สถาปัตยกรรมเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลคืออะไร

 

 

วิวัฒนาการของโครงสร้างพื้นฐานศูนย์ข้อมูล

 

การเติบโตแบบทวีคูณของบริการคลาวด์คอมพิวติ้งและเว็บแอปพลิเคชันได้เปลี่ยนข้อกำหนดสำหรับโครงสร้างพื้นฐานของศูนย์ข้อมูลโดยพื้นฐาน หัวใจสำคัญของการเปลี่ยนแปลงนี้คือความสำคัญที่สำคัญของสถาปัตยกรรมการเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลซึ่งทำหน้าที่เป็นกระดูกสันหลังสำหรับระบบคอมพิวเตอร์แบบกระจายที่ทันสมัย

 

การทำความเข้าใจความซับซ้อนและข้อ จำกัด ของวิธีการทางสถาปัตยกรรมในปัจจุบันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการพัฒนาโซลูชันการสร้างรุ่นต่อไป - ที่สามารถตอบสนองความต้องการของบริการดิจิทัลร่วมสมัย ในขณะที่องค์กรพึ่งพาบริการบนคลาวด์มากขึ้น - การวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่และการคำนวณแบบกระจายประสิทธิภาพความสามารถในการปรับขนาดและความน่าเชื่อถือของการเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลได้กลายเป็นข้อกังวลที่สำคัญยิ่ง

 

 

 

 

สาม - การใช้ทอพอโลยีระดับ

 

ในสาม - การกำหนดค่าระดับโทโพโลยีระดับชั้นเพิ่มเติมด้านบนระดับการรวมเทียร์รวมสวิตช์หลักที่เชื่อมต่อการรวมการเชื่อมต่อระหว่าง 10 Gbps หรือ 100 Gbps ลิงก์ สถาปัตยกรรมการเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลแบบลำดับชั้นนี้มีข้อได้เปรียบที่สำคัญในแง่ของความสามารถในการปรับขนาดและความทนทานต่อความผิดพลาด

 

ตัวอย่างเช่นสวิตช์ TOR มักจะเชื่อมต่อกับสวิตช์การรวมตัวสองตัวขึ้นไปโดยให้เส้นทางซ้ำซ้อนที่เพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบโดยรวมและให้ความมั่นใจกับความพร้อมใช้งานของบริการอย่างต่อเนื่องแม้ในช่วงความล้มเหลวของส่วนประกอบ

 

 

ประโยชน์ความสามารถในการปรับขนาดของวิธีการนี้ชัดเจนเมื่อตรวจสอบความก้าวหน้าทางคณิตศาสตร์ของตัวเลือกการเชื่อมต่อ แต่ละเทียร์เพิ่มเติมจะเพิ่มศักยภาพสำหรับเซิร์ฟเวอร์ - เป็น - พา ธ การสื่อสารเซิร์ฟเวอร์ทำให้ศูนย์ข้อมูลสามารถรองรับเซิร์ฟเวอร์นับพันในขณะที่รักษาระดับประสิทธิภาพที่ยอมรับได้

 

ลักษณะการทนต่อความผิดพลาดนั้นน่าประทับใจอย่างเท่าเทียมกันเนื่องจากเส้นทางที่ซ้ำซ้อนหลายเส้นทางทำให้มั่นใจได้ว่าความล้มเหลวของเครือข่าย ณ จุดใดจุดหนึ่งไม่ส่งผลให้เกิดการหยุดชะงักของการบริการที่สมบูรณ์ ความยืดหยุ่นนี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรักษาข้อตกลงระดับการบริการ (SLA) และสร้างความมั่นใจในความต่อเนื่องทางธุรกิจสำหรับแอปพลิเคชันที่สำคัญ

 

ความท้าทายการใช้พลังงานและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

 

แม้จะมีข้อได้เปรียบทางสถาปัตยกรรม แต่สถาปัตยกรรมการเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลร่วมสมัยเผชิญกับความท้าทายที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ข้อ จำกัด หลักเกิดจากความต้องการพลังงานที่สำคัญของสวิตช์ TOR สวิตช์การรวมและสวิตช์แกนรวมกับโครงสร้างพื้นฐานการเดินสายที่กว้างขวางที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อโครงข่ายของพวกเขา

 

การใช้พลังงานสูงของส่วนประกอบการสลับเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากแสง - ถึง - ไฟฟ้า (OE) และไฟฟ้า - ถึง - ออปติคัล (EO)

 

 

เมื่อศูนย์ข้อมูลปรับขนาดเพื่อรองรับปริมาณงานที่เพิ่มขึ้นผลกระทบสะสมของข้อกำหนดด้านพลังงานเหล่านี้กลายเป็นปัญหาการดำเนินงานที่สำคัญทั้งจากมุมมองด้านต้นทุนและความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อม สิ่งอำนวยความสะดวกที่ทันสมัยจะต้องสร้างความสมดุลระหว่างความต้องการด้านประสิทธิภาพด้วยเป้าหมายประสิทธิภาพการใช้พลังงานการสร้างความท้าทายในการเพิ่มประสิทธิภาพที่ซับซ้อนสำหรับนักออกแบบสถาปัตยกรรมเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูล

 

ความท้าทายด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงานนั้นประกอบไปด้วยความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นของเซิร์ฟเวอร์และอุปกรณ์เครือข่ายในศูนย์ข้อมูลที่ทันสมัย การกำหนดค่าความหนาแน่นที่สูงขึ้นช่วยปรับปรุงการใช้พื้นที่ แต่สร้างความร้อนมากขึ้นซึ่งต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานการระบายความร้อนเพิ่มเติมซึ่งใช้พลังงานมากขึ้น สิ่งนี้สร้างวัฏจักรอุบาทว์ที่ความสามารถในการคำนวณที่เพิ่มขึ้นนั้นจำเป็นต้องมีทั้งพลังงานมากขึ้นสำหรับการทำงานและพลังงานที่มากขึ้นสำหรับการระบายความร้อน

 

 

การพิจารณาเวลาแฝงและผลกระทบด้านประสิทธิภาพ

 

ข้อ จำกัด ที่สำคัญอีกประการหนึ่งของเครือข่ายศูนย์ข้อมูลปัจจุบันเกี่ยวข้องกับเวลาแฝงที่แนะนำผ่านหลายร้านค้า - และ - ขั้นตอนการประมวลผลไปข้างหน้า เมื่อแพ็คเก็ตข้อมูลเคลื่อนที่จากเซิร์ฟเวอร์หนึ่งไปยังอีกเซิร์ฟเวอร์ผ่านโครงสร้างลำดับชั้นของสวิตช์ TOR สวิตช์การรวมและสวิตช์หลักพวกเขาจะได้รับความล่าช้าในการเข้าคิวอย่างมีนัยสำคัญและการประมวลผลเวลาแฝงที่โหนดกลางแต่ละโหนด

 

ผลสะสมของความล่าช้าเหล่านี้สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของแอปพลิเคชันโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเวลาแฝง - เวิร์กโหลดที่ละเอียดอ่อนเช่นการวิเคราะห์เวลาจริง -} สูง - การซื้อขายความถี่และเว็บแอปพลิเคชันแบบโต้ตอบ

 

สำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการ microsecond - เวลาตอบสนองระดับความล่าช้าที่สะสมเหล่านี้สามารถทำให้ข้อตกลงระดับบริการบางอย่างไม่สามารถทำได้ เมื่อแอปพลิเคชันเพิ่มเติมย้ายไปยังจริง - การประมวลผลเวลาและความต้องการเวลาแฝงต่ำ - - เช่นในบริการทางการเงินยานพาหนะอัตโนมัติและระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม - ความต้องการแฝงที่ลดลง

 

ข้อกำหนดความสามารถในการปรับขนาดและความท้าทายที่เกิดขึ้นใหม่

 

ในขณะที่ศูนย์ข้อมูลยังคงขยายตัวเพื่อรองรับเว็บแอปพลิเคชันที่เกิดขึ้นใหม่และบริการคลาวด์คอมพิวติ้งความต้องการโซลูชันการเชื่อมต่อโครงข่ายที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นจะเพิ่มขึ้นอย่างเร่งด่วน วิธีการทางสถาปัตยกรรมในปัจจุบันต้องเผชิญกับข้อ จำกัด พื้นฐานในแง่ของการปรับปรุงปริมาณงานการลดเวลาแฝงและการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

 

ในขณะที่นักวิจัยจำนวนมากพยายามที่จะเพิ่มขีดความสามารถของแบนด์วิดท์สำหรับสวิตช์สินค้า - การเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลที่ใช้ผ่านการเชื่อมต่อผ่านการปรับปรุงการใช้งาน TCP และการออกแบบอีเธอร์เน็ตที่เพิ่มขึ้นการปรับปรุงโดยรวมยังคงถูก จำกัด โดยคอขวดเทคโนโลยีที่มีอยู่

 

ขนาดที่เพิ่มขึ้นของศูนย์ข้อมูลต้องการวิธีการใหม่ในการเชื่อมต่อสถาปัตยกรรมที่สามารถจัดการกับความต้องการแบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้น

 

 

ข้อกำหนดแบนด์วิดธ์สำหรับการใช้งานที่ทันสมัยยังคงเติบโตในอัตราที่เกินกว่าวิถีการปรับปรุงของเทคโนโลยีการสลับแบบดั้งเดิม เวิร์กโหลดการเรียนรู้ของเครื่องการวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่และแอพพลิเคชั่นการคำนวณแบบกระจายสร้างรูปแบบการรับส่งข้อมูลที่เน้นการออกแบบสถาปัตยกรรมเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลการออกแบบที่เกินกว่าพารามิเตอร์การทำงานที่ดีที่สุด

 

