2017下一代數據中心網絡研究報告zz
http://dy.163.com/v2/article/detail/CDG9CD7G05179LAH.html
2月2日，SDxCentral發布了2017下一代數據中心研究報告(2017 Next Gen Data Center Networking Report)。這份報告系統介紹了下一代數據中心網絡的發展趨勢、關鍵功能、典型案例、行業標準以及熱門產品。
下一代數據中心演進的四大驅動力
1、業務競爭驅動：企業提升自身競爭力，對敏捷性、差異化和成本節約提出了新要求
Increased Competitiveness Driving Agility, Cost-savings, Differentiation in IT
2、內容流量驅動： 高速增長的視頻和富媒體內容成為數據中心的新壓力
Increased Consumption of Video and Media-rich Content
3、交付模式驅動： 雲計算和移動化成為主流交付模式
Dominance of Cloud and Mobile Applications
4、工作負載驅動： 大數據分析和物聯網日益重要，未來將成為數字化轉型的關鍵手段。
Importance of Data - Big Data, IoT and Analytics
這部分開場白都是套話，沒什麽幹貨，就不詳細翻譯了
下一代數據中心對網絡的關鍵需求
1、簡單化、標準化和模塊化
Simplification, Standardization and Modularity
數據中心運營者希望能夠刪減那些不必要的路由/交換功能，利用標準服務器提供網絡優化，采用較少商用芯片數量構建更為簡單的網絡矩陣，同時將L4-L7的功能遷移到標準服務器上，這些需求，都與傳統廠商的理念背道而馳。
LinkedIn、Facebook、Microsoft、Google等巨頭已經開啟模塊化數據中心Pod之路，每個Pod都包含了標準化的網絡架構，大規模利用成本低廉的商品化交換機，芯片也切換到BCM、Marvell和一些新興芯片制造商(比如Barefoot、Cavium Xpliant和盛科)。
模塊化的節點更易部署和替換，也提升了橫向擴展能力，隨著這種雲服務商的帶動，大型企業級市場也有這種趨勢。
2、對虛擬化和容器的支持
Virtualization and Containers
在虛擬化和容器化盛行的時代，無論南北流量還是東西流量，都無法回避虛擬交換機的存在。人們希望虛擬交換機的支持，能像以前使用VLAN一樣簡單。
復雜的疊加網絡環境造成各種標簽混雜，比如來自與廣域網的MPLS鏈接很有可能就被ToR交換機給終結掉了。
3、可編程能力
Programmability
為滿足業務敏捷型和靈活性需求，網絡可編程能力必不可少。上層業務必須能夠實時控制底層網絡，進行編排和優化。無論這些業務采用基於XML/JSON的RESTful接口，還是用P4編程或者Openflow協議控制，都需要網絡設備本身能夠“被集成”，與數據中心融為一體。
如今已經有越來越多的企業級網絡產品可以被雲管理平臺(比如Openstack、VMware vRealize suite、Cloudstack)集成部署。網絡被系統配置管理是大勢所趨，甚至這種響應被要求是實時的。
4、自動化和DevOps/NetOps
Automation and DevOps/NetOps
可編程性讓網絡集成到編排系統成為可能，但是系統需要被部署、被監控、被更新，並非一勞永逸。傳統情況下，網工最愛命令行CLIs，很多廠商提供過圖形配置界面，但是很少能廣泛應用的，大量的設備還是被“命令行”管理著。
但是，DevOps正在對網絡行業產生影響，或者說我們需要NetOps來拯救。基於自動化配置工具(Ansible/Puppet/Chef等)，網工們也可以像管理服務器一樣去管理網絡基礎設施了。
5、可視化與Troubleshooting
Improved Visibility and Troubleshooting
跨數據中心流量暴增以及Overlays的存在，讓網絡可視化變得尤為重要。可視化有理於快速定位網絡延遲或者洞察流量突發。還需要具備對流量數據的收集和分析能力，用於排障、優化和安全防範，如果只有海量告警事件日誌，那就只能抓瞎了。
另外，由於數據中心網絡正在演進為基於ECMP的leaf-spine三層Fabric，保障所有數據的可達性非常關鍵，不要讓“大象數據流”阻擋了“老鼠數據流”，“可視化”有助於讓我們了解整個交換矩陣發生了什麽，甚至細化到每個交換機端口的緩存利用率。
6、開放的硬件平臺
Open Hardware Platforms
從成本和可配置性考慮，數據中心網絡運營者越來越關註白盒或者其他開放硬件平臺。有人相信，采用白盒，在硬件成本上可以節省30%-80%。由於這些白盒供應商同時也為品牌交換機廠商提供OEM/ODM服務，所以產品品質和可靠性不存在疑問。
時至今日，諸如EdgeCore等低成本白盒硬件供應商值得考慮，但你需要找到成熟的軟件來支持。另外，像Dell、HPE和華為也提供白盒交換機，但是會提供他們自己的品牌軟件，這種模式被稱為“灰盒”(gray box)。
下一代數據中心網絡演進
“老幫菜”數據中心網絡長這樣
由純物理交換機/路由器組成，有主備或者雙A設計，以南北流量為主。
“新生代”數據中心網絡長這樣
到了雲時代，SDN和NFV參與進來，數據中心網絡的邊界定義被擴大，從服務器內部的虛擬網絡到數據中心物理網絡，再到數據中心互聯網絡。
在這樣的數據中心裏，四個關鍵組件必不可少：
虛擬交換機：滿足服務器內部vm和容器的交換需求。
網絡加速卡：智能網卡或加速器提供vSwitch卸載、安全以及存儲加速
ToR與Leaf/Spine：兩層Clos架構再次得到推廣，架構開放，擴展性強。（雖然這種架構早在1950年代就已經在電話交換網中使用了），大量的商用套片和白盒被應用在Leaf和Spine交換機中，降低成本，解決廠商鎖定。
數據中心互聯(DCI)：數據中心基於交換機就可以完成直連，DCI互聯模塊被直接集成到數據中心交換機上，比如100Gbps DWDM。L2 over L3的隧道技術也得到推廣應用，還有我們不得不提的SDWAN。
下一代數據中心網絡關鍵趨勢
趨勢1、解耦與白盒
Disaggregation and White box
解耦的意義包含兩層，第一層：控制平面與數據平面結構，這是SDN的範疇；第二層：網絡硬件與軟件解耦，這是白盒和ONIE的範疇。
白盒交換機采用的商用套片通常來自於Broadcom(目前主流芯片如Trident II, Trident II+, Tomahawk等等)，這類白盒基於ONIE標準提供一個交換機啟動環境，最終用戶可以選擇安裝交換機OS，如 Big Switch的ONL、Apstra的Apstra OS、Cumulus Linux等等。
為保證網絡與數據中心集成和可編程性，這些OS還提供了相應接口，包括OF-DPA (OpenFlow Data Plane Abstraction)、OpenNSL (Open Network Switch Layer) 以及 SAI (Switch Abstraction Interface)。前兩個接口標準主要綁定Broadcom，而SAI出身於OCP，支持多個廠商的芯片(Broadcom, Cavium, Mellanox, Centec、Barefoot)。
在交換機OS之上，還有諸多為交換機管理和轉發功能定制的“插件”，比如開源三層路由代碼Quagga和BIRD，以及Facebook出品的FBOSS、微軟Azure出品的SNOiC，開放的世界很精彩。
解耦的白盒陣營與傳統的交換機貴族Cisco、Arista、Junper、Brocade還有很長的博弈時間，但是我們看到，戴爾、HPE、華為已經開始銷售開放網絡平臺（灰盒）。而新進玩家Cumulus、EdgeCore、Pica8和其他ODM廠商也在努力推動白盒產業。
在OCP的推動下，新供應商們正在給市場帶來更具性價比、更高性能的硬件產品，而開源團體也會在軟件上持續努力，用廉價的開放產品去替代企業級市場那些高價貨！
趨勢2、虛擬化、Overlays和Openstack
Virtualization, Overlays and OpenStack
