Что такое центр обработки данных

 

 

Эволюция инфраструктуры центра обработки данных

 

Экспоненциальный рост сервисов облачных вычислений и веб -приложений принципиально преобразовал требования к инфраструктуре центра обработки данных. В основе этого преобразования лежит критическая важность межконтактной архитектуры центра обработки данных, которая служит основой для современных распределенных вычислительных систем.

 

Понимание сложностей и ограничений современных архитектурных подходов имеет важное значение для разработки следующих решений-, которые могут соответствовать требовательным требованиям современных цифровых услуг. Поскольку организации все чаще полагаются на Cloud - сервисы, аналитику больших данных и распределенные вычисления, эффективность, масштабируемость и надежность взаимосвязи центров обработки данных стали первостепенными проблемами.

 

 

 

 

Три - реализация топологии уровня

 

В трех - топологических конфигурациях уровня дополнительный слой над уровнем агрегации включает в себя переключатели ядра, которые переключаются на переключатели агрегации через 10 гбит / с или 100 Гбит / с (обычно реализуются как объединенные 10 Гбит / с). Эта иерархическая архитектура межконтакта центра обработки данных дает значительные преимущества с точки зрения масштабируемости и устойчивости к разломам.

 

Например, переключатели TOR обычно подключаются к двум или более переключателям агрегации, обеспечивая избыточные пути, которые повышают общую надежность системы и обеспечивают непрерывную доступность обслуживания даже во время сбоев компонентов.

 

 

Преимущества масштабируемости этого подхода становятся очевидными при изучении математического развития вариантов подключения. Каждый дополнительный уровень экспоненциально увеличивает потенциал для сервера - до - пути связи сервера, позволяя центра обработки данных размещать тысячи серверов при сохранении приемлемых уровней производительности.

 

Характеристики устойчивости к разлову одинаково впечатляют, так как множественные избыточные пути гарантируют, что сбои сети в любой точке не приводят к полному нарушению обслуживания. Эта устойчивость имеет решающее значение для поддержания соглашений об уровне обслуживания (SLA) и обеспечения непрерывности бизнеса для критических приложений.

 

Проблемы энергопотребления и энергоэффективность

 

Несмотря на архитектурные преимущества, современная архитектура взаимосвязанных центров обработки данных сталкивается с значительными проблемами, связанными с энергопотреблением и энергоэффективностью. Основное ограничение связано с существенными требованиями к мощности коммутаторов TOR, переключателей агрегации и основных переключателей в сочетании с обширной кабельной инфраструктурой, необходимой для их взаимосвязи.

 

Высокое потребление мощности этих компонентов переключения в первую очередь происходит от Optical - до - Electrical (OE) и Electrical - до - Optical (EO) трансиверов, а также электрические переключающие ткани, включающие переключатели CrossBar и SRAM {4 at -Suphing Sygrics.

 

 

По мере того, как центры обработки обработки обработки обработки обработки обработки обработки данных для обеспечения растущих рабочих нагрузок, совокупный эффект этих требований к электроэнергии становится существенной оперативной проблемой, как с точки зрения затрат, так и с точки зрения экологической устойчивости. Современные объекты должны сбалансировать требования к производительности с целями в области энергоэффективности, создавая сложные задачи оптимизации для дизайнеров архитектурных центров обработки данных.

 

Проблема энергоэффективности дополнительно усугубляется растущей плотностью серверов и сетевого оборудования в современных центрах обработки данных. Конфигурации более высокой плотности улучшают использование пространства, но генерируют больше тепла, требуя дополнительной инфраструктуры охлаждения, которая потребляет еще большую энергию. Это создает порочный цикл, в котором увеличение вычислительной емкости требует как большей мощности для работы, так и большей мощности для охлаждения.

 

 

Задержка соображения и воздействие на производительность

 

Другое критическое ограничение текущих сетей центров обработки данных включает задержку, введенную через несколько Store - и - перспективных этапов обработки. Когда пакеты данных перемещаются с одного сервера на другой через иерархическую структуру переключателей TOR, переключателей агрегации и основных переключателей, они испытывают значительные задержки в очереди и задержку обработки в каждом промежуточном узле.

 

Совокупный эффект этих задержек может существенно повлиять на производительность приложения, особенно для задержки - чувствительных рабочих нагрузок, таких как Real - Analytics, High - Торговля частотой и интерактивные веб -приложения.

