电信科学 2001年第 8期
互联网数据中心的网络建设
沈 军
(华中科技大学电子信息工程系 武汉 430074)
摘 要 目前互联网数据中心已成为 Interflet的亮点，本文就互联网数据中心的阿络规划和建设提出了一些建议
关键词 互联网数据中心 sIA VPN
随着互联网应用的飞速发展．企业与互联网的数据交流日
益增多，充分利用资源为用户搭建互联网应用平台也成为人们
关注的焦点，合理、有效地发展互联网数据中心(IDC)越来越为
当今运营商所关注：
1 互联网数据中心的现状
互联网数据中心是一个把传统电信资源、互联网资源和传
统rr服务能力结合在一起的产物，建设数据中心的目的是把用
户的内容或应用服务以更快的速度，安全、稳定地传递到使用
者。
自1999年底世纪互联运营的中国第一个商业互联网数据
中心在北京正式投入运行以来的一年多时间里，全国有30余
家IDC公司进入市场运营，仅北京市就有20多家公司与
有关。根据SaloflfllOll Smith Ran 研究显示，亚洲互联网数据中
心的市场20OO年近9亿美元，2005年可达44．5亿美元：20OO
年中国II)C的市场需求是 1．3亿美金，到2005年将达到7亿
美元
2 互联网数据中心建设的需求
一 个功能完备的互联网数据中心应能方便地向用户提供主
机托管、虚拟主机、机房及机架出租、带宽保证等基本服务。除
此之外，一些实用的增值服务，如网站高速缓存眼务、同站镜像
服务、内容分发服务、电子邮件外包眼务、委托代维服务、数据存
储及备份服务、统计分析和监视服务等也逐步成为II)C新的卖
点。
互联网数据中心提供的是有品质保证的专业互联网服务，
它所提供的服务对大多数用户而言都是涉及生死存亡的基础眼
务，对于眼务质量的约束是由SIA(Se~viee Level Agreement)来实
现，而SEA也逐步成为了行业标准。互联网数据中心的建设在
充分考虑建筑设施、电力供应、机房环境、安全消肪等因素外，网
络的规划和建设尤为重要，所以在互联网数据中心的网络建设
中应综合考虑几个方面：建立高吞吐量、无阻塞骨干交换网络平
台；采用带宽控制策略，提供SLA服务；部署网站高速缓存，实
现网站加速和内容自动分发(CI)N)；建设集中存储网络，为用户
化、损坏的问题。如一些品牌手机软件性能差。容易吊死，不能
打出电话；或者造成手机不能读S1M卡，无法使用；或者手机不
能进行周期位置更新，造成脱网关机，等等 硬件方面同题也会
引起通话质量差，断线等现象。SIM卡老化，手机不能正常与SN
卡交换数据，也会造成手机脱网、难打电话等异常现象。在处理
投诉时，要首先排除是否客户手机方面的问题，主要是采取对比
方法，通过调换其他手机、$1M卡使用，比较不同手机、$IM卡使
用情况好坏； 及对比在不同地点使用情况，对比其他客户在同
一 投诉地点使用情况，来判断是否只是该客户个人问题，分析是
否是手机问题引起的投诉。
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4 结论
随着GSM网络客户不断增加，客户服务工作越来越受到重
视。无线网络优化工作除了以网络指标改善为目标 外，客户
实际通话的感受也将成为网络优化关注的重点。这就要求在优
化工作中，要把提高客户的通话满意度作为优化的目标，重视客
户投诉的网络问题，采取有效的网优手段，解决存在的问题，不
断提高网络运行质量水平，只要这样，才能提升网络优化在实践
中的意义 收稿日期：200i一05—21 J
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电信科学 2001卑第8期
提供带数据保护的数据存储和备份功能；部署SSL加速设备为
电子商务网站提供加速服务；为IOE的安全部署防火墙、VPN网
关和其他安全措施；为用户提供接人IOE的手段，实现安全的网
站管理；建设虚拟主机系统，为用户提供一站式的网站开通服
务：
3 互联网数据中心网络的规划
鉴于互联网数据中心提供的是有品质保证的专业互联网服
务，故而在网络的规划中需要着重考虑网络的性能、扩展性、可
靠性、适用性和安全性。网络的性能主要表现在网络的高吞吐
能力和无阻塞设计，是IDc最基本的要求。网络的灵活扩展能力
无疑为投资者的投资规模和发展提供了保障。网络的可靠性可
以通过减少单点故障的设计思想和使用active-active的负载均
衡方式来解决：IOE还应对不同带宽和不同服务质量的需求具
有足够的处理能力：在网络的安全上要有效地防止外部人侵和
