什么是数据中心架构？

现代数据中心架构已从本地基础架构发展为将本地系统与云基础架构连接起来的架构，其中网络、应用程序和工作负载在多个私有云和公共云中虚拟化。这种演变影响了数据中心的架构方式，因为数据中心的所有组件不再位于同一位置，并且只能通过公共互联网相互访问。让我们来看看数据中心网络、计算和存储技术的最新进展。

数据中心计算

基础设施组件虚拟化的进步使员工能够根据需要快速启动系统和应用程序以满足需求。例如，管理程序环境将虚拟机 (VM) 使用的计算和内存资源与裸机硬件的资源隔离开来。容器系统为应用程序运行提供虚拟操作系统。虚拟机和容器化应用程序都是可移植的，可以根据需要在本地或公共云上运行。

虽然虚拟机和应用程序能够更快地交付基础设施和应用程序，但边缘计算解决了一个不同的问题，并将计算资源移动到数据所在的边缘，从而减少了传输中出现的延迟和带宽问题。

边缘计算解决的一个主要用例是处理远程物联网设备生成的数据。实时应用程序，例如自动驾驶汽车和机器人技术中使用的视频处理和分析，需要在边缘附近进行处理。出现了分布式和紧凑单元的微型数据中心。这些单元在收集数据并需要实时分析结果的边缘设备附近收集、处理、分析和存储数据。

自 1970 年代初发明以来，我们今天所熟悉的在单个芯片中包含多个 CPU 的微处理器已经走过了漫长的道路。随着时间的推移，通用 CPU 的处理速度有所提高，并受益于摩尔定律，该定律预测微芯片上的晶体管数量每两年翻一番。但是 CPU 的结构可能不适合某些任务。

随着人工智能 (AI) 和机器深度学习的出现，人们发现图形处理单元 (GPU)在训练深度学习神经网络时可以比 CPU 快 250 倍。它们的结构使它们比用于并行处理大块数据的算法的通用中央处理单元 (CPU) 更有效。

数据中心存储

存储数据——包括他们自己的和客户的——是数据中心职责的核心部分。随着存储变得更便宜、更高效，本地和远程备份的使用变得更加普遍，从而进一步增加了数据存储。

数据中心所有者制定了灾难恢复计划来恢复丢失的数据。备份技术包括将数据保存到物理介质，然后将数据存储在本地或远程，直接将数据传输到另一个站点，或将数据上传到云。例如，数据通常分布在多个物理上分离的数据中心之间。这样，如果数据中心受到野火、地震或其他自然灾害的影响，则可以从备份数据中心内容中恢复丢失的信息。

SDS（​​软件定义存储）、NVMe 和 NVMe-oF 等数据存储技术的进步正在改变数据中心存储、管理和使用数据的方式。通过软件抽象 (SDS) 管理数据可实现自动化并降低管理数据的管理成本。

NVM Express (NVMe) 和固态驱动器 (SSD) 正在以更低的延迟和更好的性能取代传统的旋转磁盘以及用于访问它们的 SATA 和 SAS 接口。虽然 NVMe 适用于存储系统中的 PCI Express 接口，但 NVMe over Fiber 允许一台计算机通过网络上的远程直接内存访问访问连接到另一台计算机的块级存储设备。这使组织能够创建具有极低延迟的高性能存储网络。

数据中心网络

数据中心带宽需求由应用程序和内部和外部系统的数量以及连接到网络的用户数量驱动。需要使用监控工具跨存储区域网络 (SAN)、局域网 (LAN)、外部和 Internet 链路监控峰值，以衡量何时需要迁移到下一个规模的电路，例如，当定期达到 50% 的容量时.

交通流的瓶颈可能发生在任何连接点。特别是，管理人员应确保防火墙、负载平衡器、IPS 和 WAF 能够支持整体吞吐量要求。对于 WAN 连接，管理人员应规划足够的带宽以支持偶尔的流量高峰，以确保满足语音和视频需求、互联网访问、MPLS 和 SD-WAN 服务要求。与糟糕的用户体验相比，带宽是一笔不小的开支。

一种数据中心网络架构是由三层网络交换机组成的基于树的网络拓扑。访问是服务器连接到边缘交换机的最低层。聚合层是一个中间层，将多个接入层交换机互连在一起。聚合层交换机通过顶层核心层交换机相互连接。一种常见的做法是在此处的交换机上部署防火墙、负载均衡器和应用加速板。

核心层交换机将数据中心连接到互联网。核心交换机具有很高的交换能力，可以处理突发的流量。为了最大限度地减少核心交换机需要处理的单个服务器地址的数量，核心交换机将流量路由到批次或 Pod，以这样一种方式对数据包进行编码，即核心只需要知道将流量导向哪个 Pod，而不是处理单个服务器请求.

数据中心网络的最新进展之一是超大规模网络安全技术。这是随着系统需求的增加而适当改进和扩展的能力。更多的资源可以动态地分配给系统，从而形成一个强大的、可扩展的和分布式的系统。

现代数据中心网络还使用软件定义网络 (SDN)，它使网络管理员能够在软件中配置、管理、保护和优化网络资源。SDN 将网络基础设施抽象为应用程序、控制平面和数据平面层。然后对网络的控制变得直接可编程，从而实现网络资源的自动配置和基于策略的管理。SDN 的好处包括降低运营成本、集中运营控制以及在需要时扩展服务（例如安全性）的能力。

数据中心架构演进正在进行中

计算、存储和网络技术的变化对数据中心的架构和运营方式产生了巨大影响。随着技术的不断发展，组织需要确保他们有适当的解决方案来保护他们不断变化的数字攻击面。