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第1章 欢迎来到云网络1

1.1介绍1

1.2网络基础2

1.2.1网络协议栈2

1.2.2包与帧3

1.2.3网络设备3

1.2.4互连4

1.3什么是云数据中心4

1.4什么是云网络5

1.5云网络的特征5

1.5.1以太网的使用5

1.5.2虚拟化6

1.5.3融合6

1.5.4可扩展性7

1.5.5软件7

1.6本书概要9

第2章 数据中心的演变：从大型机到云9

2.1数据中心的演变9

2.1.1早期的大型机10

2.1.2小型机10

2.1.3服务器11

2.1.4企业数据中心11

2.1.5云数据中心12

2.1.6虚拟化数据中心13

2.2计算机网络14

2.2.1专用链路14

2.2.2 ARPANET14

2.2.3 TCP/IP15

2.2.4多协议标签交换16

2.2.5 SONET/SDH17

2.2.6异步传输模式18

2.2.7令牌环/令牌总线19

2.2.8以太网20

2.2.9光纤信道20

2.2.10 InfiniBand20

2.3以太网21

2.3.1以太网的历史21

2.3.2以太网综述22

2.3.3电信级以太网23

2.4企业VS.云数据中心25

2.4.1企业数据中心网络25

2.4.2云数据中心网络26

2.5迁移到云27

2.5.1驱动力28

2.5.2云的类型29

2.5.3公有云服务30

2.6本章回顾31

第3章 交换结构技术32

3.1交换结构架构概述32

3.1.1共享总线架构33

3.1.2共享总线的性能缺陷33

3.1.3共享内存架构34

3.1.4共享内存的性能缺陷34

3.1.5纵横式交换机35

3.1.6纵横式交换机的性能缺陷36

3.1.7同步串行交换36

3.1.8同步串行架构的性能缺陷37

3.2交换结构的拓扑结构37

3.2.1环型拓扑结构38

3.2.2网状拓扑结构38

3.2.3星型拓扑结构39

3.2.4胖树拓扑结构40

3.3拥塞管理41

3.3.1拥塞的原因41

3.3.2负载均衡算法42

3.3.3通信量缓冲43

3.4流量控制44

3.4.1链路级流量控制44

3.4.2虚拟输出队列46

3.4.3多级交换结构流量控制47

3.5通信量管理48

3.5.1帧分类引擎48

3.5.2多级调度48

3.5.3通信量调整50

3.6交换机芯片架构示例51

3.6.1基于信元的设计51

3.6.2输入输出排队设计53

3.6.3输出排队共享内存设计54

3.7本章回顾56

第4章 云数据中心网络拓扑结构57

4.1传统多层企业级网络57

4.1.1成本因素57

4.1.2性能因素59

4.2数据中心网络交换机类型60

4.2.1虚拟交换机60

4.2.2 ToR交换机61

4.2.3 EoR交换机63

4.2.4结构扩展器64

4.2.5汇聚交换机与核心交换机64

4.3扁平化数据中心网络65

4.3.1数据中心通信模式65

4.3.2 ToR交换机功能67

4.3.3核心交换机功能68

4.4机架规模架构70

4.4.1资源的分布71

4.4.2微型服务器72

4.5网络功能虚拟化73

4.6本章回顾75

第5章 数据中心网络标准76

5.1以太网数据速率标准76

5.1.1 10GbE77

5.1.2 40GbE和100GbE77

5.2虚拟局域网78

5.3数据中心桥接79

5.3.1基于优先权的流量控制80

5.3.2增强传输选择81

5.3.3量化拥塞通知83

5.3.4数据中心桥接交换协议84

5.4提高网络带宽84

5.4.1生成树85

5.4.2等价多路径路由85

5.4.3最短路径桥接86

5.4.4多链路透明互联87

5.5远程直接内存访问88

5.5.1数据中心需求89

5.5.2互联网广域RDMA协议89

5.5.3融合以太网上的RDMA90

5.6本章回顾90

第6章 服务器虚拟化与网络92

6.1虚拟机概述92

6.1.1管理程序93

6.1.2 VMware94

6.1.3微软94

6.2虚拟交换94

6.2.1 vSphere分布式交换机95

6.2.2 Hyper-V虚拟交换机96

6.2.3 Open vSwitch97

6.2.4虚拟机设备队列97

6.3 PCIe接口98

6.3.1背景知识99

6.3.2单根IO虚拟化100

6.3.3多根IO虚拟化102

6.4边缘虚拟桥接102

6.4.1虚拟以太网端口聚合103

6.4.2虚拟网络标签104

6.4.3行业应用104

6.5虚拟机迁移105

