Виртуализация в Центрах обработки данных (ЦОД)
Прогнозируемый рост цен на энергоносители и недвижимость в течение следующих 5-10 лет приведет к тому, что ЦОДы будут находиться под пристальным вниманием со стороны бизнеса, который они поддерживают. От ЦОДов будет требоваться уменьшение операционных расходов посредством снижения энергопотребления и достижения наивысшей производительности.
Понятие «виртуализация» преподносится руководителям ЦОДов как обещание достичь вышеназванных целей при условии упрощения архитектуры сети передачи данных в ЦОДе.
До использования виртуализации подавляющее большинство бизнес-приложений размещались на своих выделенных серверах. Это приводило к тому, что серверы получали электропитание и охлаждение 24 часа / 7 дней в неделю, тогда как их дисковые массивы и процессоры были задействованы в среднем на 15%.
С использованием виртуализации, многочисленные бизнес-приложения могут быть запущены на одном физическом сервере. В таком случае каждое из приложений использует свою часть вычислительных ресурсов и дискового пространства сервера или свой, так называемый, «виртуальный сервер».
Вследствие этого эффективность использования сервера увеличивается и таким образом можно достичь экономии на операционных расходах. Приведем следующий пример виртуализации: возьмем 6 физических серверов, загруженных на 15%, и заменим их на 1 физический сервер, на котором запущены 6 виртуальных серверов. В итоге мы добьемся 90%-использования ресурсов физического сервера.
По мнению консалтинговой компании IDC, прозвучавшему в 2009 г.:
"В ИТ-отрасли наблюдается серьезный сдвиг в направлении конвергентных архитектур. Абсолютно ясно, что сегодняшняя практика раздельного внедрения серверов, СХД и сети передачи данных не будет соответствовать требованиям нового ЦОД. Потребуется новая, более гибкая архитектура Ввода/Вывода (I/O architecture). Виртуализация серверов, СХД, и сетевых интерфейсов Ввода/Вывода будет являться важнейшей предпосылкой для развития ЦОДов в будущем."
В своем прогнозе «2011 Worldwide Data Center Forecast», компания IDC отмечает синергию между технологией виртуализации, конвергированных инфраструктур и архитектурой Unified Fabric.
Так о чем же свидетельcтвует прогноз IDC?
Помимо консолидации монтажное пространства и энергопотребления, виртуализация также добавляет еще один уровень программных инструментов сетевого администрирования. Диагностика виртуального сервера выполняется средствами ПО управления виртуальными серверами, а не через прямой доступ к серверу, как это происходит в отсутствии виртуализации. Это делает процесс администрирования и диагностики более удаленным и в меньшей степени выполняемым локально на сервере.
Конвергированная инфраструктура начинает больше напоминать «Облачную» (Cloud) инфраструктуру в ЦОДе, т.е. «облако внутри облака». Важно, что такая инфраструктура обеспечивает существенные организационные преимущества, которые выражаются в эффективности работы ЦОД, доступности информационных ресурсов и оперативности доступа к ним.
На врезках справа изложены взгляды IDC на перспективы внедрения виртуализации, конвергированных инфраструктур и архитектуры Unified Fabric, возможные результаты и их последствия. С тех пор как Ethernet cтал основной сетевой технологией, появилось вполне понятное желание сетевого сообщества, по возможности, усилить позиции Ethernet в каждой точке сетевой инфраструктуры. Однако, в ЦОДах до последнего времени Ethernet не являлся единственным протоколом транспортного уровня. Наравне с Ethernet в ЦОД успешно использовались FibreChannel, SCSI и Infiniband. Это представляло проблему для руководителей ЦОДов, желавших консолидировать и распределить нагрузку между меньшим количеством серверов (посредством виртуализации). Однако, эти серверы могли не иметь подходящего порта или сетевого адаптера для связи с «внешним миром». Решением этой проблемы стало внедрение архитектуры «Unified Fabric”. В такой архитектуре обработка данных выполняется на сервере обычным для исходной технологии образом (т.е. например FiberChannel). Однако, перед тем как быть переданными по сети, данные «вставляются» в Ethernet-пакеты и затем декодируются обратно на приемной стороне. |
Виртуализация Поддержка виртуальных сетей будет продолжать стимулировать инвестиции в сети передачи данных ЦОД. Одна из основных задач, стоящих перед руководителями ЦОДов, это проектирование новой сети, которая поддерживает доступность будущих приложений на виртуализированных системах x86. Виртуализация серверов создает проблемы для сетевых администраторов, т.к. виртуальные машины имеют тенденцию администрироваться через платформы и программные инструменты управления серверами. Это создает «слепое пятно» для команды системных администраторов и затрудняет эффективную диагностику и решение проблем, связанных с виртуальными серверами. Этот недостаток «наглядности» создает трудности системным администраторам в понимании структуры трафика данных и создании политик вокруг виртуальных машин. Кроме того, для подъема на следующую «ступеньку» в виртуализации ИТ, сеть должна быть «активным участником» в политиках для виртуальных машин и уровней предоставляемых сервисов. Источник: IDC, Worldwide Datacenter Network 2010-2015 Forecast and Analysis, Doc #226224, December
| |
Такое решение создает ряд преимуществ при эксплуатации ЦОДа:
| ||
