網絡是數據中心的重要組成部分，是連接數據中心大規模服務器進行大型分布式計算的橋梁，網絡對于數據中心的重要性不言而喻。隨著數據中心流量從傳統的“南北流量”為主演變為“東西流量”為主，對網絡帶寬和性能提出了很高的挑戰，還有虛擬化技術的應用需求，這些都需要網絡做出改變，這使得數據中心網絡架構的研究成為技術熱點，傳統的三層（接入層、匯聚層和核心層）網絡架構已經不合適新一代數據中心的發展，本文就來講述一些新興的網絡體系架構技術，讓大家對最前沿的網絡架構研究有所了解。既然是研究就會有不同的觀點和想法，所以針對數據中心網絡面臨的各種問題，設計出現了很多種網絡架構。比如：Fat-Tree、VL2、Monsoon、Portland、Helios、c-Through、OSA、Flyway、WDCN等等技術，在網絡體系結構設計領域出現了百家爭鳴的景象。相信大家對這些名詞都比較陌生，本文拋磚引玉選其中主流的一些網絡架構設計思想，進行詳細解讀，把脈最新網絡架構設計理念趨向。

Fat-Tree胖樹交換網絡

Fat-Tree網絡架構非常經典，就是傳統的三層網絡架構，由邊緣、匯聚和核心交換網絡組成，形成一個樹形網絡拓撲架構。不過Fat-Tree與傳統的三層樹形網絡還有不同，邊緣和匯聚網絡被劃分為不同的集群，在一個集群中，每臺接入設備和每臺匯聚設備都相連，構成一個完全二分圖，每個匯聚設備與某一部分核心網絡設備連接，使得每個集群與任何一個核心設備都相連。Fat-Tree之所以叫胖樹網絡，是因為從邊緣到核心，越靠近核心網絡帶寬越高，就像真實的樹，越到樹根，枝干越粗，即：從葉子到樹根，網絡帶寬不收斂，這是Fat-Tree能夠支撐無阻塞網絡的基礎。為了實現網絡帶寬的無收斂，胖樹網絡中的每個節點(根節點除外)都需要保證上行帶寬和下行帶寬相等，并且每個節點都要提供對接入帶寬的線速轉發的能力。在轉發層面，從邊緣到匯聚均采用二層網絡，核心采用全三層網絡轉發，匯聚之間要轉發需要經過核心三層轉發。

VL2開關網絡

VL2網絡架構的提出是為了提升數據中心敏捷性，即為任何云計算上層服務和應用分配任意數量和位置的服務器計算和存儲資源。VL2將網絡中的所有服務器通過一種虛擬的二層以太網連接起來，使得對于云計算的任何上層服務來說，網絡中所有的服務器對它都是可分配的，即所有的服務器都位于同一個服務器共享池中，從而消除了資源分片問題。這個VL2開關網絡拓撲特別適合VLB ，因為通過在網絡頂層的一個匯聚網絡設備間接轉發流量，網絡可以為任何服從軟管模型的流量矩陣提供帶寬保證。同時，路由很簡單且富有彈性，采用一個隨機路徑到達一個隨機匯聚網絡設備，然后沿一個隨機路徑到達目的接入設備。VL2開關網絡中的各級設備之間都采用10G端口以減小布線開銷，隨著更高轉發速率的設備出現，現在采用40G互連已經逐漸成為主流。VL2開關網絡中，若干臺服務器會連接到一個接入網絡設備上，每臺接入設備與兩臺匯聚設備相連。每臺匯聚設備與所有核心設備都相連，構成一個完全二分圖，保證足夠高的網絡容量。

Helios集裝箱網絡

Helios網絡是一個兩層的多根樹結構，將所有服務器劃分為若干個集群，每個集群中的服務器連接到接入設備上，接入設備同時還與頂層的分組網絡設備和光網絡設備同時相連，該拓撲保證了服務器之間的通信可使用分組鏈路，也可使用光纖鏈路。Helios網絡架構的管理程序可以對網絡資源進行動態配置，使流量大的數據流使用光纖鏈路進行傳輸，流量小的數據流依然使用分組鏈路傳輸，從而實現網絡資源的最佳利用。Helios網絡適用于集裝箱之間的互聯，它結合光交換和電交換各自的特點，構建了一種光電混合型集裝箱間互聯結構。Helios網絡光電混合的特點使得它僅需更少的連線，建設成本更低。

DCell網絡

DCell網絡是一種使用微型網絡設備和有多個網絡端口的服務器遞歸定義構建的網絡架構。在DCell網絡中，服務器通過雙向的通信鏈路連接到其它服務器和幾個小型網絡設備上，高層次的DCell通過低層次DCell遞歸建立的。在DCell網絡中，由較低層次的網絡互聯構成較高層次的網絡時，需要低層次網絡個數等于每個低層次網絡中的服務器個數加1，互聯的標準是每個低層次網絡中的每臺服務器分別與其它每個低層次網絡中的某臺服務器相連。DCell網絡架構的優勢就是網絡可擴展性好，在網絡設備端口數和遞歸層級不大的情況下就能容納巨大的服務器數量。具有多個端口的服務器還可以進行路由選擇，利用多路徑傳輸，提高聚合網絡容量，對于多對多網絡傳輸的支持很好，不過隨之而來的是需要每個服務器都增加一個網絡接口，增加了服務器的開銷和擴建網絡的復雜度。當然DCell網絡也不夠完美，存在底層鏈路承擔更多傳輸任務的負載不均衡問題，同時需要服務器配置更多的接口，才能擴展網絡規模。

除了以上介紹的這四種網絡架構，其實還有十幾種主流的網絡架構理論，比如以網絡為中心的網絡架構：Monsoon、Jellyfish、OSA、WDCN、Elastic Tree、PortLand、SecondNet；以服務器為中心的網絡架構：BCube、FiConn、雪花結構、CayleyDC、MDCube等等。這些網絡架構分別適用于不同、特定的場合，都有其獨自的特點。數據中心網絡架構已經成為近年來引人矚目的研究熱點，國際學術界、國際標準組織、網絡設備廠商、云計算提供商等都對數據中心網絡架構研究給予了非常大的關注，這些促使出現了如此多的網絡架構理論，可以預計在未來數年內，數據中心網絡架構的研究還將持續成為焦點。