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前言
随着挪动互联网的蓬勃发展，明天的数据中心和 10 年前的数据中心大为不同，无论从 IDC 的机器规模，还是流量模型都产生了很大变动。《前浪：传统数据中心的网络模型》曾经为大家介绍了数据中心网络建设的根本要求、传统 web 时代的网络架构；本文将从以下几方面对挪动互联网时代的数据中心进行介绍。
01 挪动互联网时代的数据中心网络设计的指标是什么？
02 挪动互联网时代数据中心的架构是怎么的？
03 Clos 架构为何抉择 BGP 作为路由协定？
04 数据中心中服务器双归路接入是怎么的？
作者 | 个推高级运维工程师 山川
01
互联网时代数据中心的设计指标
古代数据中心的演进都是由大型互联网公司的需要驱动的，数据中心的外围需要次要包含三个维度：
a) 端到端（server to server）的通信量
单体利用到微服务化的转变，导致南北向流量缩小，东西向流量减少。
b) 规模
古代数据中心一个机房可能就无数万台服务器。
c) 弹性
传统数据中心的设计都是假如网络是牢靠的，而古代数据中心利用都是假如网络是不牢靠的，总会因为各种起因导致网络或机器故障。弹性就是要保障产生故障时，受影响的范畴可控，故障结果可控。
古代数据中心网络必须满足以上三方面根本需要。
注: 多租户网络须要额定思考反对虚构网络的疾速部署和拆除。
02
古代数据中心网络架构
目前，大型互联网公司采纳一种称为 Clos 的架构。Clos 架构最后是贝尔实验室的 Charles Clos 在 1950s 为电话交换网设计的。Clos 设计能够实现无阻塞架构（non-blocking architecture）, 保障上下行带宽都充分利用。
1）Clos 架构由来
传统三层网络架构采纳的“南北流量模型”，不适用于挪动互联网环境。2008 年，一篇题为《A scalable, commodity data center network architecture》的文章，首先提出将 Clos 架构利用在网络架构中。2014 年，在 Juniper 的白皮书中，也提到了 Clos 架构。这一次，Clos 架构利用到了数据中心网络架构中来。这是 Clos 架构的第三次利用。因为这种网络架构来源于交换机外部的 Switch Fabric，因而这种网络架构也被称为 Fabric 网络架构。当初风行的 Clos 网络架构是一个二层的 spine/leaf 架构, spine 交换机和 leaf 交换机之间是以 full-mesh 形式连贯。
2）Clos 架构中交换机的角色
Clos 架构中交换机有两种角色：leaf switch 和 spine switch。
leaf switch： 相当于传统三层架构中的接入交换机，作为 TOR（Top Of Rack）间接连贯物理服务器。与接入交换机的区别在于，L2/L3 网络的分界点当初是在 leaf 交换机上，leaf 交换机之上则是三层网络。
spine switch： 相当于外围交换机。spine 和 leaf 交换机之间通过 ECMP（Equal Cost Multi Path）动静抉择多条门路。区别在于，spine 交换机当初只是为 leaf 交换机提供一个弹性的 L3 路由网络，数据中心的南北流量能够抉择从 spine 交换机收回，也能够与 leaf 交换机并行的交换机（edge switch）先连贯，再从 WAN/Core router 中进来。
3）Clos 网络架构的特点
a) 连贯的一致性（uniformity of connectivity）： 任意两个服务器之间都是 3 跳
b) 节点都是同构的（homogeneous）： 服务器都是对等的，交换机 / 路由器也是
c) 全连贯（full-mesh）： 故障时影响面小（gracefully with failures）；总带宽高，而且不便扩大，总带宽只受限于 Spine 的接口数量
4）Clos 架构和传统三层网络比照
比照 spine/leaf 网络架构和传统三层网络架构, 能够看出传统的三层网络架构是垂直的构造，而 spine/leaf 网络架构是扁平的构造。从构造看，spine/leaf 架构更易于程度扩大。
5）挪动互联时代二层技术 Vxlan
Vxlan（虚构扩大局域网），是由 IETF 定义的 NVO3（Network Virtualization over Layer 3）规范技术之一，采纳 L2 over L4（MAC-in-UDP）的报文封装模式，将二层报文用三层协定进行封装，可实现二层网络在三层范畴内进行扩大，同时满足数据中心大二层虚构迁徙和多租户的需要。
6）Clos 和 Vxlan 联合的逻辑二层网络模型
路由转发层面采纳 Clos 组网模式，二层的虚拟机漂移用 Vxlan 技术隔离二层的播送域，兼具三层组网的灵活性，同时又防止了二层的环路和播送风暴问题。
03
Clos 架构中为何抉择 BGP 作为路由协定
运营商和数据中心场景比照
