数网协同：数据中心发展下一站
一、背景
2013年以后，国家逐步出台政策，引导大型、超大型数据中心逐渐向中西部以及热点地区周边转移。2020年，数据中心和5G一起被列入新基建，意味着数据中心和网络的协同发展被提到了更高的位置，数网协同将成为数据中心发展的下一站。
据工信部最新发布的《数据中心发展指引（2019）》，到2018年底，北京、上海、广东三地的在用机架数约占全国的三分之一；中西部地区数据中心在用机架数全国占比约为40%。在上架率方面，国内数据中心总体平均上架率为50%左右。东部沿海省市的上架率基本达到60%以上，而西部各省的上架率仅在30%左右，东西部差距仍然较大。有一半的数据中心为直接接入骨干网，三分之一的数据中心接入城域网。从机架分布和上架率情况来看，在现有的网络条件下，数网协同还无法支撑全国数据中心的布局优化，亟待破局。
图1 数据中心网络接入情况
二、数据中心网络
2.1 数据中心内部网络
不同类型的应用对数据中心网络有着不同的要求。前端网络通常采用TCP协议，IP/以太网络技术成为前端网络主流技术，成本低、扩展性好；存储网络一直在追求大带宽高吞吐以充分发挥存储盘和CPU的效率，上世纪90年代末采用同时期比Ethernet速率更高的FC技术。进入20世纪，随着更高速率的SSD的规模应用，特别是近来高速低时延的NVMe技术的出现，存储需要更高速更高效的网络；计算网络主要采用InfiniBand专网，典型代表为HPC等高性能业务，低时延是其极致追求。但随着RoCE技术的深入发展，Ethernet在计算网络中的应用也逐渐普遍。
鉴于以太网是生态最完整、应用最广泛的网络技术路线，为了降低数据中心网络的总拥有成本(TCO，Total Cost of Ownership)，前端网络、存储网络和计算网络3张网络的技术归一到以太是不可避免的，这就是开放数据中心委员会ODCC开展的研究项目“数据中心三网合一”。如图2所示，利用三网合一技术，可以大幅降低数据中心网络的TCO，并显著降低组网和运维工作的复杂性。
图2 数据中心三网合一
2.2. DCI
云计算在发展过程中，无论是云服务商的自身业务，还是客户的应用需求，均需要高效、可靠的专用网络进行支撑。DCI增强云服务商内部的数据中心间互联，数网协同通过专用网络连接云或数据中心。
当前，包括Google、阿里等业界领先的云服务商均在进行DCI网络的建设。Google已经建成B4网络，用以连接其分布于全球不同地区的数据中心。根据公开资料，B4网络采用软件定义网络进行实现，建设水平相对较高，且在流量调度等方面已经发挥重要作用。
近年来，在强大的网络能力的支撑下云计算发展迅速。随着公有云和私有云的不断发展，网络基础设施需要通过优化网络结构确保网络的灵活性、智能性和可运维性，提供差异化的网络服务，更好地适应云计算应用的需求。数网协同是云计算和网络发展到一定阶段的必然结果，也将成为未来一段时期的重点发展方向。
三、发展建议
充分考虑资源环境条件因素，合理进行数据中心布局，夯实数网协同发展的基础。数据中心作为新基建的一部分，更多的是要承担各类包括云计算、大数据、人工智能等上层应用的基础设施的作用，更好的适应上层应用的发展需求。
通过推动区域数据中心直联促进区域数字经济发展。随着5G的部署应用加速，传统的东西向流量将会演变为南北向流量的爆发式增长。因此，将传统的以行政区划组网转变为以IDC为核心组网，并结合IDC流量流向进一步优化网络结构形成数网协同发展将成为大势所趋。
通过网络扩容和数据中心专线建设，推动三大经济区域数据流动，提高整体的信息化活力。京津冀、长三角、大湾区为我国三个经济发展最发达的地区，三个地区存在着密集的经济和人才交互，2019年京沪高铁全年全线运送旅客达到2.15亿人次。扩大三个区域之间的网络带宽、降低时延将对三个区域之间更多的应用交互起到积极的促进作用。
通过定向网络直联提高能源富足地区的网络质量，将能源由电力输出转变为通过网络输出。不管是西气东输，还是南水北调，进行的都是全国性的资源调配。对于数据中心资源也是如此。我国内蒙、甘肃、宁夏、青海等地区能源丰富，年均气温较低，非常适合数据中心建设。实现能源富足地区到一线城市的网络扩容和时延降低，对于我国整体资源的调配将起到间接的推动作用，通过将算力在光纤上进行输出也将大大降低国家整体的资源转移成本。
需要加快本地互联网骨干直联点建设，推动提升多个运营商之间的互访网络质量。直联点的建设减少了全国流量传递过程中的绕转，提高了区域内流量互通效率和安全性。随着数网协同的深入发展，有必要继续推动互联网骨干直联点的建设，使运营商之间的流量互访更为畅通。
基于5G实现更广泛的网络接入。5G的部署会给用户带来高带宽、低时延的业务体验。边缘计算将是5G的重要使用场景，一方面，可以满足更多场景下网络接入等用户方需求；另一方面，边缘接入将给数据中心带来更大的数据流量，需要通过边缘数据中心等设施进行提前处理。数网协同的趋势下，5G和数据中心将会紧密协同，共同发展。
四、总结
推动区域网络直联、专用数据中心网络通道建设、定向网络直联和本地网络直联点等方面的建设，使以数据中心为中心的网络质量大幅提升，数网协同将能更好地适应并支撑上层应用的发展。
一直以来，中国信息通信研究院云计算与大数据研究所积极参与开放数据中心委员会ODCC网络方面的相关工作，持续进行关于数据中心网络的研究，构建开放的网络生态圈。同时，中国信息通信研究院云计算与大数据研究所也在IEEE进行智能无损网络项目的研究，将国内的研究成果推向国际。做好数网协同，将对有效支撑上层应用的开展提供基础设施保障。数网协同必将成为数据中心发展的下一个目标。
作者简介
郭亮，高级工程师，中国信息通信研究院云计算与大数据研究所副总工程师，工业互联网产业联盟（AII）工业数据中心特设组联执主席，开放数据中心委员会（ODCC）新测组组长，IEEE802.1 NENDICA智能无损网络项目Editor。长期从事数据中心技术研究、政策支撑和标准化工作，负责和参与出版《数据中心热点技术剖析》等专业著作四本，发表专业论文十多篇，牵头制定相关技术规范几十项。
联系方式：guoliang1@caict.ac.cn
何宝宏，博士，正高级工程师，中国信息通信研究院云计算与大数据研究所所长。中国通信标准化协会互联网与应用工作委员会（TC1）主席，开放数据中心委员会(ODCC)名誉主席。从事互联网相关的技术、标准、监管和战略等研究20余年，具有业内丰富经验，著有《互联网的基因》、《风向》两部专著。
联系方式：hebaohong@caict.ac.cn
个人订阅号：何所思
校 审 | 陈 力、 珊 珊
编 辑 | 凌 霄
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