ODCC)新測(cè)組組長(zhǎng)，IEEE802.1 NENDICA智能無(wú)損網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目Editor。長(zhǎng)期從事數(shù)據(jù)中心技術(shù)研究、政策支撐和標(biāo)準(zhǔn)化工作，負(fù)責(zé)和參與出版《數(shù)據(jù)中心熱點(diǎn)技術(shù)剖析》等專業(yè)著作四本，發(fā)表專業(yè)論文十多篇，牽頭制定相關(guān)技術(shù)規(guī)范幾十項(xiàng)。

  何寶宏，博士，正高級(jí)工程師，中國(guó)信息通信研究院云計(jì)算與大數(shù)據(jù)研究所所長(zhǎng)。中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)互聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)用工作委員會(huì)(TC1)主席，開(kāi)放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)(ODCC)名譽(yù)主席。從事互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)管和戰(zhàn)略等研究20余年，具有業(yè)內(nèi)豐富經(jīng)驗(yàn)，著有《互聯(lián)網(wǎng)的基因》、《風(fēng)向》兩部專著。