関連するブログ、参照この一連のオタクの時間-ネットワークプロトコルについての何か
ニュースの視聴、注文、ビデオの視聴、ファイルのダウンロードなど、最終的な目的地はデータセンターです。これまでにネットワークプロトコルとネットワーク関連の知識について多くのことを学びましたが、データセンターはどのように見えますか？
データセンター
データセンターはホッジポッジであり、以前に学んだ知識のほとんどすべてが使用されます。
オフィスのネットワークについて話したとき、オフィスにはたくさんのコンピューターがあることを知っていました。外部ネットワークにアクセスする場合は、ゲートウェイと呼ばれるものを通過させる必要があります。これは、多くの場合ルーターです。
データセンターには多数のコンピューターもありますが、オフィスのラップトップやデスクトップとは異なります。データセンター内にはサーバーがあります。これは呼ばれるサーバに配置されたラック（ラック）上記棚。
データセンターの入口と出口もルーターです。データセンターの境界では、国の境界と同じように、国境ルーターと呼ばれています。高可用性のために、複数の境界ルーターがあります。
一般的に、自宅では1つのオペレーターのネットワークのみが接続されており、高可用性のために、1つのオペレーターに問題が発生したときに別のオペレーターを介してサービスを提供するために、データセンターの境界ルーターが複数のオペレーターを接続しますネットワーク。
これはルーターであるため、ルーティングプロトコルを実行する必要がありますが、データセンターは多くの場合、ルーティングプロトコルの自律領域（AS）です。データセンター内のマシンが外部のWebサイトにアクセスする場合、データセンター内のマシンも外部にサービスを提供し、そのすべてがBGPプロトコルを介して内部および外部のルーティング情報を取得できます。これは、よく耳にするマルチラインBGPの概念です。
データセンターが非常にシンプルでマシンが少ない場合は、自宅や寮と同じように、すべてのサーバーがルーターに直接接続されます。ただし、データセンターには多くのマシンが存在することが多く、ラックがいっぱいになると、これらのサーバーを接続して相互に通信するためのスイッチが必要になります。
これらのスイッチは多くの場合、ラックの上部に配置されるため、しばしばTOR（トップオブラック）スイッチと呼ばれます。このスイッチの層は、しばしばアクセス層（アクセス層）と呼ばれます。このアクセス層は、前述のアプリケーションのアクセス層の概念ではないことに注意してください。
ラックを設置できない場合は、複数のラックが必要であり、複数のラックを接続するためのスイッチも必要です。これらのスイッチには、より高いパフォーマンス要件とより広い帯域幅があります。これらのスイッチは、アグリゲーションレイヤースイッチ（アグリゲーションレイヤー）と呼ばれます。
データセンター内のすべての接続では、高可用性を考慮する必要があります。ここで最初に考慮すべきことは、マシンにネットワークカードが1つしかなく、それにネットワークケーブルが接続されている場合、それはTORスイッチに接続されているということです。ネットワークカードが壊れているか、ネットワークケーブルが誤って落とされている場合、マシンは乗ることができません。それはよく言われるように、少なくとも2枚のネットワークカード、スイッチに2本のTORネットワークケーブルが、二つは、ネットワークアダプタカードのような仕事に持っているNICチーミング（ボンド）。
これには、サーバーとスイッチの両方がプロトコルLACP（Link Aggregation Control Protocol）をサポートしている必要があります。相互に通信し、複数のネットワークカードを1つのネットワークカードに集約し、複数のネットワークケーブルを1つのネットワークケーブルに集約します。ネットワークケーブル間で負荷分散を実行したり、ネットワークケーブルの準備として使用したりできます。
ネットワークカードには高可用性が保証されていますが、スイッチにはまだ問題があります。ラックにスイッチが1つしかなくてハングした場合、ラック全体をインターネットに接続できなくなります。そのため、TORスイッチにも高可用性が必要であり、アクセスレイヤーとアグリゲーションレイヤー間の接続にも高可用性が必要であり、単一回線で接続することはできません。
最も伝統的な方法は、2つのアクセススイッチと2つの集約スイッチを配置することです。サーバーと2つのアクセススイッチの両方が接続され、アクセススイッチと2つのアグリゲーションが接続されています。もちろん、これによりリングが形成されるため、STPプロトコルを有効にしてリングを削除する必要があります。STPプロトコルでは、1つの方法しか機能しないことを学びました。
スイッチにはスタッキングと呼ばれるテクノロジーがあるため、別の方法として、複数のスイッチを1つの論理スイッチに形成し、サーバーを複数のワイヤーディストリビューションを介して複数のアクセスレイヤースイッチに接続し、アクセスレイヤースイッチの複数のワイヤーをそれぞれ複数のスイッチに接続し、プライベートプロトコルをスタックしてハイパーアクティブ接続を形成します。
帯域幅の要件が大きくなり、ハングの影響が大きくなるため、2つのスタックでは不十分な場合があり、論理スイッチには4つのスタックなど、さらに多くのスタックがある場合があります。
