Τι είναι η αρχιτεκτονική διασύνδεσης του κέντρου δεδομένων

 

 

Η εξέλιξη της υποδομής του κέντρου δεδομένων

 

Η εκθετική ανάπτυξη των υπηρεσιών cloud computing και των εφαρμογών ιστού έχει μετατρέψει θεμελιωδώς τις απαιτήσεις για την υποδομή του κέντρου δεδομένων. Στο επίκεντρο αυτού του μετασχηματισμού βρίσκεται η κρίσιμη σημασία της αρχιτεκτονικής διασύνδεσης του κέντρου δεδομένων, η οποία χρησιμεύει ως η ραχοκοκαλιά για σύγχρονα κατανεμημένα συστήματα υπολογιστών.

 

Η κατανόηση της πολυπλοκότητας και των περιορισμών των σημερινών αρχιτεκτονικών προσεγγίσεων είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη των επόμενων λύσεων- γενιάς που μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτητικές απαιτήσεις των σύγχρονων ψηφιακών υπηρεσιών. Καθώς οι οργανισμοί βασίζονται όλο και περισσότερο στο cloud - που βασίζονται σε υπηρεσίες, οι μεγάλες αναλύσεις δεδομένων και οι κατανεμημένοι υπολογιστές, η αποτελεσματικότητα, η επεκτασιμότητα και η αξιοπιστία των διασυνδέσεων του κέντρου δεδομένων έχουν γίνει πρωταρχικές ανησυχίες.

 

 

 

 

Τρία - Τοπολογία Tier

 

Σε τρεις - Tier Topological Configurations, ένα επιπλέον στρώμα πάνω από το επίπεδο συσσωμάτωσης ενσωματώνει διακόπτες πυρήνα που διακόπτουν τη διασύνδεση μέσω των συνδέσμων 10 Gbps ή 100 Gbps (τυπικά εφαρμόζονται ως συνδεδεμένες συνδέσεις 10 Gbps). Αυτή η αρχιτεκτονική Interconnect του Κέντρου Ιεραρχικών Δεδομένων προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα όσον αφορά την επεκτασιμότητα και την ανοχή σφάλματος.

 

Για παράδειγμα, οι διακόπτες TOR είναι συνήθως συνδεδεμένοι με δύο ή περισσότερους διακόπτες συσσωμάτωσης, παρέχοντας περιττές διαδρομές που ενισχύουν τη συνολική αξιοπιστία του συστήματος και εξασφαλίζουν συνεχή διαθεσιμότητα υπηρεσιών ακόμη και κατά τη διάρκεια αποτυχιών των εξαρτημάτων.

 

 

Τα οφέλη κλιμάκωσης αυτής της προσέγγισης γίνονται εμφανή κατά την εξέταση της μαθηματικής εξέλιξης των επιλογών συνδεσιμότητας. Κάθε επιπλέον βαθμίδα αυξάνει εκθετικά το δυναμικό για το διακομιστή - σε - διαδρομές επικοινωνίας διακομιστή, επιτρέποντας στα κέντρα δεδομένων να φιλοξενούν χιλιάδες διακομιστές διατηρώντας παράλληλα αποδεκτά επίπεδα απόδοσης.

 

Τα χαρακτηριστικά ανοχής σφάλματος είναι εξίσου εντυπωσιακά, καθώς οι πολλαπλές περιττές διαδρομές εξασφαλίζουν ότι οι αποτυχίες του δικτύου σε οποιοδήποτε σημείο δεν έχουν ως αποτέλεσμα πλήρη διαταραχή των υπηρεσιών. Αυτή η ανθεκτικότητα είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση των συμφωνιών επιπέδου υπηρεσιών (SLA) και την εξασφάλιση της συνέχειας των επιχειρήσεων για κρίσιμες εφαρμογές.

 

Κατανάλωση ενέργειας και προκλήσεις ενεργειακής απόδοσης

 

Παρά τα αρχιτεκτονικά πλεονεκτήματα, η αρχιτεκτονική διασύνδεσης του σύγχρονου κέντρου δεδομένων αντιμετωπίζει σημαντικές προκλήσεις που σχετίζονται με την κατανάλωση ενέργειας και την ενεργειακή απόδοση. Ο πρωταρχικός περιορισμός προέρχεται από τις σημαντικές απαιτήσεις ισχύος των διακοπτών TOR, των διακοπτών συσσωμάτωσης και των διακόπτη πυρήνα, σε συνδυασμό με την εκτεταμένη υποδομή καλωδίωσης που απαιτείται για τη διασύνδεσή τους.

 

Η υψηλή κατανάλωση ενέργειας αυτών των εξαρτημάτων μεταγωγής προκύπτει κυρίως από το οπτικό - έως το - ηλεκτρικά (OE) και τα ηλεκτρικά - σε συστήματα- οπτικών (EO),

 

 

Καθώς τα κέντρα δεδομένων κλιμακώνονται για να ικανοποιήσουν τον αυξανόμενο φόρτο εργασίας, το σωρευτικό αποτέλεσμα αυτών των απαιτήσεων ισχύος καθίσταται σημαντική επιχειρησιακή ανησυχία, τόσο από τις προοπτικές του κόστους όσο και της περιβαλλοντικής βιωσιμότητας. Οι σύγχρονες εγκαταστάσεις πρέπει να εξισορροπούν τις απαιτήσεις απόδοσης με στόχους ενεργειακής απόδοσης, δημιουργώντας πολύπλοκες προκλήσεις βελτιστοποίησης για τους σχεδιαστές αρχιτεκτονικής διασύνδεσης του κέντρου δεδομένων.

 

Η πρόκληση ενεργειακής απόδοσης επιδεινώνεται περαιτέρω από την αυξανόμενη πυκνότητα των διακομιστών και τον εξοπλισμό δικτύωσης στα σύγχρονα κέντρα δεδομένων. Οι διαμορφώσεις υψηλότερης πυκνότητας βελτιώνουν τη χρήση του χώρου, αλλά δημιουργούν περισσότερη θερμότητα, απαιτώντας πρόσθετη υποδομή ψύξης που καταναλώνει ακόμα περισσότερη ενέργεια. Αυτό δημιουργεί έναν φαύλο κύκλο όπου η αυξημένη πληροφορική απαιτεί τόσο περισσότερη ισχύ για λειτουργία όσο και περισσότερη ισχύ για ψύξη.

 

 

Οι εκτιμήσεις λανθάνουσας κατάστασης και ο αντίκτυπος της απόδοσης

 

Ένας άλλος κρίσιμος περιορισμός των σημερινών δικτύων κέντρων δεδομένων περιλαμβάνει την καθυστέρηση που εισάγεται μέσω πολλαπλών καταστημάτων - και - σταδιακά επεξεργασίας. Όταν τα πακέτα δεδομένων διασχίζουν από το ένα διακομιστή στον άλλο μέσω της ιεραρχικής δομής των διακόπτη TOR, των διακόπτη συσσωμάτωσης και των διακόπτη πυρήνα, βιώνουν σημαντικές καθυστερήσεις στην ουρά και την καθυστέρηση επεξεργασίας σε κάθε ενδιάμεσο κόμβο.

 

Η σωρευτική επίδραση αυτών των καθυστερήσεων μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την απόδοση των εφαρμογών, ιδιαίτερα για την καθυστέρηση - ευαίσθητα φόρτου εργασίας όπως το πραγματικό - expresstics, το υψηλό - συναλλαγές συχνότητας και οι διαδραστικές εφαρμογές ιστού.

 

Για εφαρμογές που απαιτούν μικροδευτερόλεπτα - χρόνο απόκρισης επιπέδου, αυτές οι συσσωρευμένες καθυστερήσεις μπορούν να καταστήσουν ορισμένες συμφωνίες επιπέδου υπηρεσιών που δεν μπορούν να επιδοθούν. Καθώς περισσότερες εφαρμογές κινούνται προς το πραγματικό - επεξεργασία χρόνου και χαμηλές - απαιτήσεις λανθάνουσας κατάστασης - όπως αυτές των χρηματοπιστωτικών υπηρεσιών, των αυτόνομων οχημάτων και του βιομηχανικού αυτοματισμού - Η ανάγκη για μειωμένη λανθάνουσα κατάσταση στις διασυνδέσεις του κέντρου δεδομένων καθίσταται όλο και πιο κρίσιμη.

 

Απαιτήσεις επεκτασιμότητας και αναδυόμενες προκλήσεις

 

Καθώς τα κέντρα δεδομένων συνεχίζουν να επεκτείνονται για να υποστηρίξουν τις αναδυόμενες εφαρμογές ιστού και τις υπηρεσίες cloud computing, η ζήτηση για πιο αποτελεσματικές λύσεις διασύνδεσης καθίσταται όλο και πιο επείγουσα. Οι τρέχουσες αρχιτεκτονικές προσεγγίσεις αντιμετωπίζουν θεμελιώδεις περιορισμούς όσον αφορά τη βελτίωση της απόδοσης, τη μείωση της καθυστέρησης και τη βελτιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας.

 

Ενώ πολλοί ερευνητές προσπάθησαν να ενισχύσουν τις δυνατότητες του εύρους ζώνης για τον διακόπτη βασικών δεδομένων - που βασίζονται σε διασυνδέσεις του κέντρου δεδομένων μέσω βελτιωμένων υλοποιήσεων TCP και ενισχυμένων σχεδίων Ethernet, οι συνολικές βελτιώσεις παραμένουν περιορισμένες από τις υπάρχουσες τεχνολογικές συμφόρους.

 

Η αυξανόμενη κλίμακα των κέντρων δεδομένων απαιτεί νέες προσεγγίσεις για τη διασύνδεση της αρχιτεκτονικής που μπορεί να χειριστεί αυξημένες απαιτήσεις εύρους ζώνης

 

 

Οι απαιτήσεις εύρους ζώνης για τις σύγχρονες εφαρμογές συνεχίζουν να αυξάνονται σε ποσοστά που υπερβαίνουν τις τροχιές βελτίωσης των παραδοσιακών τεχνολογιών μεταγωγής. Μηχανική εκμάθηση φόρτου εργασίας, μεγάλες αναλύσεις δεδομένων και κατανεμημένες εφαρμογές υπολογιστών δημιουργούν πρότυπα κυκλοφορίας που στρες συμβατικά κέντρα δεδομένων διασυνδέονται τα σχέδια αρχιτεκτονικής πέρα ​​από τις βέλτιστες παραμέτρους λειτουργίας τους.

 

Επιπλέον, ο αυξανόμενος επιπολασμός της Ανατολής - West Traffic (Server - έως - επικοινωνία διακομιστή εντός του κέντρου δεδομένων) έναντι των παραδοσιακών βόρειων - South Traffic Αυτή η μετατόπιση των προτύπων κυκλοφορίας - από κυρίως εξωτερικές αιτήσεις πελάτη στην εσωτερική επεξεργασία δεδομένων και συγχρονισμό - απαιτεί μια επανεξέταση του τρόπου με τον οποίο τα δίκτυα του κέντρου δεδομένων είναι δομημένα και βελτιστοποιημένα.

 

Οικονομικές και επιχειρησιακές εκτιμήσεις

 

Από οικονομική άποψη, το συνολικό κόστος ιδιοκτησίας για την παραδοσιακή αρχιτεκτονική διασύνδεσης του κέντρου δεδομένων περιλαμβάνει όχι μόνο τις αρχικές κεφαλαιουχικές δαπάνες για τον εξοπλισμό μεταγωγής αλλά και τα συνεχιζόμενα λειτουργικά έξοδα που σχετίζονται με την κατανάλωση ενέργειας, τις απαιτήσεις ψύξης και τα γενικά έξοδα συντήρησης.

 

Η γραμμική σχέση μεταξύ της κλιμάκωσης των επιδόσεων και της κλιμάκωσης του κόστους δημιουργεί οικονομικά εμπόδια που περιορίζουν τη σκοπιμότητα της απλή προσθήκη πιο παραδοσιακής ικανότητας μεταγωγής για την αντιμετώπιση των απαιτήσεων απόδοσης. Καθώς τα κέντρα δεδομένων αυξάνονται, το κόστος που σχετίζεται με τη διανομή ενέργειας, την υποδομή ψύξης και τον φυσικό χώρο αυξάνεται επίσης δυσανάλογα.

 

Η επιχειρησιακή πολυπλοκότητα αυξάνεται επίσης σημαντικά καθώς οι κλίμακες αρχιτεκτονικής διασύνδεσης του κέντρου δεδομένων. Η διαχείριση του δικτύου, η διαχείριση διαμόρφωσης και η αντιμετώπιση προβλημάτων καθίστανται ολοένα και πιο δύσκολες καθώς αυξάνεται ο αριθμός των διακοπτών και των διασυνδέσεων.

 

Τα διοικητικά γενικά έξοδα που σχετίζονται με τη διατήρηση συνεπών διαμορφώσεων σε εκατοντάδες ή χιλιάδες συσκευές μεταγωγής δημιουργούν επιχειρησιακούς κινδύνους και αυξάνουν την πιθανότητα ανθρώπινου σφάλματος. Αυτή η πολυπλοκότητα μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερο χρόνο διακοπής κατά τη διάρκεια της συντήρησης, την βραδύτερη ανάπτυξη νέων υπηρεσιών και την αυξημένη δυσκολία στον εντοπισμό και την επίλυση προβλημάτων δικτύου.

 

Εξέλιξη τεχνολογίας

 

Οι περιορισμοί των σημερινών προσεγγίσεων της αρχιτεκτονικής του Κέντρου Δεδομένων έχουν παρακινήσει εκτεταμένες έρευνες για εναλλακτικές τεχνολογίες και αρχιτεκτονικά παραδείγματα. Λογισμικό - Οι προσεγγίσεις καθορισμένης δικτύωσης (SDN) προσφέρουν πιθανές λύσεις για τη μείωση της πολυπλοκότητας της διαμόρφωσης και τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της διαχείρισης του δικτύου.

 

Οι τεχνολογίες οπτικής μεταγωγής μπορούν να παρέχουν μονοπάτια για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας ενώ αυξάνονται οι δυνατότητες του εύρους ζώνης. Με την εξάλειψη της ανάγκης για συχνή οπτική - σε - ηλεκτρική και ηλεκτρική - σε - οπτικές μετατροπές, αυτές οι τεχνολογίες μπορούν να μειώσουν σημαντικά τόσο την καθυστέρηση όσο και την κατανάλωση ενέργειας.

 

 

Οι αναδυόμενες τεχνολογίες όπως η φωτονική του πυριτίου, η εναλλαγή οπτικού κυκλώματος και η υβριδική οπτική - ηλεκτρικές αρχιτεκτονικές αντιπροσωπεύουν ελπιδοφόρες οδηγίες για την επόμενη - αρχιτεκτονική διασύνδεσης δεδομένων γενιάς. Αυτές οι τεχνολογίες προσφέρουν τη δυνατότητα αντιμετώπισης των θεμελιωδών περιορισμών των σημερινών προσεγγίσεων παρέχοντας ταυτόχρονα διαδρομές επεκτασιμότητας για μελλοντικές απαιτήσεις ανάπτυξης.

 

Επιπλέον, οι νέες τοπολογίες δικτύου -, όπως τα πεπλατυσμένα δίκτυα πεταλούδων, τα δίκτυα dragonfly και οι διαμορφώσεις HyperCube -, διερευνώνται ως εναλλακτικές λύσεις για το παραδοσιακό λίπος - αρχιτεκτονικές δένδρων. Αυτά τα σχέδια αποσκοπούν στη μείωση του αριθμού του λυκίσκου δικτύου, την ελαχιστοποίηση της καθυστέρησης και τη βελτίωση της συνολικής απόδοσης του δικτύου για τα μεγάλα κέντρα δεδομένων -.