Podpořil: Projektové sdružení: www.efficient-datacenter.eu Modul 5 Síťové prvky a síťová zařízení Verze 1.0 6. října 2011.

Prezentace na téma: "Podpořil: Projektové sdružení: www.efficient-datacenter.eu Modul 5 Síťové prvky a síťová zařízení Verze 1.0 6. října 2011."— Transkript prezentace:

1 Podpořil: Projektové sdružení: www.efficient-datacenter.eu Modul 5 Síťové prvky a síťová zařízení Verze 1.0 6. října 2011

2 Podpořil: 2 www.efficient-datacenter.eu Technický a provozní rámec Sítová zařízení a spotřeba energie Základní architektura sítě a prvky

3 Podpořil: 3 www.efficient-datacenter.eu Současná situace Síťová zařízení a spotřeba energie Sítě v datovém centru: Zodpovídají za cca 8 až 12 % elektrické spotřeby IT Běžně se používají delší dobu beze změn (4–7 let) Jsou potenciálním úzkým hrdlem celkového výkonu a energetické účinnosti Architektura a topologie Virtualizace a konfigurace Komponenty a kabeláž Zdroj napájení a UPS Chlazení a průtok vzduchu Monitoring a řízení Serverovna / Datové centrum Zařízení Síť Infrastruktura Síť Datové úložiště Server

4 Podpořil: 4 www.efficient-datacenter.eu Vlastnosti sítě Požadavky zákazníka či klienta Základní parametry výkonu: Velká šířka pásma, nízká latence (výběr síťové technologie) Škálovatelnost a přizpůsobivost na změny (architektura sítě a síťový management) Pružnost při podpoře různých služeb (konsolidace, zděděné požadavky) Bezpečnost (její význam roste a ovlivňuje režijní výkony a náklady) Vysoká dostupnost a redundance (požadavky na kvalitu služby – QoS) Řiditelnost a průhlednost (toto hledisko podporují virtualizační řešení) Dlouhodobá životnost Optimalizace nákladů (snížení CAPEX a OPEX)

5 Podpořil: 5 www.efficient-datacenter.eu Technická úroveňSpotřeba energie Cíl zlepšení / Záměr inovace: Najít vyrovnaný stav vysoká nízká Hledání rovnováhy mezi technickou vyspělostí a spotřebou energie Serverovna / Datové centrum Zařízení Síť Infrastruktura Síť Datové úložiště Server

6 Podpořil: 6 www.efficient-datacenter.eu Sítě v datovém centru Funkční model Routery Jádro Agregace Přístup

7 Podpořil: 7 www.efficient-datacenter.eu Sítě v datovém centru Základní architektura sítě a prvky Routery Jádro Agregace Přístup

8 Podpořil: 8 www.efficient-datacenter.eu Energetická spotřeba sítě Aspekty ovlivňující energetickou spotřebu sítě: Architektura sítě (technologie, počet vrstev, vlastnosti) Topologie sítě (včetně topologie kabeláže a switchů) Parametry zařízení (prvky, funkce a konfigurace) Virtualizace, adaptabilní řízení podle velikosti zátěže (vhodné standardy, protokoly)

9 Podpořil: 9 www.efficient-datacenter.eu Strategie pro zlepšení a cíle Tři hlavní cíle zlepšení jsou: 1.Snížení počtu fyzických prvků (počtu zařízení) 2.Snížení spotřeby energie zařízeními 3.Optimalizace systému na úrovni IT rozvaděče a sálu

10 Podpořil: 10 www.efficient-datacenter.eu Strategie pro zlepšení a cíle Snížení počtu fyzických prvků (počtu zařízení)

11 Podpořil: 11 www.efficient-datacenter.eu Snížení počtu fyzických prvků 1.Snížení počtu fyzických prvků (počtu zařízení): Konsolidace routerů, switchů, portů (virtualizace, multifunkční služby) Méně síťových vrstev díky technologiím s IP adresováním (např. optické kanály přes Ethernet, FCoE) Vytvoření jednotné (unifikované) struktury sítě Rozvinutí nejnovější širokopásmové technologie (10/40Gbit/s) Routery Jádro Agregace Přístup Routery Jádro Agre- gace Přístup

