ข้อกำหนดของสวิตช์เครือข่ายใดบ้างที่มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับศูนย์ข้อมูลที่ต้องการแบนด์วิดท์สูงและหน่วงเวลาต่ำ

การเลือกที่เหมาะสม สวิตช์ศูนย์ข้อมูล เป็นหนึ่งในการตัดสินใจด้านโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญที่สุดที่วิศวกรเครือข่ายหรือผู้จัดการไอทีสามารถดำเนินการได้ ในสภาพแวดล้อมที่มีแบนด์วิดท์สูงและเวลาแฝงต่ำ การเลือกสเปกของสวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่ไม่เหมาะสมอาจก่อให้เกิดคอขวด เพิ่มอัตราการสูญเสียแพ็กเก็ต และทำลายข้อตกลงระดับบริการ (SLA) การเข้าใจว่าสเปกใดบ้างที่มีความสำคัญจริงๆ จะช่วยให้องค์กรลงทุนอย่างชาญฉลาด และสร้างเครือข่ายที่สามารถปรับขนาดได้อย่างเชื่อถือได้แม้ภายใต้แรงกดดัน

สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่ออกแบบมาเพื่อรองรับภาระงานที่หนักหนาจำเป็นต้องให้ความสามารถในการส่งผ่านข้อมูลอย่างสม่ำเสมอ เวลาแฝงในการส่งต่อ (forwarding delay) ต่ำสุด และความจุของบัฟเฟอร์ที่ลึกพอสมควร ไม่ว่าคุณจะกำลังออกแบบโครงสร้างแบบ spine-leaf fabric ชั้นโครงสร้างพื้นฐานแบบไฮเปอร์คอนเวอร์เจนซ์ (hyperconverged infrastructure) หรือเครือข่ายสำหรับการซื้อขายความถี่สูง (high-frequency trading network) สวิตช์ศูนย์ข้อมูลแต่ละตัวที่คุณเลือกต้องผ่านเกณฑ์ประสิทธิภาพที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำบทความนี้จะอธิบายสเปกที่สำคัญที่สุดที่ควรประเมินก่อนนำสวิตช์ศูนย์ข้อมูลไปใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีแบนด์วิดท์สูงและเวลาแฝงต่ำ

สเปกความสามารถในการส่งผ่านข้อมูลและความหนาแน่นของพอร์ต

ความสามารถในการสลับข้อมูล (Switching Capacity) และอัตราการส่งต่อ (Forwarding Rate)

ความสามารถในการสลับสัญญาณ (Switching Capacity) ของสวิตช์ศูนย์ข้อมูล หมายถึง แบนด์วิดท์รวมทั้งหมดที่อุปกรณ์สามารถจัดการได้พร้อมกันผ่านพอร์ตทั้งหมด โดยวัดเป็นเทราบิตต่อวินาที (Tbps) ซึ่งความสามารถในการสลับสัญญาณนี้กำหนดว่า สวิตช์ศูนย์ข้อมูลนั้นจะสามารถรองรับปริมาณการรับส่งข้อมูลรวมจากเซิร์ฟเวอร์ความเร็วสูงหลายสิบเครื่องได้โดยไม่เกิดภาวะคับคั่งหรือไม่ หากสวิตช์ศูนย์ข้อมูลมีความสามารถในการสลับสัญญาณไม่เพียงพอ จะทำให้เกิดการสูญเสียแพ็กเก็ตในช่วงโหลดสูงสุด ซึ่งถือว่าไม่ยอมรับได้ในแอปพลิเคชันที่ไวต่อความหน่วง เช่น การวิเคราะห์แบบเรียลไทม์ หรือระบบการเงิน

