数据中心网络架构通常包括三个层次：接入层、汇聚层和核心层。接入层：位于机架顶部，物理连接服务器。
汇聚层：连接接入层交换机，同时提供其他服务，例如防火墙，SSL offload，入侵检测，网络分析等。
核心层：为进出数据中心的包提供高速的转发，为多个汇聚层提供连接性，为整个网络提供一个弹性的L3路由网络。数据中心物理拓扑从接入-汇聚-核心三级网络架构演进到基于Clos的Spine-and-Leaf架构。计算资源的基本单位经历了物理服务器、虚拟机、容器化3个阶段。数据中心底层连接协议逐步从以二层协议为主演进到以IP路由协议为主。
接入-汇聚-核心三级网络架构协议方案演进 受计算规模的驱动，数据中心的网络架构和解决方案，在过去20 年里发生了很大变化。总的来说，数据中心物理拓扑从接入-汇聚-核心三级网络架构演进到基于Clos的Spine-and-Leaf 架构。计算资源的基本单位经历了从物理服务器到虚拟机再到容器化3个阶段。
在物理服务器阶段，应用直接在物理服务器上运行，数据中心物理拓扑为经典的接入-汇聚-核心三级网络架构，整张网络采用二层协议互联，应用访问模式为客户端-服务器模式，并且南北向流量远大于东西向流量。其中，南北向流量在核心交换机处理，数据中心内跨网段需要经过核心交换机，内部子网的网关一般也配置在核心。在这种模型中，由于节点之间的通信都可能经过核心，因此核心交换机需要记录所有节点的互联网协议（IP）和介质访问控制（MAC）地址信息。在这种网络方案中，与计算节点规模相关的瓶颈最可能出现在核心交换机中。
随后，网络虚拟化应运而生。数据中心网络中的每个宿主机都运行一个虚拟交换机（vSwitch）。虚拟交换机向上连接物理交换机，向下连接多个虚拟机。网络的边界从原来的接入交换机（置顶交换机）层，下沉到宿主机内部。这使得整张网络变成一个大的二层网络。在这个大二层网络内，虚拟机生命周期内的IP地址和MAC地址均保持不变。对于同网段的虚拟机，不管它们是否在同一台宿主机上，彼此都能够通过二层（MAC地址）访问对方。此时，核心交换机不仅需要记录宿主机的IP/MAC信息，还需要记录所有虚拟机的IP/MAC信息，以便支持虚拟机全网可迁移。
2016 年以后，数据中心进入大规模容器时代。容器也被称为轻量级虚拟机，可进一步提高部署密度。虚拟机与容器的最大区别在于：虚拟机平台交付的是虚拟机实例，抽象的是计算资源，而容器平台交付的是服务，访问入口为服务的IP地址，同时服务屏蔽了计算资源的细节（如虚拟机实例的IP地址或MAC地址）。
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