Определяющие характеристики технологии QFabric


Прадип Синду, основатель и технический директор Juniper Networks

Hits: 21335

В статье рассказывается о сетевой технологии с коммутацией пакетов, которая была разработана для создания высокоэффективных, экономичных, динамичных и легко управляемых центров обработки данных различных размеров с использованием стандартных готовых компонентов. Эти компоненты подключаются к QFabric через открытые стандартные сетевые интерфейсы, такие как Ethernet и Fiber Channel.

Основные преимущества

QFabric позволяет повысить производительность центров обработки данных намного быстрее, чем путем повышения производительности отдельных инфраструктурных элементов (например, закон Мура для микропроцессоров). Эту усовершенствованную способность технологии QFabric повышать производительность центров обработки данных в определенном временном промежутке мы называем «экспоненциальным масштабированием».

В целом, технология QFabric объединяет в себе две базовых функции:

1. Возможность обрабатывать вычислительные ресурсы, ресурсы хранения данных, сервисы и сетевые ресурсы в ЦОД как полностью равнозначные пулы, которые можно динамично и быстро фрагментировать, причем инфраструктурные и программные компоненты не обязаны иметь подробные сведения друг о друге. Это ключ к простоте, эффективности и безопасности центра обработки данных.

2. Возможность подключать ресурсы друг к другу с очень высокой скоростью обмена данными без ограничений на подключение, кроме фиксированной пропускной способности интерфейса и малого времени ожидания при передаче данных. Это ключ к высокой производительности, а также к дальнейшему повышению эффективности работы.

Технологию QFabric можно представить как круг с количеством идентичных интерфейсов N, к которому могут подключаться серверы, устройства хранения данных, сервисы или сетевые устройства. Символ круга был выбран, чтобы показать то, что все интерфейсы QFabric имеют одинаковое время ожидания и работают с каналами приема-передачи данных с равной пропускной способностью. Одинаковые показатели времени ожидания означают, что внутренняя сеть QFabric кажется пользователям одноуровневой, без иерархических связей. Количество интерфейсов N называют масштабом технологии QFabric.

Сравнение с концепцией идеальной инфраструктуры

Мы определяем идеальную инфраструктуру как технологию, которая имеет фиксированную пропускную способность интерфейса, но не ограниченную внутреннюю пропускную способность и нулевое время ожидания между интерфейсами. Как будет видно из дальнейшего описания характеристик, технология QFabric очень близка к определению "идеальная инфраструктура". Другими словами, технология QFabric позволяет использовать весь потенциал соединения с учетом ограничений физического характера.

Основные характеристики

Технология QFabric обладает фундаментальным свойством масштабируемости, которое определяется как способность сохранять набор основных характеристик по мере увеличения малых значений N до больших N. Эти основные характеристики описаны ниже:

1. Отсутствие ограничений на подключения между устройствами и однородное распределение ресурсов без блокирования: это способность набора интерфейсов отправлять пакеты на любой другой набор или получать пакеты с любого другого набора без ограничений и предварительного планирования. В частности, это включает способность приспосабливаться к быстрым изменениям в скорости передачи данных, количестве активных отправителей и количестве активных получателей. Во всех случаях вся полоса пропускания целевого интерфейса одинаково распределяется между всеми одновременно работающими интерфейсами в каждый момент времени и непрерывно, включая особые случаи, когда один интерфейс отправляет данные только на один интерфейс; данное равномерное распределение называется "справедливым". Наконец, единственное явное ограничение связано с ограниченной пропускной способностью интерфейсов ввода и вывода данных, причем задержка на интерфейсах вывода данных не влияет на интерфейсы ввода данных, которые отправляют данные на незагруженные интерфейсы; данное отсутствие зависимости называется "без блокирования".

2. Короткий период ожидания: Технология QFabric характеризуется задержкой в 2 микросекунды в процессе передачи данных между интерфейсами при малых нагрузках, возрастающей максимум до 10 микросекунд. Задержка также может увеличиваться в зависимости от объемов трафика. Технология QFabric обеспечивает очень низкий уровень задержек пакетов.

3. Предотвращение потерь пакетов в случае их скопления: когда скорость поступления пакетов превышает скорость их выхода, QFabric дает указание ресурсу, присылающему пакеты (например, серверу или виртуальной машине), замедлиться настолько, чтобы скорость получения пакетов соответствовала скорости отправки. Данное регулирование потока данных выполняется быстро и непрерывно, что позволяет уравнять скорость получения и отправки данных.