อัตราการส่งต่อ (Forwarding Rate) ซึ่งแสดงเป็นล้านแพ็กเก็ตต่อวินาที มีความสำคัญไม่แพ้กัน สวิตช์ศูนย์ข้อมูลต้องสามารถส่งต่อแพ็กเก็ตได้ที่อัตราเต็ม (line rate) ผ่านพอร์ตที่ใช้งานทั้งหมด เพื่อหลีกเลี่ยงความหน่วงที่เกิดจากความล่าช้าในการจัดคิว เมื่อประเมินสวิตช์ศูนย์ข้อมูล ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าอัตราการส่งต่อนั้นรองรับประสิทธิภาพแบบไวร์สปีด (wire-speed performance) ทั้งสำหรับเฟรมขนาด 64 ไบต์ และ 1518 ไบต์ เนื่องจากการส่งต่อแพ็กเก็ตขนาดเล็กจะทดสอบสมรรถนะของชิป ASIC สำหรับการสลับสัญญาณอย่างเข้มข้นกว่าเฟรมขนาดใหญ่

ความเร็วและจำนวนพอร์ต

การติดตั้งสวิตช์ศูนย์ข้อมูลรุ่นใหม่โดยทั่วไปมักต้องการความเร็วพอร์ต 25GbE, 100GbE หรือ 400GbE เพื่อรองรับการเชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์และอัปลิงก์ที่มีแบนด์วิดท์สูง สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่มีความหนาแน่นของพอร์ตสูงจะลดจำนวนสวิตช์ที่จำเป็นในโครงสร้างเครือข่าย (fabric) ซึ่งช่วยให้การเดินสายเคเบิลเรียบง่ายขึ้นและลดต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO) ความหนาแน่นของพอร์ตส่งผลโดยตรงต่อจำนวนเซิร์ฟเวอร์หรือสวิตช์ระดับท็อปออฟแร็ก (top-of-rack) ที่สวิตช์ศูนย์ข้อมูลตัวเดียวสามารถให้บริการได้ โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มฮาร์ดแวร์รวมสัญญาณ (aggregation hardware) เพิ่มเติม

สำหรับการติดตั้งในเลเยอร์สไปน์ (spine-layer) สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่มีพอร์ตอัปลิงก์แบบ 100GbE หรือ 400GbE หลายพอร์ตจะให้แบนด์วิดท์รวมที่จำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดภาวะโอเวอร์ซับสคริปชัน (oversubscription) อัตราส่วนโอเวอร์ซับสคริปชันของสวิตช์ศูนย์ข้อมูลควรจับคู่อย่างรอบคอบกับโปรไฟล์การจราจรจริงของภาระงาน เนื่องจากสวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่มีอัตราส่วนโอเวอร์ซับสคริปชันสูงอาจให้ประสิทธิภาพต่ำเมื่อจัดการทราฟฟิกแบบอีสต์-เวสต์ (east-west traffic) ในสภาพแวดล้อมที่ใช้เทคโนโลยีเสมือน (virtualized) หรือคอนเทนเนอร์ (containerized)

ความหน่วงเวลาและสถาปัตยกรรมบัฟเฟอร์

การสลับแบบคัต-ทรู (Cut-Through) เทียบกับการสลับแบบสโตร์แอนด์ฟอร์เวิร์ด (Store-and-Forward)

ความล่าช้า (Latency) อาจถือเป็นข้อกำหนดที่ได้รับการตรวจสอบอย่างเข้มงวดที่สุดของสวิตช์ศูนย์ข้อมูลใดๆ ที่ใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการด้านเวลาอย่างเข้มงวด สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่ทำงานในโหมด cut-through จะเริ่มส่งเฟรมต่อไปก่อนที่จะรับเฟรมนั้นครบถ้วน ทำให้ลดความล่าช้าลงเหลือเพียงไม่กี่ร้อยนาโนวินาที ในทางกลับกัน โหมด store-and-forward ของสวิตช์ศูนย์ข้อมูลจะอ่านเฟรมทั้งหมดก่อนจึงจะส่งต่อ ซึ่งเพิ่มความล่าช้าเป็นไมโครวินาทีแต่สามารถตรวจสอบข้อผิดพลาดได้อย่างสมบูรณ์ สำหรับภาระงานที่ต้องการความล่าช้าต่ำ การเลือกสวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่รองรับการสลับแบบ cut-through จึงเป็นข้อได้เปรียบที่ใช้งานได้จริง

ควรวัดความล่าช้าในการส่งต่อ (forwarding latency) ของสวิตช์ศูนย์ข้อมูลภายใต้สภาวะโหลดเต็ม ไม่ใช่เพียงจากการทดสอบในภาวะไม่มีภาระงาน (idle benchmarks) เท่านั้น สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่ให้ความล่าช้าต่ำเมื่อใช้งานที่ระดับ 10% แต่ประสิทธิภาพลดลงอย่างมากเมื่อใช้งานที่ระดับ 80% หรือ 90% จะไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนด SLA ได้ในช่วงเวลาที่มีปริมาณการจราจรสูงสุด ดังนั้น จึงควรขอข้อมูลการวัดความล่าช้าต่อพอร์ตจากผู้ผลิตสวิตช์ศูนย์ข้อมูล ภายใต้สภาวะการจราจรที่หลากหลาย

ขนาดของบัฟเฟอร์และการจัดการปริมาณข้อมูล

สถาปัตยกรรมของบัฟเฟอร์กำหนดวิธีที่สวิตช์ศูนย์ข้อมูลจัดการกับปริมาณข้อมูลที่พุ่งสูงขึ้นอย่างฉับพลันโดยไม่ทิ้งแพ็กเก็ต ซึ่งสวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่มีบัฟเฟอร์ตื้นอาจให้ค่าความหน่วงเฉลี่ยต่ำมาก แต่จะทิ้งแพ็กเก็ตในช่วงไมโครเบิร์สต์ (microbursts) ซึ่งมักเกิดขึ้นในรูปแบบการจราจรที่มีแบนด์วิดท์สูง เช่น การจราจรจากระบบจัดเก็บข้อมูลหรือการประมวลผลประสิทธิภาพสูง (HPC) ในขณะที่การออกแบบสวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่มีบัฟเฟอร์ลึกจะยอมเสียค่าความหน่วงเฉลี่ยเพียงเล็กน้อย เพื่อดูดซับภาวะการแออัดชั่วคราวและป้องกันเหตุการณ์การทิ้งแพ็กเก็ตแบบท้ายคิว (tail-drop)

คุณสมบัติคุณภาพการให้บริการ (QoS) บนสวิตช์ศูนย์ข้อมูลช่วยให้สามารถจัดลำดับความสำคัญของปริมาณข้อมูลได้ เพื่อให้กระแสข้อมูลที่ไวต่อความหน่วงได้รับการส่งผ่านอย่างมีสิทธิพิเศษ สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่รองรับการจัดคิวแบบเวทเท็ดรอบโรบิน (weighted round-robin) หรือการจัดคิวแบบลำดับความสำคัญสูงสุด (strict-priority queuing) จะมอบการควบคุมแบบละเอียดแก่ผู้ดูแลระบบในการจัดการกับคลาสการจราจรที่แตกต่างกัน การประเมินความลึกและความยืดหยุ่นของคุณสมบัติ QoS บนสวิตช์ศูนย์ข้อมูลจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเมื่อเครือข่ายต้องรับส่งปริมาณข้อมูลที่หลากหลายพร้อมกัน เช่น การจราจรจากระบบจัดเก็บข้อมูล เสียง และการประมวลผล

