Решение Mellanox на основе 40GbE Ethernet для конвергированной инфраструктуры

Типичная ситуация в ИТ-отделах крупных компаний зачастую выглядит так: огромный парк компьютеров и систем хранения данных, множество разнообразных и разнородных приложений. Все эти ресурсы имеют различную степень изношенности, обслуживаются разными системными администраторами, а необходимость в расширении инфраструктуры хранения данных растет все ускоряющимися темпами. А вместе с ней неуправляемо растут и операционные затраты компании.

Как остановить неконтролируемый рост инфраструктуры предприятия и издержек на ее содержание? Эксперты компании DSCon предлагают эффективное решение.

Немного истории: протокол Ethernet

Еще в середине 90-х годов прошлого века протокол Ethernet стал самой распространённой технологией локальных вычислительных сетей.

Изначально он предназначался для установления связи между компьютерами, размещенными в разных точках Гавайских островов. Первая версия Ethernet базировалась на алгоритме доступа ALOHA.

Дальнейшим совершенствованием протокола занялась компания Xerox — именно ее сотрудники создали систему на основе алгоритма CSMA/CD с быстродействием 2,94 Мбит/c. Окончательно принципы сети Ethernet разработаны в 1976 году Робертом Меткальфом и его ассистентом Дэвидом Боггсом — в то время сотрудниками Xerox.

Выбор длины поля данных был продиктован уровнем ошибок (BER) для технологий, существовавших на момент разработки стандарта Ethernet.

Изначально в качестве среды передачи данных использовался толстый коаксиальный кабель (Z=50 Ом). Подключение к нему осуществлялось через специальные устройства — трансиверы. Для того чтобы сделать продукцию более доступной по цене, со временем начали использовать тонкий коаксиальный кабель, однако за счет этого проблема дороговизны не потеряла своей актуальности.

Новые перспективы перед Ethernet открыла разработка дешевых широкополосных скрученных пар и соответствующих разъемов. Скученные витые пары имели массу преимуществ по сравнению с коаксиальным кабелем:

  • безопасность (вероятность получить болезненные удары тока при подсоединении или отсоединении разъема здесь исключена)
  • возможность работы в дуплексном режиме
  • низкая стоимость
  • более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле
  • уменьшенный минимально допустимый радиус изгиба
  • большая помехозащищенность из-за использования дифференциального сигнала
  • возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов
  • снятие риска “выгорания” системного блока за счет отсутствия гальванической связи (прохождения тока) между узлами сети.

Со временем заслуженную популярность приобрел оптический кабель, позволяющий увеличить длину сегмента без повторителей.

Преимущества и недостатки Ethernet

Для различных типов Ethernet применяются разные схемы кодирования, однако в целом алгоритм доступа и формат кадра остаются неизменными, что гарантирует программную совместимость.

Сегодня Ethernet совместно со своими скоростными версиями Fast Ethernet (FE), Giga Ethernet (GE) и 10GE занимает абсолютно лидирующее положение. Единственный недостаток данной сети заключается в отсутствии гарантии времени доступа к среде (и механизмов, обеспечивающих приоритетное обслуживание). За счет этого сеть становится малоперспективной для решения технологических задач реального времени. Определенные проблемы иногда создает имеющееся ограничение на максимальное поле данных, равное ~1500 байт.

Тем временем требования к полосе пропускания для вычислительных задач и приложений ядра сети растут с разными скоростями, что определяет необходимость стандартов для следующих поколений Ethernet — 40 Gigabit Ethernet (или 40GbE) и 100 Gigabit Ethernet (или 100GbE). На данный момент серверы, высокопроизводительные вычислительные кластеры, блэйд-системы, SAN и NAS используют технологии 1GbE и 10GbE.

Альтернативы Ethernet

Со временем появились альтернативные Ethernet разработки в области коммуникаций — например, Fibre Channel (FC). Эта технология начиналась как стандарт де-факто для SAN.

Основное преимущество технологии Fibre Channel по сравнению с Ethernet заключается в том, что это высокоскоростная, низколатентная сеть с технологией контроля потоков — обработки такого пульсирующего трафика, как ввод-вывод хранения (эта характеристика у Ethernet слабая).

Так или иначе, учитывая скорость развития технологий и разнообразие средств коммутации, со временем возникла острая необходимость унифицировать структуру используемых в центрах обработки данных сетей (ЦОД).

Конвергентные сети

Конвергенция — одна из основных и важнейших тенденций в сфере ИТ, которая позволяет совместно использовать новые и существующие технологии. Конвергентные протоколы, конвергентные сети и конвергентная инфраструктура позволяют реализовать модели адаптивной ИТ в виде легко масштабируемого пула ресурсов, разделяемого многими приложениями и управляемого как сервис.

Ресурсный пул может заключать в себе виртуальные и физические ресурсы: серверные, сетевые, системы хранения данных. Управление подразумевает максимальный уровень унификации и автоматизации процессов:

  • запроса ресурсов
  • выделения и обеспечения производительности
  • планирования наращивания мощностей
  • Причем унификация и автоматизация распространяется как на единичные запросы, так и на весь ресурс в целом.

Потребность в конвергенции при существующем сегодня уровне и темпах развития технологий очевидна. Это легко проиллюстрировать на примере типичной ситуации развития центра обработки данных:

  • прогрессирующее разрастание инфраструктуры: каждое новое приложение требует все новых ресурсов
  • единовременная эксплуатация и систем виртуальных машин, и физических серверов, так как не все приложения можно перенести в виртуальную среду
  • подключение физических серверов к информационным сетям и сетям хранения
  • использование конвергентных сетей
  • необходимость обеспечить надежность и отказоустойчивость
  • необходимость гибко и обоснованно планировать мощность ресурсов
  • высокая сложность в администрировании и обслуживании такой инфраструктуры

Как быть? Каким образом можно избавиться от “зоопарка” технологий, интегрировать серверы, системы хранения данных, сетевые устройства и прочее оборудование в совместно используемые пулы ресурсов?

Решение есть. И ответ заключается в необходимости консолидации I/O, что является одной из основных задач в ИТ-индустрии. Примером возможного решения является законченное решение компании Mellanox на основе 10GbE и 40GbE Ethernet.

Законченное, унифицированное решение компании Mellanox на основе технологии 40GbE

Высокая пропускная способность и низкие задержки — необходимые требования для эффективной работы центров обработки данных. Год за годом возрастают объёмы данных, поэтому современный ЦОД должен обладать высочайшей производительностью и эффективной масштабируемостью, для обеспечения роста бизнес-процессов.

Mellanox — лидирующая компания, разрабатывающая высокопроизводительные решения для центров обработки данных, летом 2011 года представила законченное решение на основе 40GbE. Это решение удовлетворяет запросы самых требовательных приложений, наряду с низкими сквозными (end to end) задержками, позволяя использовать ресурсы ЦОД с более высокой эффективностью и производительностью.

Решения SwitchX и ConnectX помогают решить проблему с расширением инфраструктуры, предлагая простой путь апгрейда с 10GbE на 40GbE. Что позволит значительно увеличить пропускную способность ЦОД.

Благодаря наилучшим показателям производительности и масштабируемости, продукты Mellanox используются в центрах данных компаний из списка Fortune 500 и в самых мощных суперкомпьютерах в мире.

10GbE/40GbE Mellanox’s SwitchX

Технология SX1035, используемая в архитектуре Mellanox’s SwitchX позволяет достичь скорости 2,88 Tb/s в обычном корпусе 1U. Возможность использования 36 портов QSFP на скоростях 10 Gb/s и 40 Gb/s, а также поддержка до 64 портов 10GbE обеспечивают необходимую гибкость при сетевых инсталляциях, при этом энергопотребление составляет типовые 1,3 Вт на каждый порт 10GbE и 2,8 Вт на каждый порт 40GbE. Высокая пропускная способность в совокупности с задержками port-to-port на уровне 230 ns, значительно снижает время отклика приложений.

Высокая производительность SX1035 наряду с гибкостью серверных и uplink-подключений обеспечивает улучшенную эффективность, соответствует требованиям завтрашнего дня и сохраняет возможность выбора между подключениями 10GbE и 40GbE.

ConnectX-3 10/40GbE адаптеры Mellanox

Адаптеры ConnectX-3 10/40GbE с низким энергопотреблением и возможностью ускорения приложений обеспечивают лучшее в индустрии Ethernet решение для конвергированной инфраструктуры. Высокая полоса пропускания нивелирует необходимость в многократном подключении к серверу. ConnectX-3 ускоряет RDMA приложения за счет аппаратного RoCE (RDMA over Converged Ethernet), предоставляя эффективный RDMA transport через Layer 2 Ethernet с задержками менее 1,3 µs. ConnectX-3 также ускоряет socket-based-приложения, обеспечивая задержки на уровне 4 µs и дополнительное ускорение за счет комбинирования с программным обеспечением Mellanox VMA. Производительность и низкое энергопотребление ConnectX-3 EN повышает производительность ЦОД благодаря сокращению эксплуатационных расходов и снижению сетевой сложности.

10GbE/40GbE кабели

Пассивные медные и активные оптические кабели Mellanox-а представляют лучшую в классе производительность и надежность для сетей 10/40GbE. Пассивные медные 10/40GbE-кабели предоставляют рентабельные и энергоэффективные межкоммутаторные соединения для стоечного подключения. Активные оптические кабели и модули разработаны для дистанционных подключений и позволяют соединять крупномасштабные системы. С помощью кабельной продукции компании Mellanox IT-персонал может гибко и эффективно развертывать сетевую инфраструктуру в любых условиях.

Ключевые преимущества решения Mellanox

  •  Высокая плотность и пропускная способность
    • 36 × 40GbE / 64 × 10GbE
    • адаптеры Dual Port 10/40GbE
  • - Гибкое конфигурирование 10/40GbE
    • Динамическое конфигурирование портов между 10 GbE и 40GbE
    • QSFP адаптер управляется как 10 GbE и 40GbE
  • - Низкие задержки
    • Задержки переключения port-to-port — 230 ns при скорости 40GbE
    • Задержка RDMA приложений — менее 1,3 µs
    • Задержка socket-based-приложений — 4 µs
  • - Низкое энергопотребление
    • Mellanox’s SwitchX: 1,3 Вт на один порт 10GbE или 2,8 Вт на один порт 40GbE
    • ConnectX-3 EN: 2,2 Вт на один порт 10GbE или 3,4 Вт на один порт 40GbE

Важно отметить, что для того, чтобы инвестиции в новое решение действительно принесли желаемую экономию, необходимо продуманно подойти к выбору этого решения.

Компания DSCon 10 лет работает на рынке аппаратного и программного обеспечения для построения центров обработки данных и является дистрибутором крупнейших мировых поставщиков. Специалисты компании будут рады предоставить более подробные описания технологии и продуктов Mellanox, а также, по вашему запросу, реализовать законченные решения “под ключ”.

НА ПРАВАХ РЕКЛАМЫ

Другие спецпроекты

Версия для печати (без изображений)