コンバージェンスレイヤーは、多数のコンピューティングノードを接続してクラスターを形成します。このクラスターでは、サーバーは第2層を介して相互に通信します。この領域は、しばしばPOD（Point Of Delivery）と呼ばれ、利用可能ゾーン（Available Zone）と呼ばれることもあります。
ノード数が多すぎるとアベイラビリティーゾーンを配置できず、複数のアベイラビリティーゾーンを接続する必要があります複数のアベイラビリティーゾーンを接続するスイッチをコアスイッチと呼びます。
コアスイッチはスループットが高く、高可用性のための要件が高くなります。これらは確実にスタックする必要がありますが、多くの場合、スタックはスループットを満たすのに十分ではないため、コアスイッチの複数のセットを展開する必要があります。高可用性のために、コアスイッチと集約スイッチも完全に相互接続されています。
当時はまだ問題がありましたが、ループがあったらどうすればいいですか？
1つの方法は、異なる可用性ゾーンが異なるレイヤー2ネットワークにあり、異なるネットワークセグメントを割り当てる必要があることです。アグリゲーションとコアはレイヤー3ネットワークを介して通信します。レイヤー2はブロードキャストドメインになく、レイヤー2リングはありません。道路の問題。ルーティングプロトコルを通じて最適なパスが選択されている限り、3層リングには問題はありません。2番目のレイヤーにループがなく、3番目のレイヤーにループがないのはなぜですか？第2層ループの状況を思い出すことができます。
図に示すように、内部ルーティングプロトコルOSPFを使用してコアレイヤーとアグリゲーションレイヤー間のアクセスに最適なパスを見つけ、ECMPと同等のルーティングを使用して、複数のパス間で負荷分散と高可用性を実現できます。
ただし、特にクラウドコンピューティングとビッグデータを使用するデータセンターのマシンの数が増えると、クラスターのサイズが非常に大きくなり、すべてのコンピューターにレイヤー2ネットワークが必要になります。これは、2層の相互接続が収束層からコア層に上がることを必要とします。つまり、コアの下にあるすべてが2層の相互接続であり、すべてブロードキャストドメイン内にあります。これは多くの場合、大きな第2層と呼ばれます。
大規模なレイヤー2の水平方向のトラフィックが大きくなく、コアスイッチの数も多くない場合は、スタッキングを実行できます。ただし、水平方向のトラフィックが大きく、スタッキングが十分でない場合は、コアスイッチの複数のセットを展開して、アグリゲーションレイヤーと完全に相互接続する必要があります。スタックはコアスイッチグループのリングレス問題とグループ間の相互接続全体のみを解決するため、それを解決するには他のメカニズムが必要です。
STPの場合、複数のコアのセットを展開する機能では、1つのセットしか機能しないため、水平方向のトラフィックを拡張できません。
したがって、第2層では、マルチリンク透過相互接続プロトコルであるTRILL（リンクの多くの透過相互接続）が導入されました。基本的な考え方は、レイヤー2リングに問題があるが、レイヤー3リングに問題がない場合、レイヤー3のルーティング機能はレイヤー2でシミュレートされるということです。
TRILLプロトコルを実行しているスイッチはRBridgeと呼ばれます。これは、ルーティングと転送の特性を持つブリッジデバイスですが、このルートはIPではなくMACアドレスに基づいています。
Rbridageはリンク状態プロトコルを介して動作します。このルーティングプロトコルを覚えていますか？これにより、レイヤ2全体のトポロジを学習し、どのブリッジからどのMACにアクセスする必要があるかを知ることができます。また、最短パスを計算したり、負荷分散と高可用性のために等コストルーティングを使用したりすることもできます。
TRILLプロトコルは、独自のヘッダーを元のMACヘッダーと外部MACヘッダーに追加します。TRILLヘッダーの入力RBridgeは、 IPヘッダーの送信元IPアドレスに少し似ています。出力RBridgeは宛先IPアドレスです。これらの2つのアドレスはエンドツーエンドであり、中間ルーティング中に変更されません。ルーティングのネクストホップもMACアドレスによって提示されるのと同じように、外部MACはネクストホップのブリッジを持つことができます。
図に示すプロセスに示すように、RBridge 1、RBridge 2、RBridge Xなどを経由してRBridge 3まで、ホストAからホストBに送信されるパケットがあります。RBridge 2が受信したパケットは2つの層に分かれています。内部層は、従来のホストAとホストBのMACアドレスと内部VLANです。
まず、外側のレイヤーにTRILLヘッダーを追加します。これは、パケットがRBridge 1から着信し、RBridge 3から発信する必要があり、ホップカウントがレイヤー3のIPアドレスと同じであることを示します。次に、外部では、宛先MACはRBridge 2、ソースMACはRBridge 1、外部VLANです。
