智慧机场“绿色”网络架构设计及实现

　　眼于智慧机场建设，本文围绕“绿色”网络架构的设计和实现的关键问题开展研究。对“绿色”网络设计的生命周期和原则进行分析阐述，针对实际建设需求提出优化的解决方案，并通过新一代数据中心网络建设的实践案例分析，从统一通信和虚拟化两个角度阐述如何构建“绿色”网络架构。

　　智慧机场是新一代信息技术在机场领域的高度集成，包括信息感知、传输、处理等各个环节，而在智慧机场建设过程中，绿色、环保、低碳也一直贯穿机场建设的诸多环节。打造绿色机场不仅需要选择绿色产品，更要关注方案的绿色架构设计。通常，采用降低设备能耗的方法来体现绿色机场的概念[1]，这种方法的优点在于简单直观、便于衡量；然而存在着治标不治本的问题。这就需要我们构建智慧机场“绿色”网络架构入手，更全面和长远地体现绿色环保。

　　本文着眼于智慧机场建设，围绕“绿色”网络架构的设计和实现展开探讨。

　　“绿色”网络设计的生命周期

　　与网络产品相类似，网络设计也具有一定的生命周期。需要在整个生命周期中考虑和兼顾绿色设计理念。根据绿色环保3R原则（Reduce、Reuse、Recycle）[2]，需要形成一套完整的流程、规范、指导书。具体到网络方案生命周期的设计，则主要体现在精简设计、重用设计和易维护设计。针对智慧机场“绿色”网络架构设计环节，具体说明如下：

　　（1）精简设计

　　在满足用户业务需求的基础上设计出精简方案，减少前期的投入。比如在智慧机场“绿色”网络设计中，鉴于用户和业务需求的双重不确定性，前期方案设计往往按需求最大化进行设计，对设备性能、用户对网络的容忍度等需求严格考虑。另外，在网络设备性能的选择上要有超前意识，确保能够满足近5年的技术使用要求。以上这些都将导致投资高。若在设计初期能对方案进行适当精简，则可以在一定程度上减少投资，节省使用成本和运维成本。

　　（2）重用设计

　　网络方案设计要充分利用原有的设备与设施，提高设备利用率，减少废弃物数量。比如在机场“绿色”网络建设过程中，目前分为多个不同类型的业务网络，每个网络只承载一个或几个业务应用。然而，从绿色低碳角度来讲，可以先按照不同的保障级别将这些业务进行分类与合并，再针对不同使用级别将网络进行合并，减少网络数目进而提高网络资源的重用。

　　（3）易维护设计

　　在IT系统使用维护过程中，简化管理、减少人力成本和维护成本。具体到机场网络的易维护设计，首先，从网络产品选择方面，要选择能够支持网管功能的产品，减少网络中非可管理设备的数量；其次，在网络方案设计中对网络流量和网络路由进行合理的规划，减少大二层网络设计，降低广播域的范围；最后，要全面考虑网络安全的建设，降低网络使用风险。

　　“绿色”网络设计的原则

　　基于前述“绿色”网络设计生命周期的三大设计方法，结合智慧机场“绿色”网络建设的实际情况，我们总结提出以下五点建设原则。

　　（1）标准化原则

　　遵循已有的绿色环保法律法规，且网络系统建应采用具有绿色环保标识的产品。随着智慧机场建设的推进，应将网络通讯统一到基于IP的平台上来。机场本身存在各种不同的应用系统，这些系统又是架构在不同网络或通讯载体，例如：采用RS485协议的通讯、采用BACNET的楼控系统、采用iSCSI协议的存储传输、采用cobranet的广播系统等等。这些专业协议在各自单独网络中传输，构成异构/非标准化（相对于IP而言）的系统，这就需要大量的维护人员，且整合困难。

　　而随着IP技术的飞速发展，基于IP的解决方案成为机场企业网绿色网络设计的必然趋势。通过IP融合各种基础设施、网络、存储、安全、多媒体、楼宇自控、智能灯光照明等均构建在一个统一的标准化平台上，并对外提供标准接口；对于在相当一段时间内无法解决的异构系统，在标准化原则下可以考虑设计兼容性方案，达到对原有资源的充分利用。

