วิวัฒนาการของเครือข่ายเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูล

ข้อกำหนดทางสถาปัตยกรรมการพิจารณาการออกแบบและเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่การกำหนดโครงสร้างพื้นฐาน DCI ที่ทันสมัย

 

 

การเกิดขึ้นของศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ - ได้เปลี่ยนวิธีการพื้นฐานของเราวิธีการสื่อสารและโครงสร้างพื้นฐานเครือข่าย ในขณะที่องค์กรพึ่งพาทรัพยากรการคำนวณแบบกระจายมากขึ้นเครือข่าย DCI ได้กลายเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในการสร้างความมั่นใจในการเชื่อมต่อที่ราบรื่นระหว่างศูนย์ข้อมูลที่กระจายตัวทางภูมิศาสตร์ การทำความเข้าใจข้อกำหนดทางสถาปัตยกรรมและการพิจารณาการออกแบบสำหรับเครือข่ายเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างโครงสร้างพื้นฐานที่แข็งแกร่งและปรับขนาดได้

 

 

คำถามพื้นฐานแรกในการออกแบบเครือข่ายศูนย์ข้อมูลเกี่ยวข้องกับระดับเป้าหมายของการดำเนินงาน ในขณะที่การประหยัดจากขนาดชี้ให้เห็นว่าศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ให้ประสิทธิภาพด้านต้นทุนที่ดีขึ้นข้อ จำกัด ในทางปฏิบัติเช่นความพร้อมใช้งานพลังงานในสถานที่เฉพาะกำหนดข้อ จำกัด ที่แท้จริง นอกจากนี้เพื่อให้แน่ใจว่าการทนต่อความผิดพลาดและรักษาเวลาแฝงต่ำสำหรับผู้ใช้ทั่วโลกศูนย์ข้อมูลจะต้องกระจายอย่างมีกลยุทธ์ในหลายภูมิภาคทางภูมิศาสตร์ ข้อกำหนดการกระจายนี้ทำให้สถาปัตยกรรมเครือข่าย DCI มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ สำหรับการรักษาการดำเนินงานที่สอดคล้องกันข้ามสิ่งอำนวยความสะดวก

 

การพิจารณาที่สำคัญครั้งที่สองเกี่ยวข้องกับการพิจารณาความสามารถในการคำนวณทั้งหมดและแบนด์วิดท์การสื่อสารที่ต้องการโดยแอปพลิเคชันเป้าหมาย แพลตฟอร์มเครือข่ายสังคมออนไลน์เป็นตัวอย่างของความท้าทายนี้เนื่องจากต้องจัดเก็บและทำซ้ำผู้ใช้ทั้งหมด - เนื้อหาที่สร้างขึ้นในกลุ่มเซิร์ฟเวอร์ โครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายที่สนับสนุนกลายเป็นสิ่งสำคัญยิ่งเนื่องจากคำขอภายนอกแต่ละครั้งอาจต้องมีการเชื่อมต่อแบบขนานกับเซิร์ฟเวอร์หลายร้อยหรือหลายพันเซิร์ฟเวอร์เพื่อตอบสนองคำขออย่างเพียงพอ ในบริบทนี้เครือข่าย DCI ทำหน้าที่เป็นกระดูกสันหลังที่เปิดใช้งานการดำเนินการแบบกระจายเหล่านี้เพื่อทำหน้าที่เป็นระบบแบบครบวงจร

 

คำถามสำคัญที่สามกล่าวถึงระดับที่เซิร์ฟเวอร์แต่ละตัวสามารถมัลติเพล็กซ์ในหลายแอปพลิเคชันและคุณสมบัติ ตัวอย่างเช่นเว็บไซต์พอร์ทัลเช่น Yahoo อาจโฮสต์ผู้ใช้หลายร้อยคน - เผชิญกับบริการส่วนบุคคลควบคู่ไปกับแอปพลิเคชันภายในที่รองรับการประมวลผลข้อมูลแบทช์การสร้างดัชนีการโฆษณาและการดำเนินธุรกิจทั่วไป ความยืดหยุ่นที่จัดทำโดยการใช้งานเครือข่าย DCI ที่ทันสมัยช่วยให้สามารถจัดสรรทรัพยากรแบบไดนามิกในเวิร์กโหลดที่หลากหลายเหล่านี้