在 BGP 利用于数据中心之前，它次要服务于提供商网络。这导致的一个问题就是，数据中心不能运行 BGP，否则会和底层供应商的网络相冲突。网络管理和运维人员，应重点关注这一点。
运营商和数据中心网络场景比照
数据中心：高密度连贯
服务提供商：次要是区域间网络互联，绝对低密度连贯
服务提供商的网络首先需思考可靠性，其次才是（路由等）变动的疾速告诉。因而，BGP 发送告诉的实时性较弱。而在数据中心中，路由须要疾速收敛。
另外，因为 BGP 本身的设计、行为，以及它作为门路矢量协定的个性，单个链路挂掉会导致节点之间发送大量 BGP 音讯。BGP 从多个 ASN 收到一条 prefix（路由网段前缀）之后，最终只会生成一条最优门路。而在数据中心中，咱们心愿生成多条门路。为适配数据中心而对 BGP 进行的革新，大家能够自行查阅 FRC 7938 文档。
BGP 从运营商环境适配到数据中心的改变
数据中心的改变以及须要思考的因素次要波及到以下几个方面：
各种路由协定
传统 BGP 从 OSPF、IS-IS、EIGRP 等外部路由协定（internal routing protocols）接管路由通告，用于管制企业内的路由。因而不少人误以为要在数据中心中落地 BGP，还须要另一个协定。但实际上，在数据中心中 BGP 就是（特定的）外部路由协定，不须要再运行另一个协定了。
iBGP 和 eBGP
不少人在数据中心协定抉择中存在一个误区，即认为在数据中心外部，就应该抉择外部网关协定（iBGP）。实际上，在数据中心中，eBPG 的应用最为宽泛，其次要起因是 eBGP 比 iBGP 更易了解和部署。iBGP 的最优门路抉择算法很简单，而且存在一些限度，其应用、配置、治理绝对比较复杂，而 eBGP 的实现比 iBGP 简略的多，可供咱们抉择的门路也比拟多。
默认定时器导致的慢收敛
简而言之，BGP 中的几个定时器管制 peer 之间通信的速度。对于 BGP，这些参数的默认值都是针对服务提供商环境进行优化的，其中稳定性的优先级高于疾速收敛。而数据中心则相同，疾速收敛的优先级更高。
当一个节点挂掉，或挂掉之后复原时，有四个定时器影响 BGP 的收敛速度。咱们对这些参数进行调优，能够使 BGP 达到外部路由协定（例如 OSFP）的性能，举荐配置如下：
Advertisement Interval
Keepalive and Hold Timers
Connect Timer
Advertisement Interval
Advertisement Interval
在公布路由通告的距离内所产生的事件会被缓存，等工夫到了一起发送。
默认：eBGP 是 30s，iBGP 是 0s。
对于密集连贯型的数据中心来说，30s 显然太长了，0s 比拟适合。这会使得 eBGP 的收敛速度达到 OSFP 这种 IGP 的程度。
Keepalive and Hold Timers
每个节点会向它的 peer 发送心跳音讯。如果一段时间内（称为 hold time）网络设备没收到 peer 的心跳，就会革除所有从这个 peer 收到的音讯。
默认：
Keepalive: 60s
Hold timer: 180s
这示意每分钟发一个心跳，如果三分钟之内一个心跳都没收到，就认为 peer 挂了。数据中心中的三分钟太长了，足以让人“过完毕生”。
典型配置
Keepalive: 3s
Hold timer: 9s
Connect Timer：节点和 peer 建设连贯失败后，再次尝试建设连贯之前须要期待的时长。
默认：60s。
数据中心默认 BGP 配置
很多 BGP 实现的默认配置都是针对服务提供商网络调优的，而不是针对数据中心。
倡议：显示配置用到的参数（即便某些配置和默认值雷同），这样配置高深莫测，运维和排障都比拟不便。
以下是 FRRouting BGP 的默认配置，咱们认为是数据中心 BGP 的最优实际，供大家参考。
Multipath enabled for eBGP and iBGP
Advertisement interval: 0s
Keepalive and Hold Timers: 3s and 9s
Logging adjacency changes enabled
数据中心服务器接入技术概述
数据中心服务器接入次要采纳以下三种模式：
1) 主备双上联模式
服务器网卡 bond 模式配置 mode 0 , 链路双上联主备模式，Tor 层面采纳两台独立的交换机。
2）链路捆绑双上联
服务器网卡 bond 模式配置 mode 4，动静 lacp 协商，TOR 交换机采纳两台逻辑虚拟化部署，从设施和链路层逻辑上都出现为传统二层模式，是以后用的较多的接入技术计划。
3）M-lag 技术
服务器网卡 bond 模式配置 mode 4，动静 lacp 协商，TOR 交换机采纳两台独立部署，两头加心跳线，运行 M -lag 协定。这个是国内设施厂家反对的通用技术。
结语
IDC 网络是下层利用的根底，稳固的网络建设能力为下层利用提供弱小的撑持和保障。本文对 IDC 网络从 PC 时代到挪动互联网时代的演进过程进行了总结，心愿能给大家的网络建设提供肯定的思路。个推也将继续关注网络发展趋势，一直摸索多种利用场景，与开发者一起分享最新实际。
