Architektura centrów danych

Tworzenie wzorca wyższej wydajności centrum danych

Architektura sieciowa centrum danych – tzn. układ infrastruktury sieciowej oraz sposób podłączenia serwerów do przełączników (switchy) – musi zapewniać równowagę między niezawodnością, wydajnością, elastycznością, skalowalnością i kosztami. Aby zoptymalizować inwestycje w centrum danych, architektura musi również zapewniać możliwość obsługi zarówno obecnych, jak i przyszłych zastosowań i szybkości transmisji.

Najważniejsze czynniki, które należy uwzględnić w wyborze architektury centrum danych

Model scentralizowany

Architektura scentralizowana najlepiej nadaje się do niewielkich centrów danych (o powierzchni poniżej 465 m²). Jak pokazano na schemacie, architektura ta przewiduje osobne środowiska LAN/SAN, z których każde jest wyposażone w gwiaździste okablowanie, zapewniające podłączenie do wszystkich szaf serwerowych i stref. Każdy serwer jest połączony kablem z głównymi przełącznikami (switchami), znajdującymi się w centralnym, głównym obszarze punkcie dystrybucyjnym.

Taki układ zapewnia bardzo wydajne wykorzystanie przełączników sieciowych oraz ułatwia zarządzanie i dodawanie nowych elementów do architektury. Architektura scentralizowana doskonale sprawdza się w małych centrach danych, ale skalowanie w górę, a tym samym rozbudowa centrum, jest w przypadku tego modelu utrudniona. W większych centrach danych, ze względu na większą liczbę długich połączeń kablowych, występuje nadmierne nagromadzenie okablowania w ciągach komunikacyjnych i szafach, co podwyższa koszty.  Niektóre większe centra danych mogą wykorzystywać topologię strefową lub Top of Rack (ToR) dla obsługi ruchu LAN, natomiast architekturę scentralizowaną do środowisk SAN, w których koszt przełączników sieciowych SAN jest wysoki i ważną rolę odgrywa wykorzystanie portów.

Model strefowy

Architektura strefowa opiera się na dystrybucji zasobów przełączania sieci. Jak pokazano na schemacie, przełączniki mogą być ustawione w układzie End of Row (EoR) lub Middle of Row (MoR). W takich przypadkach do obsługi wielu szaf serwerowych wykorzystywane są zazwyczaj przełączniki sieciowe w obudowach. Takie rozwiązanie jest zalecane przez standard centrów danych ANSI/TIA-942. Zapewnia ono wysoką skalowalność, powtarzalność i przewidywalność. Architektura strefowa zazwyczaj jest najbardziej efektywna kosztowo i zapewnia najbardziej efektywne wykorzystanie przełączników i portów, przy jednoczesnym ograniczeniu kosztów okablowania.

W niektórych przypadkach przełączniki w układzie EoR mogą zapewniać wyższą wydajność, gdy porty LAN dwóch serwerów wymieniających duże ilości informacji zostaną umieszczone w tym samym przełączniku EoR. Pozwala to bowiem wykorzystać niską latencję przełączania między portami.  Potencjalną wadą przełączników w układzie EoR jest konieczność podłączenia kabla do przełącznika EoR. Zakładając podłączenie wszystkich serwerów do przełączników redundantnych, może to powodować konieczność instalacji większej liczby kabli, niż w przypadku architektury Top of Rack.

Model Top od Rack

Architektura Top of Rack (ToR) zazwyczaj obejmuje dwa lub więcej przełączników w każdej szafie serwerowej, jak pokazano na schemacie poniżej. Taka architektura dobrze sprawdza się w zagęszczonych serwerowniach jednoszafowych. Przełączniki w układzie ToR umieszczane są na szczycie szafy stelażowej. Wszystkie serwery w szafie stelażowej są podłączone kablami do obu przełączników dla zapewnienia redundancji. Przełączniki ToR posiadają łącze nadrzędne (uplink) do wyższej warstwy przełączania sieci. Architektura ToR w znacznym stopniu upraszcza zarządzanie okablowaniem i minimalizuje wymagania w zakresie organizacji kabli. Zapewnia również szybkie przełączanie między portami dla serwerów znajdujących się w szafie stelażowej, oraz przewidywalną nadsubskrypcję łącza nadrzędnego (uplink).

Choć w układzie Top of Rack okablowanie wykorzystywane jest w bardziej ekonomiczny sposób, architektura ta zazwyczaj wiąże się z wyższym kosztem przełączników oraz wysokimi kosztami niedostatecznego wykorzystania portów.  Przełączanie w układzie ToR może być utrudnione w dużych centrach danych. Istnieje także ryzyko przegrzewania się przełącznika LAN w szafach serwerowych. W rezultacie przełączniki ToR czasami są wykorzystywane w architekturze MoR lub EoR dla lepszego wykorzystania portów przełączników i zmniejszenia całkowitej liczby wykorzystywanych przełączników.

Sposoby podłączania wyposażenia w centrum danych

Do łączenia urządzeń w centrach danych za pomocą okablowania strukturalnego wykorzystywane są zazwyczaj dwie metody:

Krosowanie pośrednie (Cross-connect)

Krosowanie pośrednie łączy ze sobą okablowanie, podsystemy i wyposażenie za pomocą kabli krosowych (ang. patch cord) lub mostków (ang. jumper), łączących sprzęt po obu stronach. Zaletą krosowania pośredniego jest brak konieczności naruszania portów elektronicznych lub okablowania szkieletowego podczas wykonywania podłączenia. Ponadto, metoda krosowania pośredniego pozwala na łatwiejsze zaplanowanie przyszłej rozbudowy sieci dzięki doskonałym właściwościom w zakresie zarządzania okablowaniem – koncepcja „każdy do każdego” (tzn. każdy element wyposażenia w centrum danych można podłączyć do innego elementu, niezależnie od ich lokalizacji) zapewnia wysoką elastyczność. Możliwość wykonania podłączeń na potrzeby przemieszczania, dodawania i zmian wyposażenia w jednej lokalizacji (krosowanie pośrednie) stanowi ogromną zaletę. Pomimo licznych korzyści operacyjnych, metoda krosowania pośredniego jest droższa, ponieważ wymaga większej liczby kabli.

Krosowanie bezpośrednie (Interconnect)

W metodzie krosowania bezpośredniego kabel krosowy podłączany jest bezpośrednio z portu urządzenia elektronicznego do okablowania szkieletowego. To rozwiązanie wymaga mniejszej liczby elementów, a tym samym wiąże się z niższymi kosztami. Z drugiej strony jednak zmniejsza elastyczność i zwiększa ryzyko, ponieważ w celu wykonania podłączenia, użytkownik musi uzyskać dostęp bezpośrednio do portów urządzeń elektronicznych. CommScope generalnie zaleca stosowanie metody krosowania pośredniego dla uzyskania najwyższej elastyczności i wydajności operacyjnej w centrum danych.

Architektura dla wyższych prędkości transmisji w przyszłości

W przypadku nowych technologii, takich jak 25/40/100GbE, 40GFcoE i Fibre Channel 16G oraz 32G, ograniczenia w zakresie przepustowości, odległości i połączeń są bardziej rygorystyczne, niż w przypadku wolniejszych systemów starszych generacji. Planując środowisko LAN/SAN w centrum danych, projektant musi mieć świadomość ograniczeń każdego z wdrażanych zastosowań i wybrać architekturę, która nie tylko obsłuży obecne zastosowania, ale także umożliwi migrację do zastosowań wyższych prędkości w przyszłości.

Opracowano na podstawie materiałów CommScope – źródło