12 Podpořil: 12 www.efficient-datacenter.eu Virtualizace sítě Virtualizace systému včetně sítě znamená: Virtuální router (software s funkcionalitou směrování, vícenásobné systémy nebo 1 skutečný stroj) Virtuální spoje (logické propojení virtuálních routerů) Virtuální sítě (Virtuální routery propojené virtuálními spoji) Výhody virtualizace sítě Správa všech rozhraní je pružnější Snížené pořizovací náklady díky použití softwaru Vyšší výkon aplikací díky jednoduššímu rozšiřování a alokaci služeb Možné snížení spotřeby energie díky konsolidaci zařízení

13 Podpořil: 13 www.efficient-datacenter.eu Virtualizace sítě Nejlepší praxe Virtualizace sítě kombinovaná s konsolidací Routery: Snížení počtu fyzických routerů o více než 50% Snížení spotřeby energie až o 60% Firewally: Centralizované firewally založené na logické struktuře sítě snižují energetickou spotřebu související s firewally až o 60% Klasické prostředí nedůvěryhodná síť Centralizovaný Firewall s virtuálními stroji nedůvěryhodná síť VM

14 Podpořil: 14 www.efficient-datacenter.eu Konsolidace na úrovni zařízení Slučování tříd provozu Implementace širokopásmové/vysokorychlostní technologie a konvergovaných síťových adapterů (CNA) vede ke: Snížení počtu síťových zařízení, kabeláže a bran Snížení celkové spotřeby elektrické energie

15 Podpořil: 15 www.efficient-datacenter.eu Počáteční situace: Dvě samostatné sítě se specifickým hardwarem (různá technologie switchů) Zlepšení: Jednotná síťová technologie (založená na IP) se sníženým počtem HW zařízení (switchů) Konsolidace LAN a SAN Unifikovaný protokol Routery Jádro Agregace Přístup

16 Podpořil: 16 www.efficient-datacenter.eu Počáteční situace: Klasický SAN (FC nebo IB) Odhození paketů možné Velký rezervní výkon  nízká účinnost přenosu Bezeztrátová síť Malý rezervní výkon  vysoká účinnost přenosu Aplikace (ztrátový) Ethernet

17 Podpořil: 17 www.efficient-datacenter.eu Možnost zlepšení: Konsolidace sítí (na základě IP) Přenosy založené na IP (Ethernet) Nově včetně bezeztrátového Ethernetu ! Aplikace Bezeztrátový Ethernet FCoE (FC přes Ethernet) (ztrátový) Ethernet

18 Podpořil: 18 www.efficient-datacenter.eu Plně konsolidovaná síťová architektura Routery Jádro Agregace Přístup

19 Podpořil: 19 www.efficient-datacenter.eu Strategie pro zlepšení a cíle Snížení spotřeby elektrické energie zařízeními

20 Podpořil: 20 www.efficient-datacenter.eu Spotřeba energie zařízeními 2.Snížení spotřeby elektrické energie zařízeními: Průměrná spotřeba energie (Mooreův zákon) Správa napájení (zatím není k dispozici) Napájecí zdroje (účinnost, redundance) Pasivní a aktivní chlazení (měděné chladiče, variabilní rychlost ventilátorů)

21 Podpořil: 21 www.efficient-datacenter.eu  Pozitivní vlivy vysoké dynamiky technologického vývoje  mikro- a nanotechnologie (Moore), komunikační technika (Shannon), …  Avšak také: vysoké náklady a technologické mezery  potřeba rozhraní (AVT/MST), cenné (vzácné) suroviny… Cestovní mapa polovodičové techniky Mooreův zákon Velikost propojení (atomy)

