Инженерная инфраструктура центров обработки данных (ЦОД)

В последнее время термин «дата-центр» используется как универсальное определение для любой более-менее организованной компьютерной среды. Тем не менее, существует несколько типов data центров. Каждая ИТ-сеть имеет свои особенности, которые обязательно нужно учитывать при разработке архитектуры центра обработки данных, чтобы он лучше всего отвечал постоянно растущим требованиям конечных пользователей.

Приведем краткое описание разных типов центров обработки данных, их архитектуры и различных задач. Также рассмотрим, как влияют эти задачи на критерии выбора сетевых технологий и оборудования.

Типы центров обработки данных

В зависимости от назначения различают три разных типа дата-центров, каждый из которых рассчитан на определенную модель предприятия и имеет собственные оперативные задачи и проблемы:

• корпоративные дата-центры;
• хостинговые дата-центры, предоставляющие компьютерную инфраструктуру как услугу (IaaS);
• дата-центры, использующие технологию Web 2.0.

Ниже приведены параметры, которые могут значительно отличаться в разных типах дата-центров:

• тип трафика (внутренний, внешний или смешанный);
• использование Layer 2 (L2) и/или Layer 3 (L3) для управлення трафиком в центре или на периферии (Top of Rack);
• технология хранения данных;
• уровень серверной виртуализации;
• общий размер центра обработки данных (по количеству серверов).

Соответствие формы и функции

В зависимости от типа data центра используются разные сетевые технологии и оборудование. Корпоративные дата-центры, как правило, обслуживают множество приложений. В них может быть как 200 (в небольших компаниях), так и 1000 серверов (в крупных компаниях). Часть корпоративных центров обработки данных имеют закрытую структуру, рассчитанную на оптимизацию ИТ-приложений и служб. Лишь некоторые вертикальные структуры (нефтегазовая разведка, биотехнологии или любые другие сферы деятельности, в которых ИТ-инфраструктура имеет ключевое значение для конкурентоспособности компании) могут также включать кластеры высокопроизводительных вычислений (HPCC) в свои дата-центры, предназначенные для тщательного научного анализа. Многие корпоративные центры обработки данных также имеют открытую структуру, рассчитанную на обслуживание клиентов. В них обслуживается внутренний и внешний трафик, в зависимости от типа приложений.

Виртуализация и развитие смешанных сетей

В развитии корпоративных дата-центров наблюдается две основных тенденции: растущее использование технологий серверной виртуализации, обеспечивающих более эффективное использование аппаратных ресурсов, и переход на смешанные сети, совмещающие в себе ЛВС, основанные на технологиях Ethernet, и оптоволоконные сети хранения данных или SAN. Традиционно, в корпоративных центрах обработки данных использовались смешанные сетевые услуги уровней L2 и L3, а также комбинация виртуальных и физических серверов.

Порталы, или компании, использующие технологии Web 2.0 (дата-центры которых обычно имеют открытую структуру, рассчитанную на предоставление таких интерактивных услуг как поиск, игры, или социальные сети), имеют совсем другие потребности. Портальные дата центры в основном обслуживают собственный внутренний трафик, создаваемый обращениями пользователей к приложениям и информации из множества источников, и стараются по возможности удерживать его в пределах коммутатора (ToR), кластера или данного центра обработки данных. Будучи преимущественно физическими средами, порталы используют услуги уровня L2 на периферии (ToR) и услуги уровня L3 в центре, и, как правило, в них используются локальные системы хранения данных (с ограниченным использованием Интернет-протокола в некоторых системах).

Особенности Интернет-хостингов

Хостинговые услуги могут быть представлены громадными компаниями, насчитывающими десятки глобальных дата-центров, или небольшими фирмами, имеющими всего лишь несколько десятков клиентов. Будучи универсальными по своей структуре, эти центры обработки данных предлагают своим многочисленным клиентам услуги предоставления компьютерной инфраструктуры, характер которых определяется соответствующими соглашениями на обслуживание (SLAs) и, следовательно, обслуживают, главным образом, внешний трафик. Их расширение происходит за счет широкого применения технологий виртуализации, поэтому они используют сетевые топологии уровня L2 для миграции виртуальных машин, которые также создают дополнительный внутренний трафик. Для хранения данных в этих дата-центрах используются протоколы iSCSI, NFS, или другие соответствующие Интернет-протоколы.

С учетом всех этих данных можно делать некоторые выводы о сетевых возможностях каждого типа data центров.

Сетевые требования

Виртуализация, способствует тому, чтобы оптимизировать использование аппаратных ресурсов, но, в то же время, она усложняет администрирование сети. В корпоративных и хостинговых центрах обработки данных, в которых широко используется виртуализация, существует необходимость в технологиях, упрощающих управление виртуальными сетями, таких как функции поиска, автоматической конфигурации и распределения виртуальных машин в рамках сети. В дополнение к решениям ведущих производителей коммутаторов, со временем также повысится роль таких стандартов как EVB (Edge Virtual Bridging), которые необходимы для удовлетворения требований, предъявляемых серверной виртуализацией к сети.

Стремительное развитие технологий серверной виртуализации в корпоративных и хостинговых центрах обработки данных также усиливает необходимость в переходе на линейные сетевые топологии уровня L2, которые состоят только из двух уровней. Эта упрощенная двухуровневая архитектура в большей степени пригодна для мобильных виртуальных машин. В то же время она уменьшает расходы и повышает работоспособность сети. Разработаны соответствующие стандарты, повышающие расширяемость сетей уровня L2, например, TRILL (Transparent Interconnection of Lots of Links) и VPLS (Virtual Private LAN Services).

Стремление к объединению разнородных сетей дата-центров в рамках единой сети Ethernet вызывает необходимость в использовании стандартов DCB (Data Center Bridging) и FCoE (Fibre Channel over Ethernet). Со времен необходимость в этих и других подобных стандартах для специализированных ToR-коммутаторов будет все больше расти.

Будучи самыми крупными и наиболее специализированными центрами обработки данных, порталы могут стать основным стимулом улучшения производительности data центров, увеличения пропускной способности не в ущерб компактности. Сталкиваясь с необходимостью строить свои сети в соответствии с требованиями обслуживания внутреннего трафика высокого уровня с минимально допустимой задержкой, порталы способствуют развитию сетевой архитектуры способной обеспечивать сквозную неблокирующую линейную коммутацию и низкий уровень задержки. Опять же это непосредственно связано с переходом на линейные двухуровневые сетевые топологии, которые также предлагают адекватную буферную емкость, требуемую для обработки всплесков сетевого трафика, вызываемых преобладанием приложений с нестабильными потребностями в трафике. Кроме того, порталам требуются высокопроизводительные, компактные платформы, рассчитанные на передачу данных со скоростью от 40 до 100-гигабит (GbE) и вмещающие сотни 10 GbE-портов.

Этот краткий обзор типов дата-центров показывает, что одна архитектура не всегда в состоянии выполнять множество функций. Поэтому следует иметь четкое представление о задачах и ключевых параметрах центра обработки данных, для того чтобы сетевой разработчик смог максимально оптимизировать его архитектуру.