RBridge 2がこのパケットを受信したら、最初にMACが自身のMACであるかどうかを確認します。そうである場合は、それが出力RBridgeであるかどうか、つまり最後のホップであるかどうかによって異なります。そうでない場合は、ホップカウントが0より大きいかどうかを確認してから、経路探索と同様の方法でネクストホップRBridge Xを見つけ、パケットを送信します。
RBridge 2によって送信されたパケットでは、内部情報は変更されず、外部TRILLヘッダーが内部にあります。同様に、このパケットがRBridge 1から着信することを説明すると、RBridge 3から発信される必要がありますが、ホップカウントは1減ります。外層のターゲットMACはRBridge Xになり、ソースMACはRBridge 2になります。
これは、RBridge 3まで転送を続け、外側の層をアンパックし、内側の層のパケットをホストBに送信します。
このプロセスはIPルーティングとよく似ていますか？
大規模な第2層のブロードキャストパッケージの場合は、配信ツリーの技術によっても実現する必要があります。STPはリングのあるグラフであり、ツリーはエッジを削除することで形成され、配布ツリーはリングのあるグラフであり、複数のツリーを形成しています。異なるツリーには異なるVLANがあり、一部のブロードキャストパケットはVLAN Aからブロードキャストされます。一部はVLAN Bからブロードキャストして、ロードバランシングと高可用性を実現しています。
コアスイッチの外側は境界ルータです。この時点で、サーバーからデータセンター境界までの階層は明確です。
コアスイッチには、侵入検知、DDoS保護などのセキュリティデバイスがよくあります。これは、データセンター全体が外部からの攻撃を防ぐための障壁です。多くの場合、コアスイッチにはロードバランサーがあり、その原理は前の章で説明されています。
一部のデジタルセンターでは、ストレージデバイス用に、SANとNASを接続するストレージネットワークもあります。ただし、新しいクラウドコンピューティングでは、従来のSANおよびNASは使用されませんが、x86マシンに展開されたソフトウェア定義ストレージが使用されます。このストレージはサーバーでもあり、ラック内のコンピューティングノードと統合できるため、より多くの効果的で、独立したストレージネットワークはありません。
したがって、データセンター全体のネットワークを以下に示します。
これは、典型的な3層ネットワーク構造です。ここでの第3層はIP層を指すのではなく、アクセス層、コンバージェンス層、およびコア層の3つの層を指します。このモデルは、内部アプリケーションへの外部トラフィック要求に非常に役立ちます。このタイプの流れは、外側から内側へ、または内側から外側へと流れます。上の図に対応して、上から下、下から上、北から南への流れであるため、南北交通と呼ばれます。
ただし、クラウドコンピューティングとビッグデータの開発に伴い、ノード間の相互作用がますます増えています。たとえば、ビッグデータコンピューティングでは、多くの場合、データを別のノードにコピーする必要があります。これは、スイッチを通過してデータを左から右に移動する必要があります。右から左、左西から右東の方向です。東西の流れと呼ばれます。
東西方向のトラフィックの問題を解決するために、リーフリッジネットワーク（スパイン/リーフ）が進化しました。
- 物理サーバーに直接接続されているリーフスイッチ（リーフ）。L2 / L3ネットワークの境界点はリーフスイッチ上にあり、リーフスイッチの上にはレイヤー3ネットワークがあります。
- スパインスイッチはコアスイッチに相当します。ECMPを介してリーフリッジ間で複数のパスが動的に選択されます。スパインスイッチは、リーフスイッチに柔軟なL3ルーティングネットワークを提供しているだけです。南北のトラフィックは、スパインスイッチから直接送信できますが、リーフスイッチと並列のスイッチを介して送信され、次に境界ルータに接続されます。
従来の3層ネットワークアーキテクチャは垂直構造ですが、リーフリッジネットワークアーキテクチャはフラット構造であり、水平方向に拡張するのが簡単です。
まとめ
まあ、それは複雑なデータセンターのためのそれです。要約すると、これらの3つの重要なポイントを覚えておく必要があります。
- データセンターは3つのフロアに分かれています。サーバーは、アクセスレイヤー、次にアグリゲーションレイヤー、コアレイヤー、そして最も外側の境界ルーターとセキュリティデバイスに接続されています。
- データセンター内のすべてのリンクには高可用性が必要です。サーバーをネットワークカードにバインドし、スイッチをスタックする必要があります。レイヤー3デバイスは等コストルーティングを使用でき、レイヤー2デバイスはTRILLを使用できます。
- Yunhe Daxijuの開発に伴い、東西の流れは南北の流れよりもますます重要になっているため、葉脈ネットワーク構造に進化しています。
最後に、2つの質問をさせていただきます。
- データセンターの場合、高可用性は非常に重要であり、各デバイスは高可用性を考慮する必要があります。コンピュータールーム全体でのその高可用性について、何をすべきか知っていますか？
- ニュースの閲覧、ショッピング、ダウンロード、ビデオの視聴という前述のアクティビティはすべて、パブリックネットワークを通じてデータセンターのリソースにアクセスする一般的なユーザーです。IT管理者はどのようにデータセンターにアクセスする必要がありますか？
