Гибкая инфраструктура для миграции ЦОДа

В ЦОДах требуется поддерживать все большие скорости передачи данных в рамках заданной структуры расходов. Как результат, операторы ЦОДов сталкиваются с множеством проблем при подготовке к миграции на оборудование следующего поколения для удовлетворения растущих потребностей вслед за стремительным распространением смартфонов и других мобильных устройств, генерирующих огромные объемы трафика данных. Преобладающие сегодня 10-гигабитные интерфейсы Ethernet заменяются портами 40 и 100 Гбит/с. Более того, IEEE уже инициировала разработку стандарта Ethernet на 400 Гбит/с. Как операторам ЦОДов обеспечить такие скорости передачи данных без полной замены оборудования?

Для поддержки больших скоростей передачи данных и более высокой плотности портов оборудование следующего поколения должно отвечать жестким требованиям к бюджетам оптических потерь и обладать большей энергоэффективностью. Сможет ли ЦОД соответствовать все возростающим требованиям без изменения существующей архитектуры? Для упрощения развертывания нового оборудования в будущем необходимо уже сегодня внедрять более гибкую и менее сложную архитектуру.

Нахождение наилучшего решения невозможно без понимания грядущих вызовов и согласия на определенные компромиссы. Каждый сервер, коммутатор, маршрутизатор и систему хранения понадобится, вполне возможно, рассматривать отдельно. Принятие информированных решений и понимание архитектурных особенностей обеспечат более быструю, простую и экономичную миграцию на оборудование следующего поколения.

В ПОИСКЕ БАЛАНСА

Планирование ЦОДа — это постоянный поиск баланса между требованиями к скорости и дальности передачи данных, а также к гибкости, причем последнее условие является ключевым фактором. Большая гибкость обеспечивает более простой переход к 40, 100 и даже 400 Гбит/с.

Как ожидается, в течение ближайших четырех-пяти лет большинство серверов будут переведены с соединений 10 Gigabit Ethernet на 40 Гбит/с (и частично 100 Гбит/с), а через 10 лет, возможно, и на 400 Гбит/с. Модернизация от 10 GbE к 40 и 100 GbE может быть обеспечена за счет применения 24-волоконных соединительных кабелей MPO со сниженными оптическими потерями. Кроме того, последующую миграцию на оборудование с более высокими скоростями передачи данных необходимо держать в уме при выборе оптических кроссов, панелей и кабеленесущих систем.

Сегодня в ЦОДах чаще всего используется многомодовое оптическое волокно, обеспечивающее разумный баланс между производительностью, плотностью и стоимостью. Однако для обеспечения более высоких скоростей или большей дальности передачи применяются и одномодовые волокна, которые целесообразно прокладывать между точкой ввода и главным кроссовым помещением (Main Distribution Area, MDA), а также между этажами в проектах мегаЦОДов. Поэтому у проектировщиков возникает вопрос: в каком месте следует организовать переход с многомодового на одномодовое волокно, чтобы найти золотую середину между стоимостью и расстоянием? При дальнейшем увеличении скорости или дальности передачи, возможно, потребуется перейти на другую среду передачи.

Например, имеющиеся стандарты определяют линии до 100 м, 150 м и 10 км. Но даже в крупных ЦОДах протяженность большинства линий не превышает 500 м, что создает потенциальный спрос на продукты и стандарты для маломощной одномодовой оптики для расстояний до 2 км. Пока нет стандартов ни для 500 м, ни для 2 км, а с «зазором» от 150 м до 10 км бюджет оптической мощности может быть избыточным. Стандарты для одномодовых линий длиной 500 м или 2 км позволят снизить затраты, энергопотребление и тепловыделение в сравнении с традиционными одномодовыми линиями, рассчитанными на дальность передачи 10 км.

Чтобы спроектированная инфраструктура ЦОДа была максимально гибкой, необходимо рассмотреть множество факторов. Например, нужно ли проектировать каждую из линий, длина которых превышает 150 м? Если таких линий много, следует ли сразу переходить на одномодовую инфраструктуру? При наличии планов перехода на одномодовое волокно насколько долго стоит использовать многомодовую инфраструктуру, чтобы получить выгоду от низких амортизационных отчислений и уменьшить стоимость активного оборудования?