ความทนทาน ความสามารถในการขยายขนาด และคุณสมบัติการจัดการ

ความซ้ำซ้อนและความพร้อมใช้งานสูง

สวิตช์ศูนย์ข้อมูลระดับการผลิตต้องรองรับแหล่งจ่ายไฟและโมดูลพัดลมที่สามารถเปลี่ยนได้ขณะระบบกำลังทำงาน (hot-swappable) เพื่อรักษาเวลาในการให้บริการ (uptime) ระหว่างการบำรุงรักษาฮาร์ดแวร์ โมดูลผู้ควบคุม (supervisor modules) แบบสำรองบนสวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่มีโครงสร้างแบบแชสซี (chassis-based) ช่วยให้แผนควบคุม (control plane) สามารถโอนย้ายการทำงาน (fail over) ได้โดยไม่รบกวนแผนส่งต่อ (forwarding plane) ซึ่งช่วยป้องกันการหยุดให้บริการทั้งที่เกิดขึ้นตามแผนและไม่ได้วางแผนไว้ สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่รองรับการส่งต่อแบบไม่หยุดชะงัก (non-stop forwarding) และการเริ่มต้นใหม่อย่างราบรื่น (graceful restart) จะทำให้การปรับตัวของโปรโตคอลการกำหนดเส้นทาง (routing protocol convergence) ไม่ส่งผลกระทบต่อการไหลของทราฟฟิกในระหว่างเหตุการณ์การเปลี่ยนผ่านโมดูลผู้ควบคุม

ความสามารถในการรวมลิงก์ (link aggregation) และการเปลี่ยนเส้นทางอย่างรวดเร็ว (fast failover) ก็มีความสำคัญไม่แพ้กันสำหรับสวิตช์ศูนย์ข้อมูลใดๆ ที่ใช้งานในโครงข่ายแบบซ้ำซ้อน สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่รองรับเทคโนโลยีการส่งผ่านหลายเส้นทาง เช่น ECMP, MLAG หรือเทคโนโลยีที่เทียบเคียงกัน ช่วยให้สามารถกระจายโหลดทราฟฟิกไปยังลิงก์ขาขึ้น (uplinks) หลายเส้นพร้อมกัน จึงสามารถกำจัดจุดล้มเหลวเพียงจุดเดียว (single points of failure) ได้ คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้สวิตช์ศูนย์ข้อมูลมีความทนทานมากกว่าการพึ่งพาเส้นทางลิงก์ขาขึ้นที่ใช้งานอยู่เพียงเส้นเดียว

การอัตโนมัติและการเขียนโปรแกรม

สภาพแวดล้อมของศูนย์ข้อมูลสมัยใหม่ต้องการสวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่รองรับการอัตโนมัติผ่าน API แบบเปิด NETCONF โมเดล YANG หรือการสตรีมเทเลเมตรี สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่มีความสามารถในการเขียนโปรแกรมได้ดีจะช่วยให้สามารถจัดสรรทรัพยากรได้รวดเร็วขึ้น ตรวจสอบสถานะแบบเรียลไทม์ และผสานรวมกับแพลตฟอร์มการจัดการระบบอัตโนมัติ (orchestration platforms) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความสามารถในการรวบรวมข้อมูลเทเลเมตรีแบบสตรีมจากสวิตช์ศูนย์ข้อมูลทุกตัวภายในโครงข่าย (fabric) จะมอบความโปร่งใสที่จำเป็นแก่ทีมปฏิบัติการเครือข่าย เพื่อตรวจจับปัญหาความแออัด การกำหนดเส้นทางแบบไม่สมมาตร (asymmetric routing) และความผิดปกติของฮาร์ดแวร์ก่อนที่ปัญหาเหล่านั้นจะส่งผลกระทบต่อแอปพลิเคชัน

นอกจากนี้ ความสามารถในการรองรับเทคโนโลยี Segment Routing VXLAN และ EVPN ก็กลายเป็นสิ่งที่คาดหวังมากขึ้นเรื่อยๆ จากสวิตช์ศูนย์ข้อมูลระดับองค์กรใดๆ ที่นำไปใช้งานในสภาพแวดล้อมที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ (software-defined) หรือสภาพแวดล้อมแบบหลายผู้เช่า (multi-tenant) สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่รองรับเทคโนโลยีแบบ overlay และ underlay เหล่านี้สามารถมีส่วนร่วมในการทำอัตโนมัติโครงข่ายแบบไดนามิก ลดภาระงานการกำหนดค่าด้วยตนเอง และช่วยให้สามารถจัดสรรเวิร์กโหลดใหม่ๆ ได้อย่างรวดเร็วทั่วทั้งโครงสร้างพื้นฐาน

