基于云计算的网络架构研究

王世强

摘要：伴随着信息化时代的不断发展，近几年来云计算成为新的创新理念，站在了信息技术的前沿。云计算是一种新型的计算方式，是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机和网络技术发展融合的产物，它在互联网平台上将共享信息与资源提供到其它应用设备中，实现了资源利用的最大化。所以基于云计算的网络架构设计是目前正待研究的问题。本文就云计算下网络架构的相关问题进行探讨。

关键词：云计算；网络架构；互联网平台。

近年来，互联网平台与信息技术在人们的日常生活及生产中的各个领域中都得到了广泛的应用，人们传统的生活方式发生了极大的转变，在互联网平台上将网络与计算机进行连接，从而为人们提供了一个广阔的虚拟世界，真正实现了不出门也可知天下事。在互联网技术的快速发展下，一些技术名词也出现在人们的日常生活中，从互联网的发展趋势来看，互联网为人们提供一种专业化的服务，将虚拟资源进行整合的服务，从而实现高效率的数据计算，具有自动化、可靠性等诸多特点[1]。而云计算是网络的一种代名词，是用来对网络数据进行处理的一种设备，在企业中基于通过云计算技术可以对大数据进行准确的分析，从而对客户的需求及产品发展方向提供服务。因此基于云计算的网络架构是现阶段乃至未来互联网行业发展的总体趋势。

一.云计算的相关概念及特征

云计算的概念早在2006年在谷歌首次提出，在虚拟化技术的快速发展背景下，迎来了云时代的到来，目前大多数企业在原有的信息平台中将传统的网络架构在云平台上进行转移。而云计算是一种新型的计算模式，在云软件中主要是根据用户的需求来获取相关数据资源，实现资源的计算，从而降低企业运营成本与管理成本，在应用中云计算的优势也渐渐体现出来。与传统计算机相比，云计算的可靠性更强，在大规模的管理系统中，云计算可以使多个程序共同运行，通过网络服务为用户提供资源，因此云平台是一个集多种计算资源的平台，为大数据的处理提供云服务与云存储[2]。作为一种现代化的新型事物，在面临着机会的同时，也面临着网络信息的挑战。

云计算就是要把个人终端放到互联网中，让网络对端的服务器来完成你个人电脑的所有工作，使用户可以在任何时间、任何地点做任何与电脑相关的事情，且并不用随身携带笔记本或者U盘，你的所有资源都已经在互联网中，或者说是在你的互联网账户中。要支撑这样的互联网的应用，我们的云计算网络必须有以下的特点：

1、可以根据用户需求，实时的调整网络带宽，在合理利用网络资源的前提下，极大满足用户需求。

2、在数据中心（云中心）、存储系统和基层网络间有非常低的网络延迟和高吞吐能力。

3、在服务器间构建无阻碍的网络系统，以实现各类数据的自动迁移和利用。

4、能实现私有云、共用云以及混合网络间的互联互通，并提供有效的安全防护。

二、云计算网络现状

既有网络架构在云计算诞生后，一起都在发生着变化。按照应用场景区分，我们人为的将云网络分为外部和内部网络，云计算中心就是内部网络，通常也是三层网络，是基于BGP、IS-IS、OSPF等三层路由协议的使用与三层网络架构的设计，提升网络系统的效率。数据中心内部网络是云计算引入后发展非常迅速的一个领域，也是更新迭代最快的领域。最开始我们认知的数据中心网络局限在同一个物理数据中心内部，随着云计算的发展，数据中心网络逐渐进化为同地域多物理数据中心的网络被抽象成一个虚拟化的内部网络，到现在不同地域乃至全球范围的物理数据中心网络都可以互相二层打通的云化网络。

大二层网络是在云计算引入进来以后引入的一个新的概念，曾经被定义为下一代数据中心网络，原有的网络架构由于没有考虑二层网络横向扩展等因素，同时也没有考虑到二层网络会有今天如此之大的需求，二层网络的困境逐渐的体现出来，不论是公有云还是私有云同样都面对了同一个问题，就是传统二层网络问题，其中包括了二层网络的广播风暴、低延迟、STP生成树协议的限制、二层网络边界逐渐扩大、vlan的数量问题、vlantag的转换、多租户之间的私有网络的灵活性问题。所以在云计算的背景下，传统的网络架构已经不能满足目前的实际需求。

三、基于云计算的网络架构设计原则

基于云计算的研究表明，不同的需求背景下，对于网络的实际需求是不一致的，存在明显的差异性，但是根据现阶段的应用需求，我们可以总结基于云计算的网络架构设计原则。

（一）可控性原则

在互联网企业的运营过程中，运营管理成功就象征着互联网业务成功，在业务扩展的情况下，需要加强企业中的运营管理，因此建立完善的监控系统与管理系统是一种必然的方式，在网络架构的设计中应选用智能化、可控性的设备及系统软件，网络架构在设计中要始终遵循可控性原则，才能适应于云计算的发展及管理方式。

（二）扩展性原则

在基于云计算的网络架构设计中应遵循扩展性原则，根据互联网行业业务发展的需要，要不断扩展设备容量，提高用户的数量及质量[3]。除此之外还要求具备提供网络传输与支持多个网络物理接口的功能，从而实现技术升级与设备更新。其中网络架构设计中的扩展主要是合理的设计网络层次化与模块化，在确保网络正常运行的状态下进行适当枯燥和你，从而促进网络时代的发展。

（三）实效性原则

在互联网时代下基于云计算的网络架构水需要对相关的技术设备进行及时更新，采用先进的设备或技术，从而满足人们的发展需求，满足云计算高速传输的需求，在互联网平台下将数据中心与相关的技术软件等内在发展潜能在一定的时间内充分发挥，因此需要具备实效性的原则。

（四）标准化原则

基于云计算的网络架构设计需要严格按照国家相关法律法规与国际标准进行规范化设置，例如局域网标准、广域网标准等，因此需要具备标准化的特性，根据用户的发展需求进行适当的更改，从而促进网络时代的发展。

四.基于云计算的网络架构设计方式

云计算网络按照功能性划分，可以分为运营管理层、业务接入层、互联网接入层和核心汇聚层四部分，不同的应用场景和环境可以对应不同的网络接入条件进行调整。

（一）运营管理层

在网络架构下的数据中心运营管理中，需要对网络的整个系统提供日常维护及实施的策略，为了确保数据中心对网络设备及服务器进行严格的监管与控制，在网络架构的设计中划分出独立管理区，从而使其与业务区进行区分开来，通过双网卡形式来对业务工作实现分流，与服务器进行管理，从而提高网络设备与服务器的高效性与安全性等，通过分流网络来负责对业务及流量的管理[4]。将管理区分成客户工作区与后台管理区两个区域，其中客户工作区是为客户提供服务，在对服务器管理过程中，主要是通过交换机与二层代理来实现的；而后台管理区主要是提供系统管理、出入管理、监控与网络管理的重要区域，通过网段安全级别对同一区域进行划分。

（二）业务接入层

在业务接入层中主要是主机设备与网络设备的业务接入，从而为网络系统提供出相关的安全策略。在业务接入层中无需与高层进行交换，只需与二级系统与三级系统进行高性能交换。在高速链中，根据用户自身的需求进行个性化网络架构的构建。在介入核心层与接入层中的服务器连接中主要是通过交换机来实现的，用户根据自身需求安装相关安全设备或监控设备、防火墙设备等，从而为用户提供安全性、可靠性的网络系统。

（三）互联网接入层

互联网介入层是CMNET的互联，对路由信息进行转换与维护。在互联网接入层中配备高性能路由器，将路由设备与骨干网络进行连接，在与互联网核心层进行互联时一般是通过全冗余的方法进行连接，根据路由设备的高性能特点及丰富的特性，为网络系统提供全冗余、高速的网络接入[5]。除此之外，还可以对路由设备的连接方式进行配置，在骨干网络节点的连接国曾中，需要确保网络系统中网络节点负载能力，确保在介入设备中的出入口满足备份需求，避免在路由设备出现单点故障时对网络正常的运行状态造成影响，从而导致关键信息丢失。

（三）核心汇聚层

在核心汇聚层主要是连接核心的路由器，为用户提供安全可靠的网络环境与个性化的服务。因此在核心汇聚层中需要确保其可扩展性良好，设备的配置过程中应采用高性能与大容量的交换机，采用交叉连接方式实现两台路由设备的高性能连接，以及两个交换机的连接，或通过链路捆绑技术来实现物理连接的方式，在交换机中形成均衡负载的逻辑连接。

（四）基于云计算的智能云网络

基于云计算的网络架构设计实现了智能云网络，与传统网络相比服务范畴与设计理念都存在较大的差异性，其区别在于能够满足与不同应用资源的需求，提供动态的供应方式。不仅如此，基于云计算的网络架构其网络的定制、可操控性与可扩展性与规模更强，满足企业的发展需求[6]。在交换技术发展的同时，云网络具备可预测性与动态的特点，因此在智能云网络下也提出了更高的要求。在网络连接下，信息网络的启用需要通过缓存或智能处理的方式实现，根据不同的网络用户需求，需要不断提高云网络的应变能力，当网络存在故障或网络安全性问题的处理时对其应变要求更高；其次，在基于云计算的网络架构设计中，需要尽可能设计开放式网络，提高网络的操作性，实现高性能的网络资源信息共享。最后，在网络架构的设计中需要对环保问题予以重视，真正实现节能减排的目的，减少资源及能源的消耗[7]。在基于云计算的网络架构设计中其发展模式是从物理领域到虚拟领域再到云网络的过程，是云网络下数据中心互联网的发展总体趋势。在设计客户服务器中主要是在邮件传输、文件传输或万维网的要求基础上进行设计的，这也是传统的网络数据中心的重要特征。而现阶段人们的发展需求是不断变化的，随着网络技术的进步，传统的数据中心已经不能满足人们发展的需要，因此在新型数据中心的设计中人们提出了更高的要求，对网络要求更高。在大数据传输过程需要大容量的存储设备或虚拟机，实现数据高速传输。因此在基于云计算的网络架构设计中，其数据中心需要达到无阻碍传输、低延迟、可预测性与可扩展性等性能要求。

目前云计算在全球各个领域中都得到了广泛的应用，服务器集群也广泛的分布在全球各地，或是集中于某一个区域中，为了确保互联网维护的便利性与管理的扩展性有时也会将其分为多个子网，在一个子网中的网络架构设计是典型的树形拓扑网络架构，因此在云计算中的网络架构的拓扑结构是比较复杂的，在云计算服务的基础是那个，需要对智能云网络进行新的定义，将网络资源作为一种新的服务能力为用户提供服务。目前智能云网络的性能已经明显优于传统网络性能，在低延迟性、可伸缩性等诸多特点上，与传统智能网络相比较为优良。但云网络当前仍面临一些问题，在基于云计算的网络架构设计中，还需要对关键性因素进行解决[8]。如网络架构的可伸缩性，由于云网络是大规模的，在吞度量的处理中需要较高的处理速度与效率，为了保障网络资源的及时处理需要适应于云网络的吞度量要求。云网络与传统网络相比较而言，对于云网络的低延迟性要求更高，通常来说，智能云网络对网络延迟性要求较高，甚至达到了微秒，因此低延迟性是智能云网络目前所需要解决的重要因素。最后，智能云网络的服务质量有一定要求，具有可预测性能，只有提高其服务质量，才能更高的发挥其自身的优势，对大数据进行高效处理。

结束语

总而言之，云计算是近年来在互联网行业中广泛使用的一个名词，对未来的网络发展来说具有重要的现实意义。基于云计算的网络架构设计需要遵循相关设计原则，与传统网络相比，基于云计算的网络架构下智能云网络能有效改善我国目前的网络建设问题，对现有网络资源进行高效利用。

参考文献

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[3]严岳林，黄志远，张航，方成彬.云计算背景下数据中心网络架构设计与技术研究[J].移动通信，2013，20：80-86.

[4]关铁峰，周正亮，沈刘强，刘宇，肖皖龙.基于云计算的有线电视网络多媒体业务平台的架构[J].广播电视信息，2015，12：60-62.

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[7]刘卓华，黄彩娟.云计算下的智能云网络架构模式探讨[J].电子商务，2017，01：29-30.

[8]孙守宽.消防物联网云计算中心的网络架构设计[J].电子世界，2014，14：21.