22 Podpořil: 22 www.efficient-datacenter.eu 3Com Switch 4800G 48-Port 3Com Switch 4800G 24-Port 2x uplink a 1x transceiver 10G XFP Porovnání výkonnostních profilů switchů 3Com, typ 4800G 24 a 48 portů Výběr zařízení Topologie switchů a vhodné dimenzování Příkon (W) Počáteční náběh Běh naprázdno bez spojení Běh naprázdno se spojením Zátěž 70% Zátěž 100% Uplink moduly

23 Podpořil: 23 www.efficient-datacenter.eu Vlastnosti:   8 W na jedno rozhraní 10GE,   Energeticky úsporné řešení pro 10GE   Zlepšete účinnost chlazení použitím redundantních ventilátorů s variabilní rychlostí, které automaticky upraví svoji rychlost podle aktuálních podmínek. Odkrytí informací Nákup zařízení (Energetická účinnost) Juniper Switch-EX4500 Zdroj: Juniper 2011 KONFIGURACEPŘÍKON

24 Podpořil: 24 www.efficient-datacenter.eu Účinnost napájecích zdrojů   Počáteční situace: –Většina napájecích zdrojů v síťových zařízeních pracuje s účinností nižší než 80% –Napájecí zdroje s účinností 90% již existují   Požadavky Energy Star a 80 Plus –Energy Star pro napájecí zdroje serverů stanoví, že účinnost má být více než 80% –Program 80 Plus stanoví vyšší požadavky –Doporučuje se 80 Plus Gold/Plantinum   Přínosy –Snížená spotřeba energie –Nižší intenzita chlazení –Nižší celkové náklady na vlastnictví (TCO) Zdroj: Cisco 2011 % nominální zátěže

25 Podpořil: 25 www.efficient-datacenter.eu Správa napájení Energeticky účinný Ethernet  Vypínání transceiverů Ethernetu (PHY) v časových intervalech s nízkým tokem dat  Pro transceivery 1000BASE-T a 10GBASE-T byly definovány nové úsporné režimy běhu naprázdno (LPI, low power idle modes)  Klíčové vlastnosti jsou:  Povolení vypnutí transmiterů (zařízení pro obousměrný provoz, obsahují vysílač i přijímač) a tří ze čtyř přijímačů  Zahrnují obnovovací cyklus  Definice pohotovostního signálu (alert) pro rychlé probuzení  V současnosti není k dispozici pro síťová zařízení datových center

26 Podpořil: 26 www.efficient-datacenter.eu Nejlepší praxe Porovnání účinnosti síťových zařízení Zdroj: (Lippis 2011) lepší

27 Podpořil: 27 www.efficient-datacenter.eu Strategie pro zlepšení a cíle Optimalizace systému na úrovni IT rozvaděče a sálu

28 Podpořil: 28 www.efficient-datacenter.eu Optimalizace systému na úrovni IT rozvaděče a sálu 3.Optimalizace systému na úrovni IT rozvaděče a sálu: Topologie switchů – nahoře v rozvaděči (ToR), na konci řady (EoR) Správná kabeláž (proudění vzduchu, typy kabelů, rozhraní) Umístění v rozvaděči (koncepce chlazení) Virtualizace a řízení

29 Podpořil: 29 www.efficient-datacenter.eu Umístění switchů na konci řady (EoR) Využití zdrojů velké množství kabeláže Suboptimální využití topologie End-of-Row Optimální využití EoR switchů dobrá škálovatelnost a flexibilita

30 Podpořil: 30 www.efficient-datacenter.eu Umístění switchů v rozvaděčích (ToR) Využití zdrojů Optimální využití topologie Top-of-Rack Suboptimální využití ToR switchů Všechny porty využity Jednoduchá kabeláž Suboptimální konfigurace serverů Nevyužité porty