4. Линейное масштабирование стоимости и мощности: Стоимость и энергопотребление QFabric возрастают линейно в зависимости от количества интерфейсов N. Это резко отличается от традиционных подходов, в рамках которых затраты и мощность возрастают не линейно, а намного быстрее.

5. Поддержка виртуальных сетей и сервисов: QFabric внедряет виртуальные сети уровня 2 и уровня 3, чтобы поддержать несколько устройств, на каждом из которых запущены многоуровневые приложения. Сложные требования к безопасности и сервисам поддерживаются благодаря добавлению возможности обработки данных на уровнях 4–7 на любом этапе работы приложения. Поддерживается полная мобильность виртуальных машин при переподключении от любого интерфейса к любому интерфейсу. Поддержка виртуальных сетей не ведет к ухудшению каких-либо других характеристик

6. Модульная распределенная реализация, которая характеризуется высокой надежностью и масштабируемостью: Технология QFabric строится на базе набора модульных аппаратных и программных компонентов, которые распределяются и интегрируются таким образом, чтобы обеспечить высокий уровень резервирования. Модульная реализация должна допускать увеличение или уменьшение количества интерфейсов во время работы системы; это свойство мы называем "динамической масштабируемостью".

7. Единое логическое устройство: несмотря на распределенную реализацию, QFabric функционирует как единое логическое устройство с коммутацией пакетов: сложность его распределенной реализации скрывается, причем удается сохранить такие необходимые свойства, как высокая надежность или динамическая масштабируемость.

Почему эти характеристики важны

Перечисленные характеристики дают возможность перехода на другой уровень в области сетевых технологий, используемых при построении центров обработки данных. Это основной способ обеспечения экспоненциальной масштабируемости центров обработки данных в следующем десятилетии.

Важность масштабируемости

Масштабируемость — это фундаментальная характеристика технологии QFabric. Она важна по двум причинам:

  • Экономические факторы: масштабирование — это обязательное условие для обеспечения большей экономичности в центрах обработки данных. Небольшие центры обработки данных не могут быть такими же эффективными, как крупные ЦОД. Существует принцип пула, согласно которому когда P фрагментов ресурса одинакового размера объединяются в один пул, необходимо меньше элементов ресурса, чтобы обеспечить тот же самый уровень обслуживания. Конечно, чтобы использовать преимущества пулов, необходимо иметь возможность делать ресурсы полностью взаимозаменяемыми.
  • Производительность: для большинства приложений производительность набора объединенных вычислительных элементов одного крупного центра обработки данных значительно выше, чем совокупная производительность этих же элементов, если они распределены среди нескольких меньших центров обработки данных. Такая разница в производительности связана с меньшим временем ожидания и большей пропускной способностью при обмене данными между процессорами в рамках единого центра обработки данных.

 

Важность возможности взаимного подключения между любыми устройствами с равномерным распределением ресурсов и без блокирования

Данный тип подключаемости критически важен при построении пулов из вычислительных ресурсов и ресурсов хранения данных в рамках центра обработки данных. Без этих функций ресурсы в крупном центре обработки данных будут оставаться изолированными и использоваться недостаточно. Такая "одноуровневая" подключаемость также упрощает написание приложений, так как не нужно учитывать иерархию производительности при обмене данными в рамках центра обработки данных. Это также снимает нагрузку с производственного персонала, так как им уже не нужно учитывать совместимость компонентов приложений, чтобы обеспечить их хорошую производительность.

Важность быстрого отклика

Малое время ожидания, обеспечиваемое технологией QFabric, критически важно при обеспечении высокой производительности, особенно для современных приложений, когда отношение объемов данных к вычислительным ресурсам гораздо выше, чем у предыдущих поколений. Например, время ожидания особенно сильно влияет на работу финансовых приложений. Долгое время ожидания ведет к падению производительности, так как работа приложений приостанавливается в ожидании отклика, который передается через подключение. Чем чаще и длиннее эта пауза, тем ниже производительность.

