Сетевые протоколы и основные виды сетей в ЦОД

По определению, сетевыми протоколами называются правила организации обмена данными между различными электронными сетевыми устройствами. Каждому сетевому протоколу ставится в соответствие определенная сетевая технология или их группа. Статистика реализованных проектов и имеющиеся тренды свидетельствуют о том, что доминирующими разновидностями сетей в ЦОД являются Ethernet и FibreChannel в различных модификациях (рис. 1.2). Первая из них обслуживает ЛВС объекта, a FibreChannel предназначен для формирования сети массовой памяти.

Относительные объемы применения различных типов сетевой аппаратуры в ЦОД

Рис. 1.2. Относительные объемы применения различных типов сетевой аппаратуры в ЦОД

(по данным BSRIA)

Под модификацией в данном контексте следует понимать применение различных скоростей передачи информации с сохранением структуры кадров, принципов адресации, используемых процедур коррекции и/или обнаружения ошибок и других аналогичных особенностей. Выполнение этих несложных исходных положений делает переход от одной модификации к другой предельно простым и чрезвычайно привлекательным, с потребительской точки зрения. Более того, при наличии технической возможности и выполнения несложных ограничений открываются широкие перспективы автоматического осуществления операций сопряжения скоростей самой аппаратурой. При этом вмешательства системного администратора, за исключением, может быть, начальной настройки, не требуется.

Фокусной областью применения технологии Ethernet в ЦОД, по крайней мере на первых этапах ее существования как отдельного направления техники проводной связи, считается локальная сеть предприятия. Кроме того, на нее возлагается функция реализации интерфейса подключения к сети доступа, эксплуатируемой телекоммуникационными операторами. Последняя поддерживает его взаимодействие с внешними потребителями в рамках концепции metro Ethernet. Общность технологической платформы в сочетании с функциональными возможностями современной аппаратуры и ПО позволяет выполнять прямое подключение к локальной сети ЦОД тех внешних пользователей, которые обращаются к его услугам непосредственно. Фактически реализуется полностью прозрачная структура со всеми присущими ей преимуществами и достоинствами.

Сеть Fibre Channel носит заметно более специализированный характер. Основным назначением данной разновидности сети является организация высокоскоростного канала связи между серверами и накопителями массовой памяти [i], Спецификационные параметры штатных сетевых интерфейсов данной разновидности 8 случае применения в линейной части одномодовых оптических кабелей дают возможность передавать информацию без переприема по меньшей мере на 10 км. Последнее означает, что сеть Fibre Channel может охватывать несколько территориально разнесенных ЦОД. Данное свойство оказывается весьма полезным в случае выдвижения особых требований в отношении эксплуатационной надежности объекта.

В схематической форме структура внутренней телекоммуникационной части ЦОД классического вида, в основу которой положено применение технологий передачи данных Ethernet и Fibre Channel, изображена на рис. 1.3.

Типичная телекоммуникационная архитектура современного ЦОД

Рис. 1.3. Типичная телекоммуникационная архитектура современного ЦОД

Определенное значение для практики реализации ЦОД имеют также некоторые другие разновидности сетевых протоколов. Они ориентированы на решение задач, характерных для сетей массовой памяти, и распространены заметно меньше. Так, в частности, стандартизованная ANSI еще в 1986 г. технология на основе протокола SCSI (а также его более поздние модификации) дает наилучшие результаты в случае объединения по одной шине различных по своему назначению компьютерных устройств типа сканеров, стримеров, принтеров и т. д. В настоящее время считается устаревшим и вытесняется протоколом SAS. В немалой степени этому способствует то, что серийная аппаратура, реализующая протокол SCSI, существенно уступает по быстродействию Fibre Channel.