 

Для приложений, требующих микросекунды - времени отклика уровня, эти накопленные задержки могут сделать определенные соглашения уровня обслуживания недостижимыми. По мере того, как все больше приложений движутся в сторону реальной - обработки времени и низких требований - задержки -, например, в финансовых услугах, автономных транспортных средствах и промышленной автоматизации - необходимость снижения задержки в взаимодействиях центров обработки данных становится все более критической.

 

Требования к масштабируемости и возникающие проблемы

 

Поскольку центры обработки данных продолжают расширяться для поддержки новых веб -приложений и услуг облачных вычислений, спрос на более эффективные решения для взаимодействия становится все более срочным. Текущие архитектурные подходы сталкиваются с фундаментальными ограничениями с точки зрения повышения пропускной способности, сокращения задержки и оптимизации энергопотребления.

 

В то время как многочисленные исследователи пытались улучшить возможности полосы пропускной способности для коммутатора товарного переключения -, основанных на основе обработки данных, посредством улучшенных реализаций TCP и улучшенных конструкций Ethernet, общие улучшения остаются ограниченными благодаря существующим технологическим узким местам.

 

Растущий масштаб центров обработки данных требует новых подходов к архитектуре соединения, которые могут справиться с повышенными требованиями полосы пропускания

 

 

Требования к пропускной способности для современных применений продолжают расти по ставкам, которые превышают траектории улучшения традиционных технологий переключения. Рабочие нагрузки машинного обучения, аналитика больших данных и распределенные вычислительные приложения генерируют паттерны трафика, которые подчеркивают традиционные центры центров обработки данных, конструкции архитектуры межконтакта, выходящие за рамки их оптимальных рабочих параметров.

 

Кроме того, увеличение распространенности East - West Traffic (сервер - к - Связь в центре обработки данных) по сравнению с традиционным севером - Южный трафик (клиент - для - Серверной связи) требует архитектурных адаптаций, которые актуальные проекты подходят к эффективности. Этот сдвиг в шаблонах трафика - из преимущественно внешних запросов клиентов к внутренней обработке и синхронизации данных - требует переосмысления того, как сети центров обработки данных структурированы и оптимизированы.

 

Экономические и оперативные соображения

 

С экономической точки зрения общая стоимость владения традиционной архитектурой взаимосвязи центров обработки данных включает не только начальные капитальные затраты на переключение оборудования, но и текущие эксплуатационные расходы, связанные с энергопотреблением, требованиями к охлаждению и накладных расходов на обслуживание.

 

Линейная взаимосвязь между масштабированием производительности и масштабированием затрат создает экономические барьеры, которые ограничивают возможность простого добавления более традиционной возможности переключения для удовлетворения требований к производительности. По мере роста центров обработки данных расходы, связанные с распределением электроэнергии, инфраструктурой охлаждения и физическим пространством, также непропорционально увеличиваются.

 

Операционная сложность также значительно увеличивается по мере масштабов архитектуры соединений в центре обработки данных. Управление сетью, управление конфигурацией и устранение неполадок становятся все более сложными по мере роста количества коммутаторов и взаимосвязи.

 

Административные накладные расходы, связанные с поддержанием постоянных конфигураций в сотнях или тысячах коммутационных устройств, создают эксплуатационные риски и увеличивают вероятность человеческой ошибки. Эта сложность может привести к более длительному простоям во время технического обслуживания, более медленному развертыванию новых услуг и увеличению трудности в выявлении и решении проблем сети.

 

Технологическая эволюция

 

Ограничения текущих подходов к архитектуре центров обработки данных мотивировали обширные исследования альтернативных технологий и архитектурных парадигм. Программное обеспечение - подходы определяли сеть (SDN) предлагают потенциальные решения для снижения сложности конфигурации и повышения эффективности управления сетью.

 

Технологии оптического переключения могут обеспечить пути для снижения энергопотребления при одновременном увеличении возможностей полосы пропускания. Устранение необходимости частых оптических - до - электрических и электрических - до - оптических конференций, эти технологии могут значительно снизить как задержку, так и потребление энергии.

 

 

Новые технологии, такие как кремниевые фотоники, переключение оптической цепи и гибридная оптическая - Электрические архитектуры представляют собой многообещающие направления для следующей - генерального центра обработки данных. Эти технологии предлагают потенциал для устранения фундаментальных ограничений текущих подходов, обеспечивая при этом пути масштабируемости для будущих требований роста.

 

Кроме того, новые сетевые топологии -, такие как сплющенные сети бабочек, сети Dragonfly и конфигурации Hypercube - изучаются в качестве альтернативы традиционным жирам - деревьев. Эти конструкции направлены на снижение количества сетевых хопсов, минимизации задержки и повышения общей эффективности сети для крупных центров обработки данных-.