黑客攻击，通过棱心管理系统实现安全保护。网络的设计应尽
可能做到模块化、层次分明。
按照网络的拓扑结构(如图1所示)，模块化的网络结构可
分为核心路由器层、核心交换层和边缘接八层的三层网络结构
f由于用户服务层是由一系列服务器组成，具体实现各项业务功
能，所以本文在网络结构的论述中不进行详细介绍)。核心路由
层是网络的核心路由体系，实现II)C与外部的路由管理和路由
交换功能。核心交换层完成出人数据中心的数据流的高速转
发，是IDC交换中心。边缘接人层具备高密度的接人端口和高吞
吐能力，可灵活地提供10／100MTait／s的网络接口，灵活地配置
各种VLAN。
IDC的网络结构除了按照上述的三层网络结构设计外还可
：棱心路由器
核心交换机
：按人交换机
⋯盥 盥 ⋯盥
图 1 网培的拓扑结掏
以在核心交换层与边缘接人层之间增加边缘交换层，成为四层
的网络结构=边缘交换层的设计是对核心交换层和边缘接人层
的缓冲，使得选择接人交换机时可以考虑较为低端的一些设备．
从而降低IOE的投人。但是四层的网络结构与三层相比其缺陷
也是很碉显的，由于增加了边缘交换层，数据通道的条数增加
了，网络节点设备间的连接关系复杂了，网络的生成树繁琐了，
这样就会降低网络的性能，使网络的扩展和管理不够灵活，而且
增加了网络安全隐患。
按照功能的不同，网络可分为基础网络模块、增值网络模
块、应用模块、操作管理模块等四太模块。这些模块中，基础网
络模块和操作管理模块是最基奉的模块，而增值网络模块、应用
模块则是为满足不同的用户和管理需求而设置，在基础网络模
块和操作管理模块的基础上，数据中心可有目的地选择用户感
兴趣的功能模块，以满足用户不同的需求，更好地提供优质服
务。
基础的网络模块包括：骨干路由器模块、骨干交换机模块、
接人交换机模块和服务器模块。增值的网络模块包括：高速缓
存服务器模块、防火墙模块、服务器负载均衡模块、带宽管理模
块、人侵检测模块、远程访问专线接人／VPN接人网关模块、SSL
加速模块、电子邮件外包模块和内容传输网络模块。应用模块
包括：应用存储模块、『P呼叫中心模块、综合网络／服务器监控
和管理模块、网站统计模块、计费系统模块、电子邮件外包服务
模块和其他应用模块等。操作管理模块包括：用户操作中心模
块和系统网络管理模块。
4 基础网络模块的构造
f1)核心路由器
核心路由器层作为II)C和公共网络的接口单元，其需要处
理的数据流量是非常巨大的。考虑到网络进行路由处理会影响
到数据转发的性能，将核心路由器层的路由管理功扼和数据转
发功能分别独立完成可以进一步保证网络的稳定运行。
数据中心的核心路由器直接与lntemel相连，其性扼将对整
个数据中心产生根本性的影响，所以，核心路由器应当严格按照
高性能、高吞吐量、高可靠性及完全无阻塞的体系结构来选择：
核心路由器的性能主要取决于其结构设计和核心处理能
力。在结构上路由管理功能与数据高速转发功能应相对独立，
这样可以保证路由表的高速变化不会对数据的分组转发产生消
极的影响，路由管理功能模块负责路由表数据的维护，数据转发
功能模块按照路由表进行高速的数据转发。专用的集成电路
(ASIC)和操作系统决定了核心路由器的处理能力，保证了路由
数据的维护速度和数据完全无阻塞的转发。
l2j核心交换机
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作为核心数据交换平台．数据中心的核心交换机性能决定
了整个数据中心的运行情况。为满足巨大的数据流量的交换需
要．核心交换机应具备高吞吐能力和高端口密度以及完全无阻
塞体系结构和高度的系统冗余能力。
优秀的吉比特以太网交换机其设计的出发点应是巨大的交
换能力和无阻塞的交换结构，每一个端口都能保证其设计的全
带宽交换能力，而且交换机的背板带宽对于任何的配置均可大
于所有端口独立带宽之和。核心交换机的性能主要考察其二层
和三层的交换能力和对OSPF、BGP4、PIM、DVMRP、mP vl／v2的
支持能力。在安全方面交换机模块和元件是否支持完全冗余，
配置文件和操作系统是否支持双存储的结构，背板是否可以做
到无源工作是比较关键的：
【3)接人交换机
接人交换机应具备大容量的接人端口，为用户提供灵活高
速的接人服务 高端口密度、高吞耻能力、灵活的vL 设置、足
够的YIAN容量以及出色的O0s功能是互联网数据中心对接人
交换机的基本要求。
数据中心是服务器设备高度集中的地方，对网络端口的需
求量极大，端口密度的大小是选择接A交换机的关键；数据中心
