[发明专利]数据中心互连和流量工程

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2008年6月9日提出的授予Maltz等人的题为“DATACENTER INTERCONNECT AND TRAFFIC ENGINEERING(数据中心互连和流量工程)”的临时专利申请No.61/060,040的优先权，该申请的全部内容通过援引纳入于此。

背景

当今的数据中心中主存的应用程序遭受资源内部分割、刚性、以及由连接数据中心的服务器的网络的体系结构施加的带宽制约。当前常规体系结构将web服务静态地映射到以太网VLAN，由于控制平面开销，每一个VLAN在大小方面限制于几百个服务器。经由昂贵的自定义硬件和专有软件来实现用于跨VLAN分散流量的IP路由器和用于跨服务器在VLAN内分散请求的负载平衡器。如此，昂贵的IP路由器端口变成任何机架-到任何机架服务器连通性的瓶颈，如此，限制了许多数据密集型应用程序(例如，数据挖掘、映射/降低计算、分布式文件系统、大型对象(blob)存储)的流量。此外，常规体系结构将流量集中于必须常常升级和替换以跟上需求的一些硬件中——直接抵触数据中心的其余部分的流行原则(流行原则为横向扩展(添加更多便宜的组件)而并非纵向扩展(向少量的昂贵的组件添加更多能力和复杂性))的方法。将流量集中于小数量的网络路由器和交换机的做法还将网络置于发生故障和停机的风险中，因为这种小数量的组件的故障击败嵌入到系统中的冗余，并导致停机。现在存在在极低的端口成本下有非常高的端口速度的商用交换硬件可用，使得现在是重新设计数据中心网络基础结构的恰好时机。

数据中心包括服务器和网络组件，其中，组件之间的距离通常小于一毫秒的光速传播时间(即，以1Gbps速度或更大的速度，越过少量的交换机)。基础结构的服务器部分现在就商品化而言太遥远——高端企业级服务器已经被大量的低成本PC所替代。分布式计算和系统管理软件中的新发明已经使个体服务器的不可靠性被系统作为整体的聚合的可靠性所掩盖。运行的主题是由PC商品化的经济因素进行驱动的“横向扩展代替纵向扩展”。商用部件的特征在于：广泛的可用性、标准化、以及用于增大的能力的驱动程序(例如，1Gbps、10Gbps技术已可用，100Gbps技术现在是新兴的)。

数据中心基础结构的网络部分为商品化呈现下一新领域。需要互连的服务器的数量的增大已经如此延伸了企业网络解决方案的限制，以至于当前体系结构类似最初旨在在数量级较小的企业网络中工作的协议的一系列修补和替代方法。

现在将参考图1讲述常规数据中心的某些挑战和要求，图1示出了从推荐的源获取的数据中心的常规体系结构100。参见“Cisco systems：Datacenter：Load balancing data center services，2004(思科系统：数据中心：负载平衡数据中心服务，2004)”，其藉此通过援引全部纳入于此。多个应用程序在数据中心内运行，但是，通常每一应用程序都被主存在其自己的一组(潜在可能的虚拟)服务器机器102中，单个组织拥有并控制数据中心内的活动。来自因特网104的请求通常被发送到公开可见和可路由的虚拟IP地址(VIP)，并且有与在数据中心中运行的每一应用程序相关联的一个或多个VIP。

从因特网到达的请求，基于目的VIP地址，通过边界路由器(BR)和访问路由器(AR)被IP(层3)路由到层2域。VIP被配置到连接到顶交换机(S)的两个负载平衡器(LB)上，并使用复杂的机制来确保如果一个负载平衡器失败，则其他负载平衡器拾起流量。参见由E.R.Hinden所著的“Virtual router redundancy protocol(虚拟路由器冗余协议：VRRP)”，该申请通过援引全部纳入于此。对于每一个VIP，负载平衡器被配置成具有直接IP地址列表(DIP)，直接IP地址是负载平衡器下面的机架中的物理服务器102的私有和内部地址。此DIP列表定义可以处理到该VIP的请求的服务器池，负载平衡器跨池中的DIP分散请求。

随着数据中心中所需的服务器的数量增长，向层2域中添加附加成对的交换机和相关联机架，如图所示。由于广播和控制平面流量的开销，层2子网在大小方面被限制于几百个服务器，如此，在层2交换机上配置了VLAN，以将域分割为多个层2子网，每个VLAN一个子网。当层2域最终达到与大小大约为4,000个服务器的大以太网域相关联的限制(例如，VLAN耗尽、广播/控制流量)时，创建附加层2域，并将其连接到其他访问路由器对。

常规方法具有下列问题：