Многое зависит от представлений владельца ЦОДа об изменениях в технологиях, стандартах и стоимости. Хотя проектные решения определяются бюджетом и оценками перспектив дальнейшего развития, в любом случае полезно предусмотреть максимально гибкую физическую инфраструктуру в рамках заданного бюджета, характеристик объекта и текущих потребностей.

ВОПРОСЫ ПЛАНИРОВАНИЯ

В ходе планирования модернизации ЦОДа необходимо дать ответы на следующие вопросы:

• Какие скорости передачи данных нужны?
• Какова длина прокладываемых линий?
• Какое монтажное пространство доступно?
• Насколько важна гибкость?

Ключевой момент — обеспечение для магистральной подсистемы более высокой пропускной способности, чем потребуется серверам в ближайшие два года. При достаточной гибкости подсистемы миграцию можно безболезненно осуществить в обозримом будущем благодаря созданной инфраструктуре.

Рис. 1. Путь миграции 10/40/100 Гбит/с при наличии гибкой инфраструктуры

На рис. 1 показан типичный путь миграции 10/40/100 Гбит/с для гибкой инфраструктуры, в рамках которой могут быть реализованы прогнозируемые сценарии изменений. Если гибкость предусматривается изначально, это может принести впоследствии значительную выгоду, поскольку никто не в состоянии точно предсказать, что ждет впереди. Несомненно, в какой-то момент большинству ЦОДов (в особенности провайдерам облачных сервисов и операторам мегаЦОДов) потребуются более высокая плотность портов и значительные скорости передачи данных, вплоть до 400 Гбит/с.

Рис. 2. Сравнение одномодовых и многомодовых линий по длинам и поддерживаемым скоростям передачи данных

На рис. 2 представлено сравнение одномодовых и многомодовых линий с точки зрения допустимых длин и поддерживаемых скоростей передачи данных. Дальность является решающим фактором при определении того, какой вид волокна будет использоваться в ЦОДе — можно ли и дальше обходиться многомодовым или следует перейти на одномодовое. Многомодовая инфраструктура проще, дешевле и проверена временем. Конечно, если протяженность соединений между большинством портов превышает 150 м, для увеличения скорости передачи данных в будущем нужна одномодовая инфраструктура, но чем дольше станут использоваться многомодовые линии, тем выгоднее это окажется в плане амортизации и ввиду вероятного удешевления одномодового оборудования.

Несмотря на то что для поддержки 400 Gigabit Ethernet наверняка будет использоваться одномодовое волокно, многие аспекты 400GbE до конца не определены. Один из возможных подходов — реализация 16 линий по 25 Гбит/с каждая, хотя проектирование, развертывание и поддержка такого решения могут оказаться непростым делом. Другой вариант — 8 линий по 50 Гбит/с каждая, что осуществить значительно проще. Помехи становятся серьезной проблемой при большем количестве соединений, поэтому для объединительных плат сетевого оборудования разрабатываются специальные решения с низким уровнем шума.

Большинство операторов сегментируют ЦОД, размещая оборудование сети хранения данных в одной области, а коммутаторы и серверы — в другой. В течение жизненного цикла ЦОДа изменения сред передачи в обеих областях станут происходить, скорее всего, в разное время. Будет ли сеть перестраиваться сразу по одному интерфейсу, устройству, шкафу, ряду или залу? Независимо от выбранного кванта изменений, ключевую роль играет планирование, а наилучший подход — обеспечение наибольшей гибкости в рамках имеющегося бюджета.

Плотность является еще одним элементом «пазла» миграции. Полоса пропускания сама по себе влияет на плотность. Например, для достижения большей плотности портов один порт 40 Gigabit Ethernet может быть сконфигурирован как четыре работающих параллельно порта 10 Гбит/с, а порт 100 Gigabit Ethernet — как 10 параллельных портов 10 Гбит/с. Это лишь опция, но она может повлиять на капитальные и операционные расходы в расчете на один порт.

Многие сети ЦОДов переводятся на архитектуру коммутирующей матрицы (fabric), которая существенно увеличивает требования к гибкости соединений. Эта миграция окажет существенное влияние на то, как будет конфигурироваться ЦОД. Например, замена оборудования в одной зоне всегда потребует соответствующих изменений в другой.

Важно обеспечивать гибкость в тех областях ЦОДа, где происходят перемещения, добавления и изменения и где влияние на миграцию будет наибольшим. Например, если со временем потребуется миграция на одномодовые линии, кроссы и оптические панели должны поддерживать как многомодовые, так и одномодовые соединения за счет модульности.

ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ

Необходимость достижения более высокой скорости уступает только потребности в большей энергоэффективности. Многие ЦОДы расходуют столько энергии, сколько необходимо для освещения небольшого города. Каждая модернизация с целью поддержки большей скорости передачи данных предполагает подключение дополнительной мощности. Побочным результатом энергопотребления является тепловыделение. Для сокращения первого разрабатываются оптические излучатели малой мощности. Снижение потребления даже на несколько ваттов на каждый излучатель приводит к заметной экономии энергии при большом числе маломощных излучателей.

По прогнозам IEEE802.org, количество портов коммутаторов будет удваиваться каждые полтора года, а плотность портов серверов — каждые два года. Поэтому откладывать переход на волоконную оптику с более высокими скоростями передачи данных совсем не выгодно. По сравнению с существующими решениями новейшие оптические излучатели на 25 Гбит/с потребляют энергии на 60% меньше, что может дать существенную экономию на системном уровне. Кроме того, каждый ватт сбереженной энергии позволяет дополнительно снизить эксплуатационные расходы на поддержание инфраструктуры.

Производители активного оборудования ускоренно внедряют оптику на уровне как ввода-вывода, так и внутренних соединений. Основной задачей применительно к вводу-выводу является достижение необходимой плотности для реализации скоростей передачи данных следующего поколения. Кроме того, решение должно быть сбалансированным — одновременно обеспечивать минимально возможную потребляемую мощность и минимальную стоимость в расчете на порт. Поскольку в оборудовании много внешних портов, здесь фактор стоимости намного важнее, чем в случае внутреннего соединения. Все чаще волоконная оптика предоставляет наилучшее сочетание производительности и стоимости как для внешних портов, так и для внутренних соединений в активном оборудовании.

Другим ключевым фактором снижения операционных расходов ЦОДов в условиях повышения требований к пропускной способности и скорости обработки данных является плотность. Каждая единица площади ЦОДа имеет соответствующую стоимость, поэтому необходимо получить максимальную выгоду от каждого юнита вертикального пространства шкафа. Высокоплотные решения для кроссов дают множество преимуществ за счет увеличения количества соединений на единицу площади. Терминирование максимально возможного числа соединений между сетевым оборудованием на малой площади чрезвычайно важно, особенно в многопользовательских ЦОДах.

По сравнению с существующими многоволоконными системами, разрабатываемые 64-волоконные кабельные сборки способны увеличить плотность на 33%, а срок службы оборудования — в 10 раз. Эти инновации помогут быстрее выполнять инсталляцию, упростят управление и обслуживание. Нельзя недооценивать и кабельные органайзеры, ведь плотность кабелей увеличивается в каждом шкафу, коридоре и в ЦОДе в целом.

ДИВНЫЙ НОВЫЙ МИР

Количество пользователей смартфонов и других мобильных устройств стремительно растет. Эти беспроводные устройства стимулируют социальные коммуникации, повышают эффективность экономической деятельности и улучшают качество жизни. Но порождаемые ими огромные объемы трафика вынуждают операторов адаптировать свои ЦОДы к новым условиям.

В результате увеличивается число центров обработки данных и появляется необходимость в постоянной миграции на технологии нового поколения. Операторы ЦОДов должны справляться со все более сложными задачами, для чего им необходимы решения, обеспечивающие требуемую гибкость при внесении изменений и адаптации. Единственный способ поддержания устойчивого развития ЦОДа состоит в достижении более высоких скоростей экономически эффективным образом, управляемом росте и контроле за энергопотреблением.

Очень важно, чтобы ваша сеть была достаточно гибкой для адаптации к структуре организации, к текущим и будущим требованиям бизнеса, а возникающие при этом технические риски наилучшим образом соотносились бы с финансовыми возможностями. В достижении этих целей ЦОДы опираются на предложения производителей оборудования и компонентов, а также на их помощь по внедрению инновационных технологий и перестройке архитектуры с целью поиска наиболее эффективных путей миграции на следующее поколение оборудования. Гибкие инфраструктурные решения гарантируют реализацию «гладкой» миграции ЦОДа.

Кевин Ресслер — директор Global Application Engineering в компании TE Connectivity. С ним можно связаться по адресу: kevin.ressler@te.com.