นอกจากนี้ความชุกที่เพิ่มขึ้นของตะวันออก - การรับส่งข้อมูลตะวันตก (เซิร์ฟเวอร์ - ถึง - การสื่อสารเซิร์ฟเวอร์ภายในศูนย์ข้อมูล) กับภาคเหนือแบบดั้งเดิม - การจราจรทางใต้ การเปลี่ยนแปลงในรูปแบบการรับส่งข้อมูล - จากคำขอไคลเอนต์ภายนอกส่วนใหญ่ไปยังการประมวลผลข้อมูลภายในและการซิงโครไนซ์ - ต้องการการคิดใหม่ว่าเครือข่ายศูนย์ข้อมูลมีโครงสร้างและปรับให้เหมาะสมอย่างไร

 

การพิจารณาทางเศรษฐกิจและการดำเนินงาน

 

จากมุมมองทางเศรษฐกิจค่าใช้จ่ายโดยรวมของการเป็นเจ้าของสำหรับสถาปัตยกรรมการเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิมไม่เพียง แต่ไม่เพียง แต่ค่าใช้จ่ายเริ่มต้นสำหรับการสลับอุปกรณ์ แต่ยังรวมถึงค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่เกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานข้อกำหนดการระบายความร้อนและค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา

 

ความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างการปรับขนาดประสิทธิภาพและการปรับขนาดต้นทุนสร้างอุปสรรคทางเศรษฐกิจที่จำกัดความเป็นไปได้ของการเพิ่มความสามารถในการสลับแบบดั้งเดิมมากขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพ เมื่อศูนย์ข้อมูลเติบโตขึ้นค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับการกระจายพลังงานโครงสร้างพื้นฐานการระบายความร้อนและพื้นที่ทางกายภาพยังเพิ่มขึ้นอย่างไม่เป็นสัดส่วน

 

ความซับซ้อนในการดำเนินงานยังเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเครื่องชั่งสถาปัตยกรรมเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูล การจัดการเครือข่ายการจัดการการกำหนดค่าและการแก้ไขปัญหากลายเป็นความท้าทายมากขึ้นเนื่องจากจำนวนสวิตช์และการเชื่อมต่อระหว่างกันเพิ่มขึ้น

 

ค่าใช้จ่ายในการดูแลระบบที่เกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาการกำหนดค่าที่สอดคล้องกันในอุปกรณ์สลับหลายร้อยหรือหลายพันตัวสร้างความเสี่ยงในการปฏิบัติงานและเพิ่มโอกาสในการเกิดข้อผิดพลาดของมนุษย์ ความซับซ้อนนี้สามารถนำไปสู่การหยุดทำงานที่ยาวนานขึ้นในระหว่างการบำรุงรักษาการปรับใช้บริการใหม่ช้าลงและเพิ่มความยากลำบากในการระบุและแก้ไขปัญหาเครือข่าย

 

วิวัฒนาการเทคโนโลยี

 

ข้อ จำกัด ของแนวทางสถาปัตยกรรมเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลในปัจจุบันได้กระตุ้นการวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับเทคโนโลยีทางเลือกและกระบวนทัศน์ทางสถาปัตยกรรม ซอฟต์แวร์ - วิธีการที่กำหนดเครือข่าย (SDN) นำเสนอโซลูชั่นที่เป็นไปได้สำหรับการลดความซับซ้อนของการกำหนดค่าและปรับปรุงประสิทธิภาพการจัดการเครือข่าย

 

เทคโนโลยีการสลับแบบออพติคอลอาจเป็นเส้นทางสำหรับการลดการใช้พลังงานในขณะที่เพิ่มความสามารถแบนด์วิดท์ โดยการขจัดความจำเป็นในการใช้แสงบ่อย ๆ - ถึง - ไฟฟ้าและไฟฟ้า - ถึง - การแปลงแบบออปติคัลเทคโนโลยีเหล่านี้สามารถลดทั้งเวลาแฝงและการใช้พลังงานได้อย่างมีนัยสำคัญ

 

 

เทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่เช่น silicon photonics, การสลับวงจรออปติคัลและออปติคัลไฮบริด - สถาปัตยกรรมไฟฟ้าเป็นตัวแทนของทิศทางที่มีแนวโน้มสำหรับ - สถาปัตยกรรมการเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูล เทคโนโลยีเหล่านี้นำเสนอศักยภาพในการจัดการกับข้อ จำกัด พื้นฐานของวิธีการในปัจจุบันในขณะที่ให้เส้นทางความสามารถในการปรับขนาดสำหรับข้อกำหนดการเติบโตในอนาคต

 

นอกจากนี้ทอพอโลยีเครือข่ายนวนิยาย - เช่นเครือข่ายผีเสื้อแบนเครือข่าย Dragonfly และการกำหนดค่า HyperCube - กำลังถูกสำรวจว่าเป็นทางเลือกสำหรับไขมันแบบดั้งเดิม - สถาปัตยกรรมต้นไม้ การออกแบบเหล่านี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อลดจำนวนฮ็อปเครือข่ายลดเวลาแฝงและปรับปรุงประสิทธิภาพเครือข่ายโดยรวมสำหรับศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ -