數(shù)網協(xié)同：數(shù)據(jù)中心發(fā)展下一站

  一、背景

  2013年以后，國家逐步出臺政策，引導大型、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)中心和網絡的協(xié)同發(fā)展被提到了更高的位置，數(shù)網協(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。有一半的數(shù)據(jù)中心為直接接入骨干網，三分之一的數(shù)據(jù)中心接入城域網。從機架分布和上架率情況來看，在現(xiàn)有的網絡條件下，數(shù)網協(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 數(shù)據(jù)中心網絡接入情況

  二、數(shù)據(jù)中心網絡

  2.1 數(shù)據(jù)中心內部網絡

  不同類型的應用對數(shù)據(jù)中心網絡有著不同的要求。前端網絡通常采用TCP協(xié)議，IP/以太網絡技術成為前端網絡主流技術，成本低、擴展性好;存儲網絡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。進入20世紀，隨著更高速率的SSD的規(guī)模應用，特別是近來高速低時延的NVMe技術的出現(xiàn)，存儲需要更高速更高效的網絡;計算網絡主要采用InfiniBand專網，典型代表為HPC等高性能業(yè)務，低時延是其極致追求。但隨著RoCE技術的深入發(fā)展，Ethernet在計算網絡中的應用也逐漸普遍。

  鑒于以太網是生態(tài)最完整、應用最廣泛的網絡技術路線，為了降低數(shù)據(jù)中心網絡的總擁有成本(TCO，Total Cost of Ownership)，前端網絡、存儲網絡和計算網絡3張網絡的技術歸一到以太是不可避免的，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)中心三網合一”。如圖2所示，利用三網合一技術，可以大幅降低數(shù)據(jù)中心網絡的TCO，并顯著降低組網和運維工作的復雜性。

圖2 數(shù)據(jù)中心三網合一

  2.2. DCI

  云計算在發(fā)展過程中，無論是云服務商的自身業(yè)務，還是客戶的應用需求，均需要高效、可靠的專用網絡進行支撐。DCI增強云服務商內部的數(shù)據(jù)中心間互聯(lián)，數(shù)網協(xié)同通過專用網絡連接云或數(shù)據(jù)中心。

  當前，包括Google、阿里等業(yè)界領先的云服務商均在進行DCI網絡的建設。Google已經建成B4網絡，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網絡采用軟件定義網絡進行實現(xiàn)，建設水平相對較高，且在流量調度等方面已經發(fā)揮重要作用。

  近年來，在強大的網絡能力的支撐下云計算發(fā)展迅速。隨著公有云和私有云的不斷發(fā)展，網絡基礎設施需要通過優(yōu)化網絡結構確保網絡的靈活性、智能性和可運維性，提供差異化的網絡服務，更好地適應云計算應用的需求。數(shù)網協(xié)同是云計算和網絡發(fā)展到一定階段的必然結果，也將成為未來一段時期的重點發(fā)展方向。

  三、發(fā)展建議

  充分考慮資源環(huán)境條件因素，合理進行數(shù)據(jù)中心布局，夯實數(shù)網協(xié)同發(fā)展的基礎。數(shù)據(jù)中心作為新基建的一部分，更多的是要承擔各類包括云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等上層應用的基礎設施的作用，更好的適應上層應用的發(fā)展需求。

  通過推動區(qū)域數(shù)據(jù)中心直聯(lián)促進區(qū)域數(shù)字經濟發(fā)展。隨著5G的部署應用加速，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)劃組網轉變?yōu)橐訧DC為核心組網，并結合IDC流量流向進一步優(yōu)化網絡結構形成數(shù)網協(xié)同發(fā)展將成為大勢所趨。

  通過網絡擴容和數(shù)據(jù)中心專線建設，推動三大經濟區(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)為我國三個經濟發(fā)展最發(fā)達的地區(qū)，三個地區(qū)存在著密集的經濟和人才交互，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)域之間的網絡帶寬、降低時延將對三個區(qū)域之間更多的應用交互起到積極的促進作用。

  通過定向網絡直聯(lián)提高能源富足地區(qū)的網絡質量，將能源由電力輸出轉變?yōu)橥ㄟ^網絡輸出。不管是西氣東輸，還是南水北調，進行的都是全國性的資源調配。對于數(shù)據(jù)中心資源也是如此。我國內蒙、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。實現(xiàn)能源富足地區(qū)到一線城市的網絡擴容和時延降低，對于我國整體資源的調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移成本。

  需要加快本地互聯(lián)網骨干直聯(lián)點建設，推動提升多個運營商之間的互訪網絡質量。直聯(lián)點的建設減少了全國流量傳遞過程中的繞轉，提高了區(qū)域內流量互通效率和安全性。隨著數(shù)網協(xié)同的深入發(fā)展，有必要繼續(xù)推動互聯(lián)網骨干直聯(lián)點的建設，使運營商之間的流量互訪更為暢通。

  基于5G實現(xiàn)更廣泛的網絡接入。5G的部署會給用戶帶來高帶寬、低時延的業(yè)務體驗。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絡接入等用戶方需求;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)中心等設施進行提前處理。數(shù)網協(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。

  四、總結

  推動區(qū)域網絡直聯(lián)、專用數(shù)據(jù)中心網絡通道建設、定向網絡直聯(lián)和本地網絡直聯(lián)點等方面的建設，使以數(shù)據(jù)中心為中心的網絡質量大幅提升，數(shù)網協(xié)同將能更好地適應并支撐上層應用的發(fā)展。

  一直以來，中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所積極參與開放數(shù)據(jù)中心委員會ODCC網絡方面的相關工作，持續(xù)進行關于數(shù)據(jù)中心網絡的研究，構建開放的網絡生態(tài)圈。同時，中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所也在IEEE進行智能無損網絡項目的研究，將國內的研究成果推向國際。做好數(shù)網協(xié)同，將對有效支撐上層應用的開展提供基礎設施保障。數(shù)網協(xié)同必將成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展的下一個目標。

  作者簡介：

  郭亮，高級工程師，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，工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟(AII)工業(yè)數(shù)據(jù)中心特設組聯(lián)執(zhí)主席，開放數(shù)據(jù)中心委員會(ODCC)新測組組長，IEEE802.1 NENDICA智能無損網絡項目Editor。長期從事數(shù)據(jù)中心技術研究、政策支撐和標準化工作，負責和參與出版《數(shù)據(jù)中心熱點技術剖析》等專業(yè)著作四本，發(fā)表專業(yè)論文十多篇，牽頭制定相關技術規(guī)范幾十項。

  何寶宏，博士，正高級工程師，中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所所長。中國通信標準化協(xié)會互聯(lián)網與應用工作委員會(TC1)主席，開放數(shù)據(jù)中心委員會(ODCC)名譽主席。從事互聯(lián)網相關的技術、標準、監(jiān)管和戰(zhàn)略等研究20余年，具有業(yè)內豐富經驗，著有《互聯(lián)網的基因》、《風向》兩部專著。