 

 

 

รูปที่ 2.1 แสดงสถาปัตยกรรมเครือข่ายศูนย์ข้อมูลทั่วไปโดยใช้วิธีการแบบดั้งเดิม - วิธีการขึ้น ในการกำหนดค่านี้แต่ละชั้นวางมีเซิร์ฟเวอร์หลายสิบตัวที่เชื่อมต่อกับสวิตช์ - ด้านบนของ -} สวิตช์แร็ค (TOR) ผ่านสายทองแดงหรือเส้นใยออพติคอล TOR เหล่านี้สวิตช์เหล่านี้เชื่อมต่อกับสวิตช์เลเยอร์การเข้าถึงผ่านตัวรับส่งสัญญาณแบบออพติคอล เมื่อสวิตช์ TOR แต่ละตัวใช้ Uplinks U เครือข่ายทั้งหมดสามารถรองรับสวิตช์การเข้าถึง U ภายในคลัสเตอร์เดียวเนื่องจากสวิตช์ TOR มักจะเชื่อมต่อแบบขนานกับสวิตช์หลายตัว จำนวนพอร์ต C ของสวิตช์การเข้าถึงแต่ละครั้งจะกำหนดจำนวนสวิตช์ TOR ที่รองรับทั้งหมด

 

 

หากสวิตช์ TOR แต่ละตัวใช้ D Downlinks เพื่อเชื่อมต่อกับโฮสต์ระดับเครือข่ายสำหรับแต่ละคลัสเตอร์สามารถขยายไปยังพอร์ต C × D × U โดยมีอัตราส่วนการบรรจบกันของ D: C ที่ชั้น TOR เมื่อสอง - สถาปัตยกรรมระดับพิสูจน์ว่าไม่เพียงพอ - มักจะถูก จำกัด โดยการสลับชิป radix - เลเยอร์เพิ่มเติมสามารถเพิ่มเข้าไปในโครงสร้างลำดับชั้นเพื่อสร้างเลเยอร์การรวมตัว การขยายตัวนี้มาจากค่าใช้จ่ายของความล่าช้าที่เพิ่มขึ้นและค่าใช้จ่ายในการเชื่อมต่อเครือข่ายภายในที่สูงขึ้น ในการเชื่อมต่อหลาย ๆ คลัสเตอร์ให้เลือกเราเราเตอร์ระดับ - สามตัว (CR) จะถูกปรับใช้โดยทั่วไปที่ด้านบนของผ้าศูนย์ข้อมูล

 

ในสถานการณ์ที่เหมาะสมที่สุด - โครงสร้างเครือข่ายแบบเต็มรูปแบบการเชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์สองตัวใด ๆ ในศูนย์ข้อมูลจะให้แบนด์วิดธ์ที่แตกต่างกันอย่างสมบูรณ์ในขณะที่ทำให้การเขียนโปรแกรมง่ายขึ้นและปรับปรุงประสิทธิภาพการคำนวณเซิร์ฟเวอร์ อย่างไรก็ตามการออกแบบดังกล่าวพิสูจน์ได้ว่ามีราคาแพงอย่างมีความจำเป็นต้องใช้การบรรจบกันในแต่ละชั้น เมื่อระบบไม่สามารถรองรับความต้องการแบนด์วิดท์องค์กรซื้อฮาร์ดแวร์ใหม่ที่มีความสามารถสูงกว่าในการสร้างแกนขนาดใหญ่กว่า - มาตราส่วน - วิธีการขึ้น วิธีการนี้ในขณะที่เหมาะสำหรับศูนย์ข้อมูลขนาดเล็กถึงขนาดกลาง - ต้องใช้การลงทุนล่วงหน้าอย่างมากในฮาร์ดแวร์ความจุสูง - สูง

 

 

 