31 Podpořil: 31 www.efficient-datacenter.eu Umístění switchů nahoře v rozvaděči (ToR) Výhoda a nevýhoda   Top-of-Rack (ToR): každý rozvaděč má dedikovaný switch;   Výhoda: Decentralizovaný switching pro hustá serverová prostředí (konsolidace vstupů/výstupů), který snižuje intenzitu kabeláže. Kratší délky kabelů mezi serverem a switchem zlepšují přenosovou rychlost a snižují energetickou náročnost tohoto přenosu;   Nevýhoda: Je-li ToR použito v méně hustém výpočetním prostředí (je-li méně serverů v IT rozvaděči), pak je systém naddimenzovaný. Energetická účinnost takového systému je nízká z důvodu nižšího než optimálního využití dostupných portů.

32 Podpořil: 32 www.efficient-datacenter.eu Správně vedená kabeláž Zlepšete proudění vzduchu a chlazení

33 Podpořil: 33 www.efficient-datacenter.eu Metalická kabeláž Měděná kroucená dvojlinka: Nižší cena v porovnání s optickým kabelem Omezený rozsah: například praktická vzdálenost pro 10GE je kolem 10m Nižší příkon: například 10GE se zástrčkami malého formátu (SFP) má jen 0,1W (při délce 10m) Měděný kabel 10GbE (PHY) dnes typicky spotřebuje 10W na port Méně mechanicky pevný: například během instalace se kabel může snáze zlomit (promáčknout) oproti optickému kabelu

34 Podpořil: 34 www.efficient-datacenter.eu Optická kabeláž Optická vlákna: Vysoké počáteční investice: aktivní prvky (fotonika) Vyšší výkonnost: rychlost, šířka pásma na dlouhé vzdálenosti (300m) Spotřeba energie: optický port 10GbE spotřebuje 1-2W Velmi mechanicky pevný: je však třeba vzít v úvahu izolaci, poloměr ohybu, síťová zařízení Použitelný pro páteřní přepínací vrstvu, zatímco metalická kabeláž zůstane primární volbou pro připojení serverů ke switchům umístěným v horních pozicích IT rozvaděčů.

35 Podpořil: 35 www.efficient-datacenter.eu Kabeláž Porovnání optické a metalické trasy Médium 10 GbEOptika (SR/LRM)Měď (Base-T) Spotřeba energie (fyzická vrstva + adaptér) 1 - 3 Watty14 - 17 Wattů Vzdálenost300 metrů100 metrů Budoucí rychlost přenosu dat 40 - 100 Gb/s10 Gb/s Hustota na IT rozvaděč3224 Hustota kabeláže10%100%

36 Podpořil: 36 www.efficient-datacenter.eu Inovace / Zlepšovací proces

37 Podpořil: 37 www.efficient-datacenter.eu Inovace krok za krokem Kroky: Stanovení cílů (pro citlivé, konvergované a inteligentní zlepšení) Plánování architektury sítě (technologií) Pořízení účinných zařízení (správa napájení) Rozvinutí a správné vedení kabeláže (vliv na proudění vzduchu a chlazení) Vyvažování zátěže a virtualizace

38 Podpořil: 38 www.efficient-datacenter.eu Inovace Stanovení cílů Úkoly: Měření/Monitoring konkrétní spotřeby energie (výchozí podmínka): Jednotlivé prvky Poměrné/Individuální tepelné a technické parametry (průtok vzduchu, teplota, rychlost ventilátoru) Definice cílových hodnot: Energetická účinnost (cílového TEER nebo ECR) Správa napájení (není zatím k dispozici, dlouhodobý cíl) Prahová teplota (například nastavení limitů v souladu s ASHRAE) TEER = Telecommunications Energy Efficiency Ratio ECR = Energy Consumption Rating

