高职院校数据中心基础网络架构的建设与探索
中图分类号：C37文献标识码： A
一、引言
随着科学技术的发展，信息技术也进入了新的发展高峰期，云计算、移动互联、社交网络等新技术的涌现和成熟，逐渐改变着信息化生态环境。在快速的发展过程中，信息技术的发展逐渐形成了比较鲜明的趋势：1.社交化：沟通、协作、分享；2.移动化：移动互联、智能终端、物联网；3.云计算：虚拟化、弹性、云服务；4.大数据：超海量、多样化、非结构化；信息化建设在深入高职院校教学、科研、办公和管理等日常业务的同时，各种业务系统数量和存储的数据越来越大，并承载着学校内几乎所有的数据。数据中心为学校信息化建设的各项应用服务提供高性能、高可用性、高扩展性的硬件架构、软件平台及技术支持，各项业务对数据中心的要求也越来越高，是高职院校的“信息高速路”，因此，数据中心已成为高职院校信息化建设的标志。
二、高职院校数据中心概述
数据中心是一个发展中的载体，是信息化的基础架构部分，其轮廓逐渐转变为一个基于空间分配、物理架构、数据承载、服务提供为一体的资源群中心。经过近40年的发展，数据中心作为高职院校信息化建设的核心枢纽，其主要包括四部分：1.机房基础设施：机房空间、电力、制冷系统、弱电系统等；2.系统运行的环境：服务器、网络、存储等；3.数据运行的环境：数据加工、数据交换、数据服务等；4.服务提供：数据服务、信息服务等；数据中心的作用就是服务数字化校园建设，它必须满足四个功能：1.信息资源整合：架设合理的信息资源整合架构，方便应用系统之间的数据交换与共享；2.搭建高速、稳定的互联网服务平台；3.计算、存储资源的整合：实现计算、存储资源共享，减少硬件、运行、维护等方面的重复投资；4.安全管理：设置合理的运行架构，有利于实施有效的安全防护与管理策略。通俗的说，数据中心=机房+网络+服务器+存储+数据+软件。
本文以我校数据中心建设的基础为依据，结合虚拟化技术，完成了数据中心的网络基础架构的设计，数据中心核心交换机通过万兆光纤实现了与校园网的冗余链接。整个数据中心的服务器、网络、存储和应用交付设备都采用冗余和负载均衡技术，来保证数据中心的高可用性。
三、高职院校数据中心基础网络架构的关键要素
1.超高速网络
以太网技术的快速发展，10GE技术当前已经在数据中心的骨干中广泛应用。2010年以太网技术40G/100G的标准已经发布，在IEEE802.3ba标准发布后，能够通过技术把原来较低速的网络通过技术平滑升级过渡到超高速的网络环境，并且保持对传统千兆、万兆的兼容性。当前的千兆接入、万兆骨干已经是普遍构建的网络架构。随着硬件技术的快速发展，成本的持续下降，万兆技术也开始从网络的核心，推进到网络边缘，近而推进到服务器、存储设备上面。
同时，服务器I/O也已经由千兆向万兆快速发展，随着I/O加速技术、I/O虚拟化技术的不断推进以及服务器多路多核计算能力的提升，目前的服务器上面的10GE网卡由于采用硬件加速技术，其服务器的吞吐能力已经接近10GE的线速，这种从网络接入层的高性能吞吐量必然要求网络架构采用更高的性能，才能迎接大数据时代的到来。并且网络访问的突发性也需要网络架构具有超高速网络，比如高职院校在招生，迎接新生期间都对基础网络架构要求特别高。
2.高可用网络
