云计算、边缘计算与数据中心：面临的挑战与机遇

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：将云计算技术应用于通信网络，能够动态地将不同位置、实时产生的大规模数据分配到最合适的数据中心处理。如图12.11所示，云计算可部署在核心城域的大型数据中心，边缘计算可部署在城域汇聚或更低的位置中小型数据中心。因此，数据中心网络连接必须是可靠和安全的，必要情况下还要进行加密，以避免数据的泄露与丢失。

（1）云计算

云计算（Cloud Computing）是一种对可配置的计算资源（如网络、服务器、存储、应用程序和服务等）共享池提供无处不在、便捷、按需的网络访问模式，这些计算资源可以在尽可能少的管理工作或服务提供者干预下进行获取和释放。云计算主要包括五个基本特征（按需自助服务、多样化网络接入、资源池化、高效伸缩、可计量服务）、三个服务模型（软件即服务（SaaS）、平台即服务（PaaS）、基础设施即服务（IaaS））以及四种部署模型（私有云、社区云、公共云、混合云）等。将云计算技术应用于通信网络，能够动态地将不同位置、实时产生的大规模数据分配到最合适的数据中心处理。通过云计算对资源进行合理的分配，可以优化信息通信网络的带宽占用。由于在网络核心位置处设有很多大型的数据中心，因此计算资源十分丰富，一般用来处理资源密集型任务请求。基于上述云计算的几大技术特征，使得用户可以随时随地按需访问网络，使用相关资源；对于运营商而言，云计算技术可以使其对用户访问进行方便的管理，同时由于计算资源位于云端，也可减少其软硬件及相关维护成本。

（2）边缘计算

边缘计算（Edge Computing）是指在靠近业务端或数据源端的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，数据不必传到很远的云端，而是就近提供服务，其应用程序在边缘侧发起，形成更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求，在一些业务的实时数据分析与智能处理等方面具有优势。

云计算和边缘计算各有特点与适用场景，例如，云计算可以解决核心网（骨干网）或资源密集型任务请求等面临的一些关键问题，但由于与用户距离较远，难以满足时延敏感的特殊业务需求，另外有些业务并不需要上传到核心网处理，这时可采用边缘计算，既节省了带宽资源，又降低了时延。

（3）数据中心

数据中心（DC，Data Center）由一系列的软件和硬件组成，可以实现信息的集中处理、存储、传输、交换和管理，是实现云计算等的重要支撑。构建数据中心之间的网络，即实现数据中心互连（DCI，Data Center Interconnect）可以将两个或多个数据中心连接起来使它们能够相互共享资源。

如图12.11所示，云计算可部署在核心城域的大型数据中心，边缘计算可部署在城域汇聚或更低的位置中小型数据中心。核心网下移将形成两层云互联网络，包括：其一是核心大型数据中心之间以及核心大型数据中心与边缘小型数据中心之间形成的核心数据中心传送网，其二是边缘数据中心间形成的边缘数据中心互联网络。其中边缘的中小型数据中心将承担边缘计算、内容分发网络（CDN，Content Delivery Network）等功能。

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图12.11　云数据中心网络基本架构图

数据中心网络包括有物理网络层面和逻辑网络层面的相关技术，要实现不同地区数据中心之间的互联，有多种方式，如直接互联、专线互连、光纤直连等。同时要增强加密手段，防止传输的数据泄露。

随着资源密集型应用的增加，由于用户设备处理能力以及电力的限制，需要将某些任务上传到数据中心执行，低一级数据中心处理不了的，还要传输到更高级别的数据中心执行，从而需要数据中心之间的连接；同时，各数据中心之间需要进行信息的交互，例如，用户由于移动离开了某个数据中心的服务范围，切换到下一个数据中心时，需要传递相关用户信息，也同样需要数据中心间的连接。

数据中心网络的建设要求主要如下。

①距离：数据中心网络的规模和范围可能有很大差异，需要连接的数据中心可以分散在一个城市、一个国家甚至世界各地，数据中心传送网络必须能够将数据传输到距离最远的数据中心。此外，当数据中心距离较远时，延迟就会相应增加，通过选择最短路径优先等传输方式可以降低传输引起的延迟。

②容量：数据中心负责存储数据和交付应用需求，进入或离开数据中心的数据集可达到几百吉比特、太比特级别甚至更大。因此，网络设备必须提供可靠、大容量、具有可伸缩性的连接，以快速处理不断变化的数据流量。

③安全：数据中心存储着大量的敏感信息，财务交易、人事记录等公司数据都是至关重要的且具有高度机密性。因此，数据中心网络连接必须是可靠和安全的，必要情况下还要进行加密，以避免数据的泄露与丢失。因此，加密技术和严格的数据访问规则非常重要。

④运转：数据中心通过人为操作不仅缓慢且容易出错，可以通过开放API使用脚本或自定义的程序实现自动化操作。两个数据中心之间的连接必须快速且可靠地启用，在管理每个连接的过程中应当尽量避免人为参与，以提高效率及减小误差。

⑤成本：随着网络流量的逐年增加，进入和离开数据中心的大数据流必须尽可能实现低成本高效传输。

云计算、边缘计算与数据中心：面临的挑战与机遇

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