也是数据流量相对集中的地方，日常数据流量相当可观，作为直
接连接用户的网络设备，衡量接人交换机最重要的标准是其无
阻塞交换能力以及端口容量和密度，只有这样才能使网络具有
足够高的吞吐能力，以承受这种巨大的数据流量；数据中心的用
户来自社会的各行各业，不同行业的用户对各自网络的安全性
能都有不同的需求，接人交换机应能根据不同用户的具体需求，
提供灵活的网络分段隔离手段，线速服务器负载均衡功能可方
便地实现网页缓存重定向、vLAN的交换和路由选择，提供灵活
的VLAN设置和充足的VIAN容量；由于不同类型的用户对网
络资源有不同要求，接A交换机应能提供出色的O0s功能，可灵
活地进行优先级设定、带宽管理和拥塞控制。
5 增值网络模块的构造
由于互联网数据中心增值网络模块部分所涉及的范围比较
广，内容也比较多，本文仅对其中的部分进行论述。
(1)带宽管理服务
越来越多的数据中心用户对于带宽的公平性提出批评，不
同的用户由于访问量的不同，对于带宽的实际使用程度也不
同。因此，数据中心舶带宽保证越来越成为吸引用户的关键。
在做带宽管理的功能的时候，公平的原则相当重要．因此，
应确保带宽管理服务能做到有效控制每一个用户的流量，并真
正按照不同的费用提供不同服务的水平。
通常，带宽舶控制一般设置在数据的出口上，但由于电信级
的互联网数据中心出口带宽比较大(在l Gbit／s以上J，目前．没
有一家厂家可以提供如此大的吞吐能力的带宽管理设备，如果
按照以往的做法，把带宽管理设备设置在出口上，将大大影响到
整个网络的吞吐能力，成为整个网络的瓶颈，所以可以考虑利用
接人层交换的功能在接A层进行带宽管理。
根据用户的不同需求，可利用接A层交换机对第二及第三
层优先级做识别及对标识的处理能力，按照IP地址、vL^N标
记、MAC地址、应用端口号等来定义不同的分类，并根据这一分
类来实施响应的政策：保证带宽，即相当于cl『R；突发带宽．即容
许用户在网络资源丰富的情况下，使用超过计划配置的带宽=
一 个好的接人层交换机不但可以针对IP优先级位做对应
处理，还应可以针对应用及其他第三层协议—— 、APPLE
TAKLE、B~YEN及ET吼RM TYPE等做对应优先处理=并且
会有专门的AsIc来处理o0s，以减轻主处理器的负担，从而提
高交换机的综合性能=
(2)防火墙
互联网数据中心是大量用户数据集中存放的地方，以承诺
的质量保证面向用户服务，所以网络的安全性尤为重要。
传统防火墙存在一些问题。首先是处理能力和扩展性的问
题，防火墙需要对通过的所有数据包进行分析，随着网络规模的
扩大，防火墙可能成为系统的瓶颈。其次由于防火墙安装在网
络通路上，防火墙的单点故障将导致整个网络服务的中断(有的
防火墙可以配置备份方式，但在主防火墙出现故障时，主、从防
火墙之间的切换需要较长的时间，不能保证过渡的平精性)=
面对IDc今后的发展，在规划设计时应充分考虑防火墙的
处理能力和负载均衡。全冗余防火墙负载均衡方案可考虑使用
两台高性能的内容交换机与两台处理能力强的防火墙设备互
联，运用内容交换机重定向技术、VRRP技术等实现交换机的完
全冗余，排除单点故障对网络的影响(如图2所示)
～ ⋯ 盲 口口 I E 田 I
⋯ ⋯ 一
一断
图2 防火墙的负载均衡示意图
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(3)服务器负载均衡
由于服务的可靠性及快速增长性越来越成为因特网上的一
个主要问题，所以用户越来越多地增加冗余的设备，如weh服
务器、Mail服务器、DNS服务器、Radius服务器等：作为IDC的一
种增值服务，主机托管用户只要提供上述的服务器，由IDC来管
理服务器的负载均衡。
服务器负载均衡模块的设计应考虑该模块的吞吐能力、合
理的负载分担算法、负载分担的可靠性和可扩展性蹦及系统的
冗余能力。可 通过Least c0nnection、Round Robin、MinMiss和
Hash等负载分担算法和设置最大连接数、备份服务器、溢出服
务器等手段来合理地解决负载分担；通过监测发现某台服务器
不能提供服务时．能自动把应用请求分配到其他同组服务器。
目前较为有效的一种解决方法，是在棱心交换机与接人交
换机之间设置两台四层交换机，分别与骨干交换机、接人交换机
阿状互联，来实现负载均衡(如图3所示)。在四层交换机上需要
； 磊 手⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ !
体系结构上传输，并允许网络协议穿越不兼容的体系结构，因而
可将该业务发往指定目的地并接受指定等级的服务。
台理选择高性能的VF'N阿关设备至关重要：应主要考虑网
关能否支持基于Web 命令行CLI和多个Vt：'N阿关集中管理、大
量并发的VPN隧道、主流的隧道协议【IPSec，PP'IP，L2TP)，其次
是网关对基于端1：3、IP地址、MAc地址等多种方式vLAN划分
的支持．是否具有包括DES、3DES、RSA、DES-56、RC4、MD5、
SHA—l在内的多种加密功能也比较关键。
(5 J ssL加速服务
随着lnternet和电子商务的发展，网络的流量和安全也要求
II)C提供相应的~L(Secufity Socket Layer，加密套接字协议层}加
速为未来的电子商务的发展做准备。
目前SSL加速通常有串联方式、并联方式和旁路方式。串联
方式和并联方式是将SSL加速设备直接放置于骨干电路上，如
SSL加速设备出现故障会直接影响1DC的畅通．且所有的流量
图3 V 网关和 SSL加速服务器的构造示意图
配置交换机本身的管理地址(Interface『P)．配置虚拟地址(v『P)
用于负载均衡，配置下连服务器的真实地址(Real IP J：在工作中
对经过的目的地址为虚拟地址(VIP)的mTP数据包，负载分担
到由真实地址(Real『P)指定的服务器中。当两台四层交换机都
正常时，只有所指定的主机能响应数据包并将数据包指向
ZIP 对于某种应用，定义其中一个是主机，如果该主机与某台服
务器之间的链路有故障，则服务器的正常检查将失败；这样该主
机的优先权值将减少，当该主机的优先值少于从机的优先值时，
从机将取代主机充当主机，响应该种应用的访问，反之亦然。这
样就实现了动态的负载均衡。
【4)VPN管理服务
为满足不同用户的管理需要，互联网数据中心应为用户提
供灵活多样的远程管理手段，包括专线访问、VPN管理等。
VPN是通过应用“隧道”技术实现的，数据包在公众路由网
络(1nternet】的专用“隧道 内传输，专用“隧道”用于建立点对点
的连接。来自窳多数据源的网络业务经由不同的隧道在相同的
都需要通过SSL加速设备．也会对IDC的整体处理能力有
影响。
ssL加速的旁路方式是将tflTPS访问的数据包由第
四层交换机旁路到 sD服务器组，再由iSD服务器完成与
HTIPS用户之间的复杂的认证与密钥交换进程．这一进程
结束后isD服务器会将用户的} 访问转换为Hf．I]P访
问，并将这个HTIP请求转发到帅 碍 服务器的TCP 81端
口；所有从mⅥ刚匪务器返回的TCP 81端1：3的数据包将由
iSD服务器完成} 的加密，并转发至]xzterrtet。
这里值得一提的是使用Alteon公司的四层交换机来
构造II)C的SSL加速是比较理想的。．Mteon ISD—SsIJ的操
作和管理是通过．~teon四层交换机上的安全管理接1：3来无缝执
行的：一个共享负载的Alteon isD群集被置于一个拥有专用编
址的Vl AN上，而且能通过Alteon四层交换机的SNMP服务而
被监测=
互联网数据中心的建设在国内还在起步阶段，其发展前景
是不可限量的。可以看到的是，今后会有更多的用户、更大带宽
的Interrtet应用进入我们的生活，1DC无疑为此提供了更广阔的
发展空间，1DC业务也将成为最重要的业务增长点。
(收稿 日期 ：2001—06—26)
!
％
更 正 ；
墨 辜 } 本刊今年第
6期第51页 《浅谈电信客户
≤呼叫中心》一文的作者“谢红亮”应为“解红
亮”，特此更正，并向作者致款 !
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