雖然Facebook聲明他們的業務並不需要Overlays和計算虛擬化，(他們的應用被設計運行的物理服務器上)，但是Amazon、Google和Microsoft卻是虛擬化和容器化的重度使用者。
在重度虛擬化應用場景，vSwitch必須保持高性能（基於硬件加速、DPDK、FDiO VPP等等），同時還需要支持Overlay的終結，VXLAN應該作為架頂交換機(ToR)的必選項：實現Overlays流量可視化、在VM和物理機混合接入環境下提供VTEP能力等等。
對於下一代數據中心網絡來說，另一個重要考量是支持以Openstack為代表的CMP(cloud management platform)平臺，提供部署、監控、管理接口，對於企業級運行環境，還應該支持VM熱遷移的集成接口。
趨勢3、支持ECMP的兩層Clos-Fabrics
2-stage Leaf-spine Clos-Fabrics with ECMP and Pods
現代數據中心已經從老式胖樹架構進化到兩級L3 Leaf-spine Clos矩陣，基於ECMP提供多路徑流量分擔。這種架構拋棄了大型的機箱式核心交換機，用簡單的Leaf-spine交換機實現部署低成本、高靈活。連老牌廠商Cisco、Juniper、Arista也開始擁抱Leaf-Spine，積極在企業級數據中心市場進行鼓吹推廣。
而在全球最大的一些數據中心裏面，Clos結構的網絡被打包在“Pod”裏面，通過橫向擴展滿足Pod巨量的連接需求(參見下文Facebook的Altoona數據中心)。
然而leaf-spine架構也有不爽之處，首先Leaf和Spine之間需要大量的網絡連接，線纜維護復雜，替換和新增spine的時候，工作量是巨大的。其次，基於L3技術，VLAN受到Leaf交換機的限制，導致VM移動性不佳，這就必須依賴VXLAN之類的Overlay技術去解決，會增大開銷。
由於Leaf和Spine之間的海量連接，要進行監控和排錯很難，微軟在其Azure數據中心裏，采用了一種全量ping測試，被稱為PingMesh。PingMesh本質上講是一種強力的在所有端點之間運行Ping測試的方式，可視化的去顯示任意兩個端點之間的連接狀況。
PingMesh已經在微軟數據中心運行多年，每天要產生超過兩千億次探測。
趨勢4、軟件定義網絡、策略、意圖
SDN, Policy and Intent
當今數據中心網絡之復雜，僅靠人肉運維是不可能的，SDN作為自動化工具，流行起來順理成章。大型數據中心(如Goole和微軟)，無論內部還是外部，都有各種形態的SDN存在，Goolge的 B4廣域網，就是SDN最典型的案例之一。
在以雲計算為核心的生產環境中，傳統手工作坊式的網絡配置、參數修改如同杯水車薪，應用需要基於CMP來自動化部署系統、優化參數，每個應用都有不同的配置文件、需要特定的網絡支持以滿足時延、彈性等QoS要求。這些需求會被綁定成策略集，自動化完成下發和部署。
Cisco ACI就是一個策略化(Policy-based)處理網絡的商用案例，同樣，OpenDaylight和ONOS等SDN控制器的目標，也是在網絡部署中提供可編程策略。
基於策略分發，讓我們正在向“意圖型”網絡(intent-based networking)演進：只需要“告訴我你想得到什麽”，而不是“告訴我具體怎麽做”，剩下的，交給SDN去幹。
也許這就是智能網絡的未來狀態，讓你從繁復的具體配置工作中解脫出來！
趨勢5、大數據分析
Big Data and Analytics
下一代數據中心網絡的典型應用場景是大數據分析，戲劇性的是，網絡生成的數據流本身就是一個大數據用例。很多廠商和組織抓取這些數據，用於優化和潛在安全分析，初創公司Pluribus和Big Switch都在兜售他們的數據監控能力，而Cisco則推出了Tetration平臺用於網絡數據分析。
下一代數據中心網絡成果和標準
1、互聯網巨頭們的實踐
A 6-Pack of Wedge, Firehose, Watchtower, Pluto, Saturn, Jupiter, Altair, Olympus and more
引領數據中心變革的，是那些別無選擇只能追求持續創新的互聯網企業，Facebook、Google、微軟、領英都在不斷努力，他們內部的數據中心團隊驅動著從架構、軟件、硬件全方位演進。
