數(shù)網(wǎng)協(xié)同是必然趨勢，進一步推動數(shù)據(jù)中心發(fā)展

  2013年以來，國家逐步出臺政策，引導(dǎo)大型、超大型數(shù)據(jù)中心逐漸向中西部以及熱點地區(qū)周邊轉(zhuǎn)移。2020年，數(shù)據(jù)中心和5G一起被列入新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)(“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。

  工信部發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心發(fā)展指引(2019)》顯示，到2018年底，北京、上海、廣東三地在用機架數(shù)約占全國的三分之一;中西部地區(qū)數(shù)據(jù)中心在用機架數(shù)全國占比約為40%。在上架率方面，國內(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。如圖1所示，54%的數(shù)據(jù)中心為直接接入骨干網(wǎng)，34%的數(shù)據(jù)中心接入城域網(wǎng)。從機架分布和上架率情況來看，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)條件下，數(shù)網(wǎng)協(xié)同還無法支撐全國數(shù)據(jù)中心的布局優(yōu)化，亟待破局。

圖1 全國數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入情況

  數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)不斷演進數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)高效協(xié)同不同類型的應(yīng)用對數(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、擴展性好;存儲網(wǎng)絡(luò)一直在追求大帶寬高吞吐以充分發(fā)揮存儲盤和CPU的效率，上世紀90年代末采用同時期比Ethernet速率更高的FC技術(shù)。進入20世紀，隨著更高速率的SSD的規(guī)模應(yīng)用，特別是近來高速率、低時延的NVMe技術(shù)的出現(xiàn)，存儲需要更高速、更高效的網(wǎng)絡(luò);計算網(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)，低時延是其極致追求。但隨著RoCE技術(shù)的深入發(fā)展，Ethernet在計算網(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TCO，前端網(wǎng)絡(luò)、存儲網(wǎng)絡(luò)和計算網(wǎng)絡(luò)三張網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)歸一到以太網(wǎng)是不可避免的，這就是開放數(shù)據(jù)中心委員會ODCC開展的研究項目“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)和運維工作的復(fù)雜性。

圖2 數(shù)據(jù)中心三網(wǎng)合一

  DCI網(wǎng)絡(luò)建設(shè)加快云計算在發(fā)展過程中，無論是云服務(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)進行支撐。DCI能增強云服務(wù)商內(nèi)部的數(shù)據(jù)中心間互聯(lián)，數(shù)網(wǎng)協(xié)同通過專用網(wǎng)絡(luò)連接云或數(shù)據(jù)中心。

  當前，包括Google、阿里等業(yè)界領(lǐng)先的云服務(wù)商均在進行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)公開資料，B4網(wǎng)絡(luò)采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)進行實現(xiàn)，建設(shè)水平相對較高，且在流量調(diào)度等方面已經(jīng)發(fā)揮重要作用。

  近年來，在強大的網(wǎng)絡(luò)能力的支撐下云計算發(fā)展迅速。隨著共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、智能性和可運維性，提供差異化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，更好地適應(yīng)云計算應(yīng)用的需求。

  未來數(shù)據(jù)中心的六大發(fā)展建議數(shù)網(wǎng)協(xié)同是云計算和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果，也將成為未來一段時間的重點發(fā)展方向。面對這一重要趨勢，筆者對未來數(shù)據(jù)中心的發(fā)展有六大發(fā)展建議。

  一是充分考慮資源環(huán)境條件因素，合理進行數(shù)據(jù)中心布局，夯實數(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，更多的是要承擔包括云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等在內(nèi)的各類上層應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施的作用，更好地適應(yīng)上層應(yīng)用的發(fā)展需求。

  二是通過推動區(qū)域數(shù)據(jù)中心直聯(lián)促進區(qū)域數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展。隨著5G的部署應(yīng)用加速，傳統(tǒng)的東西向流量將會演變?yōu)槟媳毕蛄髁康谋l(fā)式增長。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)展將成為大勢所趨。

  三是通過網(wǎng)絡(luò)擴容和數(shù)據(jù)中心專線建設(shè)，推動三大經(jīng)濟區(qū)域數(shù)據(jù)流動，提高整體的信息化活力。京津冀、長三角、大灣區(qū)為我國三個經(jīng)濟發(fā)展最發(fā)達的地區(qū)，三個地區(qū)存在著密集的經(jīng)濟和人才交互，2019年京滬高鐵全年全線運送旅客達到2.15億人次。擴大三個區(qū)域之間的網(wǎng)絡(luò)帶寬、降低時延將對三個區(qū)域之間更多的應(yīng)用交互起到積極的促進作用。

  四是通過定向網(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^網(wǎng)絡(luò)輸出。不管是西氣東輸，還是南水北調(diào)，進行的都是全國性的資源調(diào)配。對于數(shù)據(jù)中心資源也是如此。我國內(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)。實現(xiàn)能源富足地區(qū)到一線城市的網(wǎng)絡(luò)擴容和時延降低，對于我國整體資源的調(diào)配將起到間接的推動作用，通過將算力在光纖上進行輸出也將大大降低國家整體的資源轉(zhuǎn)移成本。

  五是需要加快本地互聯(lián)網(wǎng)骨干直聯(lián)點建設(shè)，推動提升多個運營商之間的互訪網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。直聯(lián)點的建設(shè)減少了全國流量傳遞過程中的繞轉(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)推動互聯(lián)網(wǎng)骨干直聯(lián)點的建設(shè)，使運營商之間的流量互訪更為暢通。

  六是基于5G實現(xiàn)更廣泛的網(wǎng)絡(luò)接入。5G的部署會給用戶帶來高帶寬、低時延的業(yè)務(wù)體驗。邊緣計算將是5G的重要使用場景，一方面，可以滿足更多場景下網(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)中心帶來更大的數(shù)據(jù)流量，需要通過邊緣數(shù)據(jù)中心等設(shè)施進行提前處理。在數(shù)網(wǎng)協(xié)同的趨勢下，5G和數(shù)據(jù)中心將會緊密協(xié)同，共同發(fā)展。

  小結(jié)

  面向數(shù)網(wǎng)協(xié)同這一重點趨勢，業(yè)界需攜起手來，共同推動區(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，最終助力“新基建”加速落地。

  作者：郭亮 中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所副總工程師；何寶宏 中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所所長