可用性（Availability）是系统正常运行时间占总运行时间的比例，也就是可用性=平均无故障时间MTBF/(MTBF+平均故障恢复时间MTTR)*100%。现在采取各种技术，数据中心的可用性已经可以达到99.999000%，也就是每年平均故障时间是5.256分钟。在数据中心采取的高可用技术主要有：（1）物理设备：冗余电源、冗余风扇、冗余主控、冗余核心设备、板卡可以热插拔；（2）链路层面：以太网链路聚合（手工聚合、LACP）；（3）二层多路径：STP、MSTP、SmartLink；（4）三层多路径：VRRP、ECMP、动态路由协议多路径；（5）L4～L7多路径：状态热备、非对称路径转发；（6）不间断转发：GR、热补丁升级；（7）故障检测：NQA、DLDP、OAM、BFD；大多数情况下，在数据中心中，核心层到汇聚层间部署OSPF动态路由协议，在汇聚层网关上面部署VRRP处理多网关冗余，在汇聚层到接入层之间部署STP/MSTP解决二层网络环路冗余。
3.统一交换网络
以太网是不可靠的网络，依靠上层协议解决网络阻塞、丢包重传等问题。在以太网的发展过程中，数据中心以太网DCE或融合增强以太网CEE技术已经应用于数据中心的网络架构中，一旦出现瞬时拥塞，如汇聚交换机的队列缓存消耗较快，超过一定阀值，汇聚交换机就向数据进入的方向（上游设备）发送反压信息，上游设备接收到反压信息，就根据反压信息指示停止发生或延迟发送数据，并将数据存储在本地端口的缓存，如果本地端口缓存超过阀值，则继续向上游反压，这样一级一级反压，直到网络终端设备，从而消除网络节点因拥塞而造成的丢包。随着以太网技术的更新进步，现在的数据中心可以不用采用Infiniband，Fiber Chanel和Ethernet三种不同技术并存的网络，而是采用基于Ethernet的统一交换网来建设数据中心，这样的数据中心能实现虚拟技术和云计算等技术。
4.虚拟化交换网络
逐渐成熟的虚拟化技术帮助一些高职院校的数据中心减少服务器数量、优化资源配置、简化管理，利用虚拟化和云计算技术也实现动态IT基础设备环境，进一步优化现有的架构和管理模式。数据中心采用虚拟化技术，对数据中心的服务器、存储、网络和应用交付系统进行整体虚拟化，使学校的数据中心在运行得高效、安全、可靠和高可用性的同时，还能对硬件资源进行智能管理、灵活部署、动态调整和按需分配，最终实现Iaa S(Infrastructure as a Service，基础设施即服务)的目标，比如将一台物理服务器虚拟化成多台逻辑虚拟机VM，从而提高计算资源的利用效率、节省能耗，并且一个VM完全等效于一台物理服务器在运行，而VM的动态迁移机制，则比物理服务器的搬迁省事很多。
5.透明化交换网络
在数据中心内部，可以采用IRF2（智能弹性架构）技术，构建大型的二层透明交换网络，具有网络结构简单，保持高可用性和高可靠性，避免环路的好处。在数据中心内部，构建端到端的IRF2虚拟化网络，达到内部虚拟化计算的透明交互，哪怕我校的核心网设备位于不同的区域，通过虚拟化成一台逻辑设备，数据中心与核心网以跨地域聚合链路，消除了网络环路。
四、总结
综上所述，高职院校的数据中心是整个学校所有信息的集合和管理中心，其网络基础设施的建设对整个学校的信息化建设起着决定性的作用。本文对高职院校数据中心的关键要素进行了分析，并根据昆明工业职业技术学院数据中心建设的经验，给出了一套符合高职院校数据中心网络基础设施建设的关键要点，通过该建设方案可以有效地提升数据中心的建设质量，并在满足学校数字化校园建设需求的同时，大幅度降低TCO。在数据中心基础网络架构设计和建设的同时，制冷和能耗也成为制约的因素，数据的安全要求，等级保护，服务安全等都对数据中心的建设产生较大的影响。下一步将继续研究这几个要素如何设计才能达到整体性能最优，从而更好的实现IaaS。
当然，三分技术，七分管理。在数字中心建设的后期，还需要研究数字中心的管理规章制度，包括管理制度、岗位职责、工作流程规范等；重视维护日志记录，对数据中心的运行情况进行实时监控及异常报警；构建监督制度体系，加强监督，定期检查、明确责任，使数据中心的各项管理工作落到实处。