Google的數據中心已經進化到第5代，從設計了卻沒用的“Firehose”，到“Watchtower”，再到"Pluto" 和"Saturn"，直到今天使用的 "Jupiter"，最新保密設計並未對外公開。Google希望實現一個完整的內置網絡的雲基礎設施，作為一個單元來設計。其目標是打造超過10000臺Server的超級集群，將資源利用率發揮到極致。
LinkedIn的網絡團隊對自己的Altair項目和Falco項目非常自豪。Falco項目其實是基於BCM Tomahawk芯片打造的交換機，該交換機被命名為“鴿子”，提供3.2Tbps交換能力，可以作為Leaf或者Spine使用。“鴿子”運行基於Linux的軟件系統，並集成了一大宗監控和管理工具。Altair項目則是一個大規模可伸縮的數據中心網絡Fabric，用於替換傳統網絡。
Facebook是開放計算硬件的領導者，他們發起了的OCP，並貢獻了Wedge和6-pack。
Wedge是一款ToR交換機，有40G和100G兩種規格，全部貢獻給了OCP項目，並且目前兩款硬件都可以從第三方供應商EdgeCore買到。
6-pack是Facebook發布的開放式模塊化交換機平臺，它以Wedge為基本構件，是一個全網狀且無阻斷的兩級（two-stage）交換機，內含12個獨立的交換組件，每個組件的交換容量為1.28Tbps。每個組件也運行自己的操作系統，從交換、主板控制，到冷卻系統都是獨立的。這代表用戶能夠在不影響整體系統或軟/硬件的前提下更改系統的任何部份，並藉由獨特的雙背板解決方案來打造無阻斷的拓撲結構。
在數據中心層面，Facebook設計了Pod級別的模塊——Altoona。Altoona設計可借鑒之處在於，你可以使用小型開放交換機構建你的數據中心，這個架構可以讓你擴展到任何規模，而不需要改變基本構建塊。
Microsoft Azure
微軟Azure的網絡廣泛使用了SDN技術，每個Azure節點都是用了基於FPGA的網絡加速卡——Azure Smart NIC，用來加速流處理、存儲進程、QoS以及加解密。Azure使用SDN控制每塊加速卡上的流表和規則，保障Azure節點的高性能吞吐。
微軟同時也在雲交換機領域也在驅動創新，是SAI和SONiC(Software for Open Networking in the Cloud)的應用先鋒。SONiC是一個網絡軟件組件集合，包含了交換機常備的BGP、ECMP、LLDP等功能，得到了大量硬件供應商的支持，這裏面包括了Arista(微軟是A公司最大的客戶之一)、BigSwitch、Dell、Mellanox，以及芯片廠商BCM、Cavium和盛科。
2、Linux基金會及相關項目
Linux Foundation and its associated projects
項目很多，就不一一詳述了，統一列在這裏
3、OCP和TIP
Open Compute Project (OCP) and Telecom Infra Project (TIP)
下一代數據中心網絡最主要的推動者就是OCP，該項目由Facebook發起，目前獲得了業內廣泛的支持。從互聯網巨頭LinkedIn、 Microsoft、Google，到運營商AT&T、Fidelity和DT 再到設備商Cisco、Dell,、Huawei、HPE、Intel、 Ericsson等等。下圖為OCP白金會員列表。
OCP是數據中心關鍵硬件方案之家，包括高密度機架(Open Rack)、服務器(Microsoft OpenCloudServer和Facebook Yosemite)、網絡平臺(Wedge 40 100 6-pack)。OCP還是ONIE、ONL、SAI、SONiC這些核心網絡軟件項目的老巢。
作為OCP的補充，Facebook在2016年又成立了TIP項目(Telecom Infra Project)，推動運營商基礎設施的變革和演進，替換傳統網絡架構。TIP的成員包括Intel、Nokia、德電、SK電信、沃達豐、T-Mobile以及思科Juniper等。
2017下一代數據中心網絡研究報告zz