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาการพัฒนาชิปสลับซิลิคอนและซอฟต์แวร์ของสินค้า- เครื่องบินควบคุมเครือข่ายที่กำหนด (SDN) ได้ปฏิวัติสถาปัตยกรรมศูนย์ข้อมูล มาตราส่วน - Out Model ได้แทนที่มาตราส่วน - วิธีการเป็นรากฐานสำหรับการจัดหา - ขนาดใหญ่ในการคำนวณสเกลและแพลตฟอร์มการจัดเก็บ การเปลี่ยนแปลงนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการวิวัฒนาการของการออกแบบเครือข่าย DCI ทำให้สามารถปรับขนาดและยืดหยุ่นได้อย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน

 

 

รูปที่ 2.2 แสดงให้เห็นถึงสเกล - สถาปัตยกรรมศูนย์ข้อมูลที่กลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม ในการสร้างสเกล - ขนาดใหญ่ไม่ใช่ - การปิดกั้นผ้าเครือข่ายอาร์เรย์ของกลุ่มเล็ก ๆ (PODs) ประกอบด้วยสวิตช์ที่เหมือนกันที่สร้างขึ้นบนชิปสลับสินค้า เลเยอร์การเข้าถึงอาจประกอบด้วยสวิตช์ TOR แบบดั้งเดิมที่ดำเนินการฟังก์ชั่นการสลับเลเยอร์ 2 หรือการรวมตัวที่โปร่งใสของลิงก์เซิร์ฟเวอร์ที่เชื่อมต่อกับสวิตช์รวม เครือข่ายให้แบนด์วิดธ์แบบแบ่งแยกเต็มรูปแบบพร้อมความหลากหลายของเส้นทางที่กว้างขวางทั้งภายในและระหว่างฝัก

 

สเกล - โมเดลเครือข่าย DCI นำมาซึ่งข้อดีมากมายให้กับขนาดใหญ่ - การก่อสร้างศูนย์ข้อมูลสเกล:

 

 

 

 

 

 

 

วิวัฒนาการของเทคโนโลยีเครือข่าย DCI ได้รับแรงผลักดันจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นของคลาวด์คอมพิวติ้งเครือข่ายการส่งเนื้อหาและโครงการการแปลงระบบดิจิตอลขององค์กร การใช้งานที่ทันสมัยใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีออพติคอลขั้นสูงรวมถึงเลนส์ที่เชื่อมโยงกันและการแบ่งความยาวคลื่นมัลติเพล็กซ์ (WDM) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพแบนด์วิดท์ให้สูงสุดในการเชื่อมต่อระยะทางยาว -

 

 

ซอฟต์แวร์ - เครือข่ายที่กำหนดได้ปฏิวัติวิธีการจัดการทรัพยากรเครือข่าย DCI และจัดสรร ด้วยการสรุประนาบควบคุมจากระนาบข้อมูล SDN ช่วยให้การจัดสรรแบนด์วิดท์แบบไดนามิกความล้มเหลวอัตโนมัติและความสามารถทางวิศวกรรมการจราจรที่ซับซ้อน ความก้าวหน้าเหล่านี้ทำให้สามารถใช้งานโครงสร้างพื้นฐานเครือข่าย DCI ด้วยประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน

 

การบูรณาการของปัญญาประดิษฐ์และการเรียนรู้ของเครื่องเข้ากับระบบการจัดการเครือข่าย DCI แสดงให้เห็นถึงพรมแดนต่อไปในวิวัฒนาการเครือข่าย การวิเคราะห์เชิงพยากรณ์สามารถคาดการณ์รูปแบบการรับส่งข้อมูลและปรับการกำหนดค่าเครือข่ายล่วงหน้าเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพ อัลกอริทึมการตรวจจับความผิดปกติสามารถระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นก่อนที่จะส่งผลกระทบต่อการส่งมอบบริการช่วยให้การบำรุงรักษาเชิงรุกและลดเวลาหยุดทำงาน

 

 

 

เทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่หลายแห่งสัญญาว่าจะเปลี่ยนสถาปัตยกรรมเครือข่าย DCI ต่อไป Silicon Photonics นำเสนอศักยภาพในการลดลงอย่างมากในการใช้พลังงานและค่าใช้จ่ายในขณะที่เพิ่มความหนาแน่นของแบนด์วิดท์ เทคโนโลยีเครือข่ายควอนตัมแม้ว่าจะยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาในช่วงต้นในที่สุดอาจเปิดใช้งานการรักษาความปลอดภัยและประสิทธิภาพที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนสำหรับการสื่อสารระหว่างศูนย์ข้อมูลที่สำคัญ -

 

 

 

 

การใช้งานเครือข่าย DCI ที่ประสบความสำเร็จนั้นต้องการความสนใจอย่างรอบคอบกับหลักการออกแบบที่สำคัญหลายประการ สถาปนิกเครือข่ายจะต้องสร้างความสมดุลระหว่างข้อกำหนดการแข่งขันหลายประการรวมถึงแบนด์วิดท์เวลาแฝงความน่าเชื่อถือและค่าใช้จ่าย แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดต่อไปนี้เกิดขึ้นจากประสบการณ์ในอุตสาหกรรม:

 

 ใช้ความซ้ำซ้อนที่ครอบคลุม

เครือข่าย DCI ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญที่เชื่อมต่อศูนย์ข้อมูลหลายแห่งและความล้มเหลวใด ๆ อาจส่งผลกระทบอย่างกว้างขวาง เส้นทางที่ซ้ำซ้อนอุปกรณ์และแม้แต่ผ้าเครือข่ายทั้งหมดช่วยให้มั่นใจได้ว่าการทำงานอย่างต่อเนื่องแม้จะมีส่วนประกอบล้มเหลว

 

ใช้โปรโตคอลมาตรฐาน

ในขณะที่โซลูชันที่เป็นกรรมสิทธิ์อาจเสนอข้อได้เปรียบที่เฉพาะเจาะจง แต่ความยาว - ผลประโยชน์ระยะเวลาของการทำงานร่วมกันและความยืดหยุ่นของผู้ขายมักจะมีน้ำหนักเกิน - การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน มาตรฐาน - การใช้งานเครือข่าย DCI ที่ใช้การแก้ไขปัญหาการบำรุงรักษาและวิวัฒนาการได้ง่ายขึ้น

 

ลงทุนในการตรวจสอบและการวิเคราะห์

ความซับซ้อนของการปรับใช้เครือข่าย DCI ที่ทันสมัยทำให้การกำกับดูแลด้วยตนเองไม่สามารถทำได้ ระบบการตรวจสอบอัตโนมัติจะต้องติดตามตัวชี้วัดหลายพันตัวในเวลา - เวลาที่สัมพันธ์กันเหตุการณ์ที่สัมพันธ์กันในหลายศูนย์ข้อมูลเพื่อระบุและแก้ไขปัญหาได้อย่างรวดเร็ว

 

วางแผนการเติบโต

ความต้องการความจุเครือข่าย DCI มักจะเติบโตเร็วกว่าที่คาดไว้ในขั้นต้น การออกแบบโดยคำนึงถึงการขยายตัวรวมถึงบทบัญญัติสำหรับเส้นทางไฟเบอร์เพิ่มเติมและความสามารถในการสลับช่วยป้องกันการติดตั้งการติดตั้งที่มีราคาแพงตามความต้องการที่เพิ่มขึ้น

 

 

 

ความปลอดภัยแสดงให้เห็นถึงข้อกังวลสำคัญในการออกแบบเครือข่าย DCI และการดำเนินงาน Inter - การสื่อสารศูนย์ข้อมูลมักจะสำรวจเครือข่ายสาธารณะหรือโครงสร้างพื้นฐานที่ใช้ร่วมกันสร้างช่องโหว่ที่อาจเกิดขึ้นซึ่งจะต้องได้รับการแก้ไขผ่านกลยุทธ์ความปลอดภัยที่ครอบคลุม

 

กลยุทธ์การปกป้องข้อมูล

 