| Ethernet делает возможным виртуализацию и объединение вычислительных ресурсов в единую архитектуру под названием «unified fabric”. Она получила свое название благодаря очень плотному соединению сетевых узлов, которое, если смотреть с большого расстояния, напоминает переплетение нитей в ткани (на англ. «fabric»). Термин "fabric" или "Unified Fabric" становятся более известными благодаря компании Cisco, продвигающей свою концепцию "unified data center fabrics". Одним из основных преимуществ архитектуры "Unified Fabric" является, то что она делает возможным параллельную обработку огромного объема данных плюс обладает очень большим и «крепко-связанным» адресным пространством. Это обеспечивает возможность решать задачи с большим объемом вычислений, (т.е. с предоставлением сервисов «облачных» вычислений), а также масштабировать и динамически реконфигурировать вычислительные ресурсы. Технология виртуализации становится господствующей тенденцией в ЦОДах. Динамическое изменение нагрузки, обусловленное перемещением виртуальных серверов среди «физических» серверов, вынуждает каждое соединение ввода/ вывода виртуального сервера или СХД справляться с еще большим потоком данных, как в части полезной вычислительной нагрузки, так и для связи с внешними устройствами, находящимися в том же ресурсном сегменте ЦОДа. Это приводит к увеличению скорости передачи данных по кабельным соединениям внутри одной серверной стойки и между стойками. Вследствие этого, архитектура Unified Fabric нуждается в достаточно высокой пропускной способности. Именно поэтому архитектура Data Center Unified Fabric расчитана на 10 Gigabit Ethernet. | Unified Fabric Diagram | |
| Т.к. Ethernet является основой для архитектуры Unified Fabric, продажи коммутаторов Ethernet растут за счет замещения коммутаторов Fiber channel. Согласно данным IDC, продажи коммутаторов Layer 2/3 Ethernet, Layer 4-7 Ethernet и коммутаторов InfiniBand демонстрируют серьезный рост, тогда как продажи коммутаторов Fiber Channel снижаются на 2,3% CAGR относительно того же периода времени. Топология Top-of-rack, подразумевающая установку коммутаторов в каждую серверную стойку и агрегацию серверных подключений внутри стойки, широко применяется последние несколько лет. Впервые эта топология была применена в больших ЦОДах. Данная топология предполагает использование соединительных кабелей нового типа - Direct Attach Cable (кабели для межаппаратных соединений с непосредственным подключением к портам активного оборудования). Компания TE Connectivity разработала эти кабели, чтобы поддержать распространение виртуализации в ЦОД.Одной из основных сложностей, которую виртуализация представляет для ИТ-отделов, является отслеживание динамического перемещения виртуальных серверов между физическими серверами в виртуализированной среде ЦОДа.Приведенный график (источник IDC: 2011) наглядно демонстрирует разрыв между количеством инсталлированных виртуальных и физических серверов в ближайшей перспективе. Существует большая потребность в инструментах, способных помочь ИТ-отделам справиться с т.н. «пробелом в управлении виртуализацией» (Virtualization Management Gap). |
Унифицированные сети (Unified Networks) Эволюция архитектуры приложений также приводит к изменению модели трафика данных в ЦОД. Это происходит из-за растущего доверия к серверам, физическим или виртуальным, действующим в одной Fabric-архитектуре. Таким образом вместо модели передачи данных от единственного сервера к конечному пользователю, вы получаете поток данных между многочисленными серверами и СХД, до того, как эти данные будут направлены конечному пользователю. Для сети, миграция к конвергированной инфраструктуре означает, что сеть должна переходить на Ethernet c архитектурой «unified network fabric». Архитектура «unified fabric» обеспечивает возможность ускоренной установки, перемещения и изменения как физических, так и виртуальных серверов, для более простого реагирования на изменения потребностей бизнеса. Также она разработана для обеспечения большей масштабируемости для всего ЦОДа. В дополнение к вышесказанному, эта архитектура обеспечивает преимущества в части виртуализации серверов и интерфейсов ввода/ вывода. Она привносит большую масштабируемость и «интеллект» в сеть передачи данных и распространяет эти преимущества на серверы, СХД и сетевые соединения. Источник: IDC, Worldwide Datacenter Network 2010-2015 Forecast and Analysis, Doc #226224, December 2010 | |
| | ||
Важно отметить, что посредством использования передовых программных гипервизоров (отвечающих за перемещение виртуальных серверов), и обладая актуальными данными о физическом уровне сети, можно помочь ИТ-отделам визуализировать физические соединения с хост-серверами и запущенными на них виртуальными серверами. Такая возможность является очень важной в ЦОДах и становится актуальной и в офисных сетях, т.к. многие ИТ-руководител не уверены в том, что обладают достаточным практическим опытом для обеспечения эффективного управления миграцией в «мир виртуализации» своими силами.Развитие этой ситуация будет только убыстряться по мере распространения виртуализации персональных компьютеров в офисных компьютерных сетях.
|
Конвергированные инфраструктуры Для создания динамичного ЦОД с возможностью виртуализации, организации переходят на архитектуры, где серверы, СХД и другое сетевое оборудование «настроено» под конвергированную инфраструктуру. Согласно определению IDC, в конвергированной инфраструктуре сервер, СХД и сетевые ресурсы воспринимаются как объединенные резервы, которые назначаются бизнес-сервисам по мере необходимости. Согласно исследованию, проведенному IDC, основными преимуществами, которые организации получают от внедрения конвергированной инфраструктуры, являются: сокращение расходов, упрощения управления, улучшение доступности, увеличение гибкости и эффективности использования ресурсов. Источник: IDC, Worldwide Datacenter Network 2010-2015 Forecast and Analysis, Doc #226224, December 2010
| |
| 10 выводов о технологии виртуализации
| ||