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软件定义的云数据中心网络基础理论与关键技术

李丹;刘方明;郭得科;何源;黄小猛

【摘要】介绍了国家重点基础研究发展计划(“973”计划)“软件定义的云数据中

心网络基础理论与关键技术”项目的主要研究内容.指出了当前云数据中心网络所

面临的挑战,并针对问题提出了利用软件定义网络的解决方案.对于软件定义的云数

据中心网络未来发展需要研究的4个课题,即软件定义的云数据中心网络架构、云

数据中心网络资源利用率优化、云数据中心网络多租户资源管理和云数据中心网络

能耗协同控制,进行了论证和阐述.

【期刊名称】《电信科学》

【年(卷),期】2014(030)006

【总页数】12页(P48-59)

【关键词】软件定义网络;云数据中心网络;网络架构;资源利用;资源管理;能耗控制

【作者】李丹;刘方明;郭得科;何源;黄小猛

【作者单位】清华大学北京100084;华中科技大学武汉430074;华中科技大学武

汉430074;清华大学北京100084;清华大学北京100084

【正文语种】中文

1引言

现代社会信息量的爆炸式增长、资源复用技术的成熟和宽带网络的普及，共同促进

了云计算的诞生和发展。以亚马逊公司的EC2、谷歌公司的AppEngine和微软公

司的WindowsAzure等为代表的云计算服务已经得到初步商用，使得云计算逐渐

成为人们按需使用软硬件资源和进行大数据深度挖掘处理的新型计算模式。据统计，

2011年全球云计算服务规模约为900亿美元。我国当前还处于云计算发展初期，

但发展速度迅猛。工业和信息化部电信研究院2011年4月发布的《云计算白皮书》

显示，虽然我国云计算服务的总体规模目前仅占全球市场的4%左右，但年增幅达

到40%，未来潜力巨大。随着大数据时代的来临，作为大数据处理的重要技术手

段，云计算的发展空间将更加广阔。

数据中心是云计算的核心基础设施。谷歌公司早在2006年年底就在全世界建造了

能容纳超过46万台服务器的分布式数据中心。Facebook公司于2011年4月对

外展示了其建造在俄勒冈的数据中心，其拥有数以万计的服务器，并在节能减排方

面进行了示范。当前我国各地方政府积极建造数据中心以促成云计算产业落地，如

呼和浩特云计算产业基地、南京软件开发云平台、镇江“云神”工程、无锡“云谷”

等。中国电信、中国移动、中国联通等电信运营商，都在积极利用其IDC打造云

计算战略。以百度、阿里巴巴、腾讯等为代表的互联网企业，也在大力发展云数据

中心，以提供更好的云计算服务。

数据中心网络在云计算基础设施中具有关键地位。云数据中心网络是连接数据中心

大规模服务器的桥梁，也是承载网络化计算和网络化存储的基础。云计算的核心价

值在于大数据的集中处理和资源的统计复用。由于大规模云计算任务往往伴随着服

务器之间的海量数据交互，数据中心网络性能的高低决定了云计算的服务质量。同

时，由于网络资源天然存在的共享特性，如何让云计算用户实现安全而公平的网络

访问，也是关系到云计算用户体验的重要因素。当前的主流云计算提供商都积极探

索面向云数据中心网络的创新技术以提高云计算的服务质量。

2云数据中心网络面临的挑战

随着云计算服务得到初步商用，云数据中心网络研究已经成为学术界和工业界共同

关注的焦点领域，也是国家战略性新兴产业和重大基础设施建设的重要发展方向。

云计算的可持续发展需求使得云数据中心网络面临着一系列重要科学理论与技术挑

战。

（1）如何创建可定制的云数据中心网络基础设施，满足灵活多样的云计算应用需

求？

云数据中心提供不同类型的云计算服务。公有云数据中心一般提供硬件或软件资源

的租赁服务，私有云数据中心运行公司或部门内部所特有的网络业务，而混合云数

据中心运行的业务类型更加灵活多样。比如，谷歌公司的云数据中心既提供前端面

向用户的有哪些信誉好的足球投注网站服务，又运行后端的海量网页数据分析和挖掘任务。已有研究表明，

由于当前的云计算任务往往伴随着服务器之间密集的数据交互，网络资源已经成为

影响云计算服务质量的瓶颈资源。为了提高云计算的服务质量，非常有必要针对不

同的应用需求对网络功能进行灵活配置。而云数据中心网络流量不可预测、网络设

备可靠性低等环境特征，也对网络的可动态配置功能提出了需求。在主要应用于广

域网的传统网络架构中，数据转发设备基于专用硬件芯片，因而可编程性很差；而

控制协议都与数据转发设备绑定，难以快速配置