การเข้ารหัสข้อมูลระหว่างการขนส่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการปกป้องข้อมูลที่ละเอียดอ่อนขณะที่มันเคลื่อนที่ระหว่างศูนย์ข้อมูล การใช้งานเครือข่าย DCI ที่ทันสมัยมักใช้การเข้ารหัส IPSec หรือ MacSec ที่เลเยอร์เครือข่ายโดยบางองค์กรใช้แอปพลิเคชันเพิ่มเติม - การเข้ารหัสเลเยอร์สำหรับปริมาณงานที่ละเอียดอ่อนโดยเฉพาะ ผลกระทบด้านประสิทธิภาพของการเข้ารหัสจะต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบเนื่องจากอาจส่งผลกระทบต่อความล่าช้าและปริมาณงานอย่างมีนัยสำคัญ

 

 

 

การเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพของเครือข่าย DCI ต้องใช้วิธีการหลายแง่มุมที่อยู่ทั้งด้านเทคนิคและการดำเนินงาน เทคนิควิศวกรรมการจราจรรวมถึงค่าเท่ากับ - ค่าใช้จ่าย Multi - เส้นทาง (ECMP) การกำหนดเส้นทางและอัลกอริทึมการปรับสมดุลโหลดที่ซับซ้อนทำให้มั่นใจได้ว่าการใช้แบนด์วิดท์ที่มีอยู่อย่างมีประสิทธิภาพ นโยบายคุณภาพการบริการ (QoS) จัดลำดับความสำคัญของการรับส่งข้อมูลที่สำคัญรักษาประสิทธิภาพแอปพลิเคชันแม้ในช่วงระยะเวลาของความแออัดของเครือข่าย

 

เทคนิคการเพิ่มประสิทธิภาพ	ประโยชน์หลัก	ความซับซ้อนในการนำไปใช้งาน	กรณีการใช้งานทั่วไป
การกำหนดเส้นทาง ECMP	การใช้แบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้น	ปานกลาง	ทั่วไป - ทราฟฟิกศูนย์ข้อมูลวัตถุประสงค์
คุณภาพบริการ	การจัดการการจราจรจัดลำดับความสำคัญ	สูง	สภาพแวดล้อมเวิร์กโหลดแบบผสมกับแอพพลิเคชั่นที่สำคัญ
แก้ไขข้อผิดพลาดไปข้างหน้า	ปรับปรุงความน่าเชื่อถือมากกว่าลิงก์ที่มีเสียงดัง	ต่ำ	ยาว - การเชื่อมต่อ DCI ลาก
การแคชขอบ	เวลาแฝงและการใช้แบนด์วิดธ์ลดลง	ปานกลาง	เครือข่ายการจัดส่งเนื้อหาสตรีมมิ่งสื่อ
วิศวกรรมการจราจร	การเลือกเส้นทางที่เหมาะสมที่สุด	สูงมาก	ขนาดใหญ่ - มาตราส่วน Multi - การปรับใช้ site dci

 

การเพิ่มประสิทธิภาพเวลาแฝงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมต่อเครือข่าย DCI ซึ่งครอบคลุมระยะทางภูมิศาสตร์ที่สำคัญ ในขณะที่ความเร็วของแสงกำหนดขีด จำกัด พื้นฐานเกี่ยวกับเวลาแฝงขั้นต่ำการตัดสินใจเส้นทางอย่างรอบคอบและการจัดวางเชิงกลยุทธ์ของศูนย์ข้อมูลสามารถลดความล่าช้าที่ไม่จำเป็นได้ บางองค์กรใช้เทคนิคขั้นสูงเช่นการแก้ไขข้อผิดพลาดไปข้างหน้า (FEC) และแพ็คเก็ต - ความซ้ำซ้อนระดับเพื่อรักษาประสิทธิภาพแม้จะมีการสูญเสียแพ็คเก็ตเป็นครั้งคราว

 

การใช้งานเครือข่ายการส่งเนื้อหา (CDNs) และกลยุทธ์การแคชขอบสามารถลดทราฟฟิกเครือข่าย DCI ได้อย่างมากโดยการให้บริการเนื้อหาที่เข้าถึงบ่อยจากสถานที่ใกล้กับผู้ใช้ วิธีการนี้ไม่เพียง แต่ปรับปรุงประสบการณ์ผู้ใช้ แต่ยังช่วยลดความต้องการแบนด์วิดท์บนลิงค์ศูนย์ข้อมูลระหว่าง -