39 Podpořil: 39 www.efficient-datacenter.eu Inovace Plánování architektury sítě Úkoly: Definice seznamu cílových parametrů pro: Technickou úroveň (velmi důležitá je součinnost se zděděnou technologií) Energetická úspornost (eko-parametry) Promítnout tyto výkonnostní parametry do technických specifikací zaměřených na výběr vhodných zařízení: V tomto bodě se musí učinit rozhodnutí o základní síťové technologii pro jednotlivé sítě (SAN, LAN, Access) Typ / počet síťových portů Datová propustnost Funkcionalita a přídavné služby (virtualizace a řízení)

40 Podpořil: 40 www.efficient-datacenter.eu Inovace Nákup energeticky účinných zařízení Úkoly: Podrobná prohlídka trhu podle zjištěných specifikací Veřejné pokyny pro pořizování (Fraunhofer CC LAN) Konzultace Vyžádejte si výsledky testů orientovaných na spotřebu energie / výsledky hodnocení výkonnosti (TEER) Porovnejte nabídky (je tam návod na vyhodnocení/výběr)

41 Podpořil: 41 www.efficient-datacenter.eu Vyhledávejte Příklady konkrétní nejlepší praxe (skutečná data/praktické případy) Příklady na snížení množství hardwaru (virtualizace) Správa napájení v síti - pohotovostní režim (standby), úsporný běh naprázdno (low idle) Mimořádná špičková zařízení a postupy (různá optická zařízení, síťové tunelování) Klasifikace/Hodnocení možných zlepšení

42 Podpořil: 42 www.efficient-datacenter.eu Diskuze Otázky související s modulem

43 Podpořil: 43 www.efficient-datacenter.eu Otázky / diskuze související s modulem  Jaké jsou, podle vašeho názoru, hlavní překážky pro vyšší energetickou účinnost síťových prvků a zařízení?  Jaké jsou hlavní aspekty ovlivňující úsporný provoz síťových zařízení?  Jaké jsou tři základní cíle při zlepšování energetické účinnosti síťových zařízení?  Jaká je hlavní výhoda a nevýhoda při používání switchů umístěných v horních pozicích IT rozvaděčů, tj. při topologii switchů ToR?

44 Podpořil: 44 www.efficient-datacenter.eu Další návrhy na čtení Bílé knihy Publikace on-line atd.

45 Podpořil: 45 www.efficient-datacenter.eu Další návrhy na čtení  Iniciativa pro klasifikaci energetické spotřeby –www.ecrinitiative.orgwww.ecrinitiative.org  Program společnosti Cisco pro zajištění účinnosti –www.cisco.com/assets/cdc_content_ elements/flash/dataCenter/eapwww.cisco.com/assets/cdc_content_ elements/flash/dataCenter/eap  IBM, Síťová řešení –http://www-03.ibm.com/systems/networking/http://www-03.ibm.com/systems/networking/  Energeticky přiměřené sítě datových center Abts D. a kol. (2010), Sborník prací Mezinárodního sympozia o architektuře počítačů, Saint-Malo –http://static.googleusercontent.com/external_content/untrusted_dlcp/research.go ogle.com/de//pubs/archive/36462.pdfhttp://static.googleusercontent.com/external_content/untrusted_dlcp/research.go ogle.com/de//pubs/archive/36462.pdf

46 Podpořil: 46 www.efficient-datacenter.eu Další návrhy na čtení  Referenční architektura sítě pro vládní datová centra, s využitím vysoce výkonné páteřní sítě pro splnění požadavků kladených na moderní vládní datové centrum, Juniper (2010) –http://www.buynetscreen.com/us /en/local/pdf/reference-architectures/8030004-en.pdfhttp://www.buynetscreen.com/us /en/local/pdf/reference-architectures/8030004-en.pdf  Pružný strom: Spoříme energii v sítích datového centra Heller B. a kol. (2010) –http://www.usenix.org/event/nsdi10/tech/full_papers/heller.pdfhttp://www.usenix.org/event/nsdi10/tech/full_papers/heller.pdf