　　（2）集成化原则

　　集成度是整个节能减排中十分重要的一个指标。集成化设计使整个系统的网络产品的设备数量能够尽量的降低，通过减少设备总量、降低设备使用所需资源（空间、机架、线缆、空调、电力、人力等）来达到节能减排的目的。

　　（3）虚拟化原则

　　虚拟化技术在“绿色”网络建设中起到重要作用。从用户终端的虚拟桌面，到网络接入、汇聚、核心、防火墙，再到数据中心中都会见到各种虚拟化的解决方案。机场在进行网络设计时要根据业务情况采用虚拟化技术，如在航显系统中采用虚拟化桌面、网络设计中采用虚拟交换技术、存储设计中采取云存储等。

　　（4）安全性原则

　　机场OA网络受到过各种网络病毒、攻击、机场企业网因病毒造成过网络瘫痪、人为原因和设备故障也曾导致过网络风暴，这些情况导致的结果大大降低网络的可用性，导致网络大量带宽被占用，同时使业务系统运行效率降低，在某种程度上使业务系统不可用甚至导致数据/信息丢失。为排除和解决这些问题必然会花费相当的代价。因此，一个安全性的网络将有益于机场的绿色环保。

　　（5）可靠性原则

　　机场网络的高可靠性，意味着网络中断时间段、故障率低，对保障高质量业务起着重要作用。机场“绿色”网络设计可以从多方面考虑可靠性：其一，从分层、模块化、各层功能定义、冗余设计、特性部署等方面提高网络可靠性；其二，针对不同应用场景提供最佳性能参数，提升方案的可靠性。如对时延敏感的业务系统，要考虑当网络出现中断切换到冗余设备上所需时间。

　　绿色网络设计的实践案例

　　通过对“绿色”网络设计生命周期和原则的探讨，在智慧机场网络系统的建设中，最具典型代表性的就是新一代数据中心网络建设。新一代数据中心将是计算、网络、存储高度集中的地方，对网络带宽、端口密度、安全防护和管理等诸多方面都提出很高的要求。在新一代数据中心如何进行全新的“绿色”网络体系建设，是工作的重点。在此，将从统一通讯和虚拟化角度进行详细说明。

　　（1）构建统一交换网络

　　未来新数据中心将同时存在计算、网络和存储三种业务。每种业务背后有不同的通讯技术进行支持增加了建设与维护成本，技术异构的网络无法实现统一的虚拟化原则，更无法支持标准原则。随着以太网络技术的不断演进，无损以太网技术标准族开始建立，对数据中心网络通讯在技术层面进行标准的统一，很好地解决数据中心网络常见的数据突发、瞬间堵塞、网络延迟以及网络高带宽高密度端口的需求。因此，原来基于FC的SAN网络存储完全可以通过FCoE方式融合到以太网上。

　　（2）虚拟化网络交换

　　虚拟化网络交换包含核心\汇聚层虚拟化和虚拟机网络交换两部分。

　　核心层网络虚拟化主要指的是数据中心核心网络设备的虚拟化。要求核心层网络具备超大规模的数据交换能力和足够的万兆接入能力，提供虚拟机箱技术，简化设备管理，提高资源利用率，其中VPC技术（Virtual Port-Channel）可以实现跨交换机端口的捆绑。目前主流厂家如CISCO和H3C分别推出各自的虚拟化技术VSS和IRF2。实现的功能基本相同，例如实现背板带宽的叠加、统一的逻辑管理、高可靠性和端口的高密度等。

　　虚拟机网络交换包括物理网卡虚拟化和虚拟网络交换机，在服务器内部虚拟出相应的交换机和网卡功能。虚拟交换机在主机内部提供多个网卡的互联以及为不同网卡流量设定不同的VLAN标签功能；虚拟网卡在一个物理网卡上虚拟多个逻辑独立的网卡，使得每个虚拟网卡具有独立的MAC地址、IP地址，同时在虚拟网卡之间实现一定的流量调度策略。IEEE 802.1Qbg EVB和IEEE 802.1Qbh就是为虚拟交换机和虚拟网卡功能制定的。

　　结论

　　本文关注智慧机场“绿色”网络架构设计的生命周期和建设原则，就如何构建“绿色”网络架构的问题进行探讨。通过对新一代数据中心网络这一典型实践案例分析，从两种技术角度加以阐述，突出解决方案的有效性。