6.5.1内存迁移105

6.5.2网络迁移106

6.5.3供应商解决方案107

6.6本章回顾108

第7章 网络虚拟化109

7.1多租户环境109

7.1.1网络需求110

7.1.2 MAC地址学习110

7.2传统网络隧道协议111

7.2.1 Q-in-Q111

7.2.2 MPLS112

7.2.3 VN-Tag113

7.3 VXLAN114

7.3.1帧格式114

7.3.2 VTEP封装115

7.3.3 VTEP拆封116

7.4 NVGRE117

7.4.1通用路由封装118

7.4.2帧格式118

7.4.3 NVE封装118

7.4.4 NVE拆封119

7.5隧道位置120

7.5.1虚拟交换机121

7.5.2网卡121

7.5.3 ToR交换机121

7.6负载均衡122

7.6.1基于散列的算法122

7.6.2等价多路径路由123

7.7本章回顾124

第8章 存储网络125

8.1存储器背景知识125

8.1.1存储层次结构126

8.1.2硬盘驱动器127

8.1.3闪存127

8.1.4直连存储128

8.1.5存储区域网络129

8.1.6网络连接存储130

8.2高级存储技术130

8.2.1对象存储和元数据131

8.2.2数据保护与恢复131

8.2.3重复数据删除134

8.3存储通信协议135

8.3.1 SCSI135

8.3.2 SATA135

8.3.3 SAS136

8.3.4光纤信道137

8.4网络融合138

8.4.1需求138

8.4.2网络文件系统和服务器消息块139

8.4.3 iSCSI139

8.4.4 FCoE140

8.4.5行业应用142

8.5软件定义存储142

8.5.1存储抽象142

8.5.2存储虚拟化143

8.5.3开放接口143

8.6云数据中心存储143

8.6.1分布式存储143

8.6.2数据中心POD144

8.6.3机架规模架构144

8.7本章回顾146

第9章 软件定义网络147

9.1数据中心软件背景知识147

9.1.1传统数据中心网络软件148

9.1.2不断发展的数据中心需求148

9.1.3应用程序编程接口148

9.1.4软件定义数据中心149

9.2 OpenStack150

9.3 OpenFlow151

9.3.1 Open API153

9.3.2转发表的实现153

9.3.3行业应用154

9.4网络功能虚拟化154

9.4.1背景知识155

9.4.2网络安全156

9.4.3负载均衡157

9.4.4网络监控158

9.4.5实施158

9.4.6 Open Daylight基金会158

9.5 SDN部署159

9.5.1控制器的位置159

9.5.2网络边缘处的SDN160

9.6本章回顾161

第10章 高性能计算网络162

10.1 HPC系统架构162

10.1.1大型计算节点163

10.1.2计算节点阵列163

10.2多插座CPU板163

10.2.1超传输技术164

10.2.2英特尔快速通道互连165

10.2.3 RapidIO165

10.2.4 PCIe NTB165

10.3 HPC网络标准166

10.3.1交换结构167

10.3.2 Myrinet167

10.3.3 InfiniBand168

10.3.4以太网168

10.4 HPC网络性能因素169

10.4.1结构接口169

10.4.2交换机169

10.4.3结构架构170

10.5 HPC网络软件170

10.5.1消息传递接口170

10.5.2动词171

10.6本章回顾171

第11章 未来发展趋势172

11.1机架规模架构172

11.1.1资源区分172

11.1.2 CPU模块173

11.1.3内存和存储模块174

11.1.4分布式结构175

11.2内存技术175

11.2.1非易失性内存和存储器176

11.2.2内存接口176

11.3交换结构技术177

11.3.1帧开销177

11.3.2端口带宽178

11.3.3模块化设计178

11.4布线技术179

11.4.1铜缆布线179

11.4.2光缆布线180

11.4.3无线互连181

11.5软件定义基础设施181

11.5.1数据中心自动化181

11.5.2网络功能虚拟化182

11.5.3大数据分析182

11.6本章回顾183

第12章 总结184

12.1技术发展184

12.2行业标准185

12.3网络设计185

12.4存储器和HPC186

12.5数据中心虚拟化186

12.6软件定义基础设施187

12.7结束语187