คำถามที่พบบ่อย

สวิตช์ศูนย์ข้อมูลควรมีความสามารถในการสลับสัญญาณ (switching capacity) เท่าใดสำหรับการใช้งาน 100GbE

สำหรับการติดตั้งสวิตช์ศูนย์ข้อมูลแบบ 100GbE ความสามารถในการสลับสัญญาณควรเพียงพอที่จะรองรับทราฟฟิกแบบ full duplex ที่อัตราความเร็วสูงสุด (line-rate) บนพอร์ตทั้งหมดพร้อมกัน สำหรับสวิตช์ศูนย์ข้อมูลแบบ 100GbE ที่มี 48 พอร์ต จำเป็นต้องมีความสามารถในการสลับสัญญาณขั้นต่ำประมาณ 9.6 Tbps เพื่อหลีกเลี่ยงการใช้งานเกินขีดจำกัด (oversubscription) ที่ระดับสวิตช์ โปรดตรวจสอบให้แน่ใจเสมอว่า ASIC ของสวิตช์ศูนย์ข้อมูลรองรับสถาปัตยกรรมแบบ non-blocking สำหรับการจัดวางพอร์ตเฉพาะที่คุณวางแผนจะใช้งาน

ขนาดบัฟเฟอร์ส่งผลต่อประสิทธิภาพของสวิตช์ศูนย์ข้อมูลอย่างไรในช่วงที่มีการรับส่งข้อมูลแบบพุ่งสูง (traffic bursts)

ขนาดของบัฟเฟอร์มีผลโดยตรงต่อความสามารถของสวิตช์ศูนย์ข้อมูลในการดูดซับการระเบิดของปริมาณการรับส่งข้อมูลในระยะสั้นโดยไม่ทิ้งแพ็กเก็ต หากสวิตช์ศูนย์ข้อมูลมีหน่วยความจำบัฟเฟอร์น้อยเกินไป จะเกิดเหตุการณ์การทิ้งแพ็กเก็ตที่ปลายคิว (tail-drop) ระหว่างปรากฏการณ์ microburst ซึ่งจะทำให้อัตราการส่งซ้ำเพิ่มขึ้นและเพิ่มความล่าช้าของแอปพลิเคชัน สำหรับภาระงานด้านการจัดเก็บข้อมูลหรือ HPC การเลือกสวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่มีบัฟเฟอร์ DRAM บนชิปหรือภายนอกที่มีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างมีนัยสำคัญจะช่วยเพิ่มความสามารถในการรองรับรูปแบบการรับส่งข้อมูลที่มีลักษณะระเบิดเป็นช่วงสั้นๆ

สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่ใช้โหมด cut-through นั้นดีกว่าเสมอสำหรับสภาพแวดล้อมที่ต้องการความล่าช้าน้อยที่สุดหรือไม่?

โหมดการส่งผ่านแบบตัดผ่าน (Cut-through mode) บนสวิตช์ศูนย์ข้อมูลช่วยลดความล่าช้าในการส่งต่อโดยเริ่มส่งเฟรมก่อนที่จะรับเฟรมทั้งหมดเข้ามาอย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่ทำงานในโหมดการส่งผ่านแบบตัดผ่านอาจส่งเฟรมที่เสียหายต่อไปเมื่อมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นที่ลิงก์ เนื่องจากการตรวจสอบข้อผิดพลาดถูกข้ามไป สำหรับสภาพแวดล้อมที่ต้องการความล่าช้าน้อยที่สุดส่วนใหญ่ สวิตช์ศูนย์ข้อมูลที่รองรับการสลับแบบปรับตัว (adaptive switching) ซึ่งจะเปลี่ยนกลับไปใช้โหมดเก็บแล้วส่งต่อ (store-and-forward) เมื่ออัตราข้อผิดพลาดเพิ่มสูงขึ้น จะให้สมดุลที่ดีที่สุดระหว่างความล่าช้าน้อยที่สุดกับความสมบูรณ์ของทราฟฟิก