Важность сохранения пакетов при их скоплении

Возможность не терять пакеты при их скоплении критически важна при передаче значительных объемов трафика между сервером и диском. Большинство приложений настроены таким образом, что операции чтения и записи на диск завершаются успешно с очень высокой долей вероятности. Потеря пакетов из-за их скопления нарушает данный алгоритм и вынуждает приложение обрабатывать потерю пакетов как ошибку, что значительно сокращает производительность в зависимости от относительной частоты событий скопления пакетов. Как отмечено выше, способность QFabric не терять пакеты обеспечивается тем, что при скоплении пакетов не затрагиваются другие интерфейсы, чей трафик не направлен на перегруженные интерфейсы. Данное свойство реализации является ключом к поддержке множества устройств и множества приложений, которые работают на базе одного подключенного устройства.

Важность линейного масштабирования затрат и мощности

Так как для каждого интерфейса требуется определенное оборудование для коммутации данных, легко увидеть, что расходы на инфраструктуру и ее мощность должны возрастать по крайней мере линейно вместе с количеством интерфейсов N. QFabric может обеспечить идеальное линейное масштабирование, что очень важно как с точки зрения капитальных, так и с точки зрения эксплуатационных расходов.

Важность поддержки виртуальных сетей и сервисов

Поддержка виртуальных сетей играет важную роль, так как центры обработки данных включают все больше устройств и предъявляют сложные требования к безопасности, производительности и надежности приложений. Виртуальные сети включают базовые инструменты, которые позволяют фрагментировать ресурсы и в то же время обеспечивают безопасный обмен данными между ними, если это необходимо. Данное абстрагирование ресурсов необходимо для отделения приложений от инфраструктуры.

Важность распределенной модульной реализации

Модульная реализация, когда модули делаются независимыми путем физического или логического разделения, характеризуется двумя важными преимуществами. Во-первых, сбои аппаратного и программного обеспечения не могут привести к сбою всей системы. Во-вторых, можно увеличивать или уменьшать размер системы, в то время как она продолжает работать.

Важность функционирования по принципу единого логического устройства

Эта характеристика важна, так как обеспечивает простейшую возможную сетевую модель с точки зрения администратора центра обработки данных. Она позволяет применять наиболее простые приложения для администрирования и управления.

Заключение

QFabric — это новая революционная сетевая технология, которая была разработана для того, чтобы обеспечить создание крупных центров обработки данных с использованием готовых компонентов для вычислений и хранения данных на базе стандартных отраслевых сетевых интерфейсов. Она позволяет повышать производительность центров обработки данных "экспоненциально", т.е. намного быстрее, чем если бы это делалось исключительно благодаря повышению производительности отдельных элементов для вычислений и хранения данных. Это свойство экспоненциального масштабирования очень важно при построении центров обработки данных, так как оно позволяет делать их не только более мощными, но и более экономичными, динамичными и легче управляемыми.

В целом, технология QFabric объединяет в себе две базовых функции. Во-первых, это возможность обрабатывать вычислительные ресурсы, ресурсы хранения данных, сервисы и сетевые ресурсы в ЦОД как полностью равнозначные пулы, которые можно динамично и быстро фрагментировать, причем инфраструктурные и программные компоненты не обязаны иметь подробные сведения друг о друге; это ключ к простоте, эффективности и безопасности центра обработки данных. Во-вторых, это возможность подключать ресурсы друг к другу с очень высокой скоростью обмена данными и с очень малым временем ожидания, обеспечивая в то же время справедливое распределение ресурсов; это ключ к высокой производительности, а также к дальнейшему повышению эффективности работы.

В данной публикации изложены семь основных характеристик QFabric, которые делают ее уникальной по сравнению со всеми другими сетевыми технологиями, используемыми или предлагаемыми для построения центров обработки данных. Эти характеристики дополняют друг друга и охватывают производительность, затраты, мощность, виртуализацию, безопасность, надежность и модульность. Все эти характеристики позволяют обеспечивать два базовых свойства технологии, упомянутые выше.

QFabric представляет собой переход на другой уровень в сетевых технологиях, которые используются при построении центров обработки данных. Это решение станет ключевым в экспоненциальном масштабировании устройств для высокопроизводительных вычислений и хранения данных в течение следующего десятилетия.

QFabric 3500

 


Комментарии (0):

Добавить комментарий

 
Ваше имя:
Ваш комментарий:
Решите задачку (ответ напишите цифрами):
Девять + Семь =

 
 
 
Наверх