Кадр FCoE (Fibre Channel over Ethernet)

Рис. 1.4. Кадр FCoE (Fibre Channel over Ethernet):

EH (Ethernet) - заголовок кадра Ethernet; HFCoE (Header Fibre Channel over Ethernet) - заголовок кадра Fibre Channel over Ethernet; HFC (Header Fibre Channel) - заголовок кадра Fibre Channel; CRC (Cyclic Redancy Check) - контрольная сумма; EOF (End of Frame) - конец кадра;

FCS (Frame Check Summa) - контрольная сумма

Технология Ethernet получила широчайшее распространение во всех областях техники. В сложившихся условиях для формирования физического уровня сети и организации информационного обмена между отдельными сетевыми устройствами привлекаются преимущественно решения стандартов группы IEEE 802.3. Наряду с ними могут быть использованы иные различные принципы, каждому из которых отвечает свой уникальный протокол. Вполне допустима его модификация в той части, которая отвечает за физический уровень. Реализующая их аппаратура не применяются в аппаратном зале ЦОД в первую очередь в силу своего ограниченного быстродействия. Причины сложившегося положения дел могут быть самыми различными. Приведем несколько примеров.

В основу системы радиосвязи положены специальные протоколы, учитывающие открытый характер распространения сигнала. Оборудование, используемое для их формирования, занимает в ИВС офисного назначения вполне определенную и довольно значимую для практики по критерию относительной доли обслуживаемых пользователей нишу. Однако подобные сети не имеют сколько-нибудь существенного значения для ЦОД. Более того, отсутствуют какие-либо перспективы изменения данной ситуации. В основе такого положения дел лежат следующие фундаментальные причины:

  • • высокие скорости, которые необходимы в ЦОД (1 и 10 Гбит/с в настоящее время с перспективой их увеличения до 40 и даже 100 Гбит/с уже на протяжении второго десятилетия нового века), не поддерживаются современными и даже перспективными устройствами беспроводной связи (максимальные скорости в этой области составляют сотни Мбит/с);
  • • открытый характер эфирного канала связи делает крайне затруднительным отход от принципа разделения полосы пропускания, то есть достижения требуемого уровня быстродействия при наличии в информационной системе большого количества сетевых устройств;
  • • выполнение повышенных требований к конфиденциальности хранимой и обрабатываемой информации, характерных для ЦОД, становится весьма не простой процедурой в случае использования для передачи данных открытых каналов радиосвязи.

Отсюда немедленно вытекает, что технические средства радиосвязи в части передачи различных видов информации используются на территории ЦОД для решения преимущественно вспомогательных задач. Потенциальной областью их применения в качестве основы для транспорта данных может рассматриваться исключительно офисная часть ЦОД.

В системах связи по силовой проводке основным ограничивающим фактором являются очень высокий и плохо контролируемый уровень помех в линейной части. Кроме того, линейная часть такой сети изобилует большим количеством неоднородностей, несущественных на частоте 50 Гц, но весьма заметных при частотах даже в десятки мегагерц. В результате быстродействие интерфейсов указанной разновидности ограничено значением в десятки Мбит/с при максимальной дальности связи не свыше 50 м, что совершено не отвечает требованиям ЦОД.

Сети PON в вариантах GPON, GePON и lOGePON обеспечивают существенно более высокую дальность действия, но используют разделяемую полосу, что отрицательно сказывается на пропускной способности отдельного канала связи даже при средней нагрузке на интерфейс. Для ЦОД, значение ряда важных параметров которого растет при увеличении нагрузки, это оказывается совершенно неприемлемым. Кроме того, такие сети из-за применения в линейной части древовидной топологии обладают эксплуатационной надежностью, не отвечающей требованиям ЦОД из-за сложностей организации резервирования.

Системы открытой атмосферной оптической связи построены на протокольно прозрачном оборудовании и поэтому по быстродействию не уступают кабельным волоконно-оптическим системам. Однако неудовлетворительные массогабаритные показатели приемопередающей части и чрезмерная для массовой эксплуатации чувствительность к качеству выполнения юстировки закрывают им путь в аппаратный зал.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >