Які специфікації мережевого комутатора є критичними для центрів обробки даних з високою пропускною здатністю та низькою затримкою?

Вибір правильного комутатор центру обробки даних є одним із найважливіших рішень щодо інфраструктури, яке може прийняти інженер з мереж або IT-менеджер. У середовищах з високою пропускною здатністю та низькою затримкою неправильні специфікації комутатора центру обробки даних можуть призвести до утворення «вузьких місць», збільшення втрат пакетів та порушення угод про рівень обслуговування. Розуміння того, які специфікації справді мають значення, допомагає організаціям раціонально інвестувати та створювати мережі, які надійно масштабуються навіть за умов високого навантаження.

Комутатор центру обробки даних, розроблений для вимогливих робочих навантажень, повинен забезпечувати стабільну пропускну здатність, мінімальну затримку передачі даних та великий обсяг буферної пам’яті. Незалежно від того, чи проектуєте ви архітектуру «спайна–листя», шар гіперконвергентної інфраструктури чи мережу для високочастотного трейдингу, кожен комутатор центру обробки даних, який ви вибираєте, повинен відповідати точним еталонним показникам продуктивності. У цій статті розглядаються ключові технічні характеристики, які слід оцінити перед розгортанням будь-якого комутатора центру обробки даних у середовищі з високою пропускною здатністю та низькою затримкою.

Характеристики пропускної здатності та щільності портів

Комутаційна ємність та швидкість комутації

Пропускна здатність комутатора центру обробки даних визначає загальну пропускну здатність, яку він може обробляти одночасно через всі порти. Вимірюється в терабітах на секунду й визначає, чи здатен комутатор центру обробки даних обробляти агрегований трафік від десятків високошвидкісних серверів без виникнення заторів. Комутатор центру обробки даних із недостатньою пропускною здатністю буде відкидати пакети під час пікового навантаження, що є неприпустимим у застосунках, чутливих до затримок, таких як аналітика в реальному часі або фінансові системи.

Швидкість пересилання, виражена в мільйонах пакетів на секунду, також має важливе значення. Комутатор центру обробки даних повинен пересилати пакети з максимальною швидкістю на всіх активних портах, щоб уникнути виникнення затримок через черги. При оцінці комутатора центру обробки даних переконайтеся, що швидкість пересилання забезпечує роботу на максимальній швидкості як для кадрів розміром 64 байти, так і для кадрів розміром 1518 байт, оскільки пересилання малих пакетів інтенсивніше навантажує комутаційний ASIC, ніж пересилання великих кадрів.

Швидкість портів і щільність

Сучасні розгортання комутаторів у центрах обробки даних зазвичай вимагають швидкостей портів 25 Гб/с, 100 Гб/с або 400 Гб/с для підтримки високопропускних з’єднань із серверами та вихідними лініями. Комутатор центру обробки даних із вищою щільністю портів зменшує кількість комутаторів, необхідних у мережевій структурі, що спрощує кабельне підключення й знижує загальну вартість володіння. Щільність портів безпосередньо впливає на кількість серверів або комутаторів верхнього рівня стійки, які може обслуговувати один комутатор центру обробки даних без додаткового агрегаційного обладнання.

Для розгортання на рівні спини (spine-layer) комутатор центру обробки даних із кількома вихідними портами 100 Гб/с або 400 Гб/с забезпечує необхідну пропускну здатність агрегації, щоб запобігти перевантаженню (oversubscription). Співвідношення перевантаження на комутаторі центру обробки даних слід уважно підбирати відповідно до фактичного профілю трафіку робочого навантаження, оскільки комутатор центру обробки даних із високим співвідношенням перевантаження може погано функціонувати при обробці трафіку «схід-захід» (east-west) у віртуалізованих або контейнеризованих середовищах.

Затримка та архітектура буфера

Комутація типу Cut-Through проти комутації типу Store-and-Forward

Затримка, ймовірно, є найбільш уважно перевіряною специфікацією будь-якого комутатора центру обробки даних, що використовується в середовищах із високими вимогами до часу відгуку. Комутатор центру обробки даних, що працює в режимі cut-through, починає передавати кадр до того, як він повністю отриманий, знижуючи затримку до кількох сотень наносекунд. У режимі store-and-forward комутатор центру обробки даних читає весь кадр перед його передачею, що додає кілька мікросекунд затримки, але забезпечує повну перевірку на наявність помилок. Для робочих навантажень із низькою затримкою вибір комутатора центру обробки даних, що підтримує комутацію в режимі cut-through, є практичною перевагою.

Затримку пересилання комутатора центру обробки даних слід вимірювати за умов повного навантаження, а не лише в ідеальних (простої) умовах тестування. Комутатор центру обробки даних, який забезпечує низьку затримку при завантаженні 10 %, але суттєво погіршує показники при завантаженні 80 % або 90 %, не зможе виконати вимоги SLA під час періодів пікового трафіку. Завжди вимагайте виробників комутаторів центру обробки даних надати дані про затримку на кожному порті за різних рівнів навантаження трафіком.

Розмір буфера та управління трафіком

Архітектура буфера визначає, як комутатор центру обробки даних обробляє сплески трафіку без втрати пакетів. Комутатор центру обробки даних із мілкими буферами може забезпечувати дуже низьку середню затримку, але буде втрачати пакети під час мікросплесків, що є поширеним явищем у трафіку з високою пропускною здатністю, наприклад, у системах зберігання даних або HPC. У комутаторах центру обробки даних із глибокими буферами трохи збільшується середня затримка, щоб змогти поглинути тимчасові затори й запобігти втраті пакетів у кінці черги.

Функції якості обслуговування (QoS) на комутаторі центру обробки даних дозволяють надавати пріоритет трафіку, щоб потоки, чутливі до затримок, отримували перевагу при передачі. Комутатор центру обробки даних, що підтримує зважене циклічне розподілення навантаження (WRR) або чергування зі строгим пріоритетом, надає адміністраторам детальний контроль над тим, як обробляються різні класи трафіку. Оцінка глибини та гнучкості функцій QoS на комутаторі центру обробки даних є обов’язковою, коли мережа одночасно передає трафік зберігання даних, голосовий трафік і обчислювальний трафік.

Надійність, масштабованість та функції управління

Резервування та висока доступність

Комутатор центру обробки даних виробничого рівня має підтримувати модулі блоків живлення та вентиляторів, які можна замінювати «на льоту», щоб забезпечити безперервну роботу під час технічного обслуговування апаратного забезпечення. Резервні модулі керування на каркасному комутаторі центру обробки даних дозволяють планувати перехід керуючої площини без порушення роботи передавальної площини, що захищає від запланованих і непередбачених простоїв. Комутатор центру обробки даних, що підтримує безперервне пересилання та коректне перезапускання, забезпечує, що збіжність протоколів маршрутизації не перериває потік трафіку під час подій зміни модулів керування.

Функції агрегації каналів зв’язку та швидкого переходу на резерв також є критично важливими для будь-якого комутатора центру обробки даних у резервованій структурі. Комутатор центру обробки даних із підтримкою ECMP, MLAG або аналогічних технологій багатопутевого з’єднання дозволяє розподіляти трафік між кількома вихідними лініями одночасно, елімінуючи окремі точки відмови. Ці функції роблять комутатор центру обробки даних набагато стійкішим у порівнянні з використанням одного активного вихідного шляху.

Автоматизація та програмованисть

Сучасні середовища центрів обробки даних вимагають комутатора центру обробки даних, який підтримує автоматизацію за допомогою відкритих API, NETCONF, моделей YANG або потокової телеметрії. Комутатор центру обробки даних із високим рівнем програмованих можливостей забезпечує швидше налаштування, моніторинг у реальному часі та інтеграцію з платформами оркестрації. Здатність збирати потокову телеметрію з кожного комутатора центру обробки даних у фабриці надає командам мережевої експлуатації необхідну видимість для виявлення перевантаження, асиметричного маршрутизації та апаратних аномалій до того, як вони вплинуть на роботу додатків.

Підтримка сегментної маршрутизації, VXLAN та EVPN також все частіше очікується від будь-якого корпоративного комутатора центру обробки даних, розгорнутого в середовищах з визначеною програмним способом архітектурою або з кількома орендарями. Комутатор центру обробки даних, що підтримує ці технології «надшару» (overlay) та «підшару» (underlay), може брати участь у динамічній автоматизації фабрики, скорочуючи обсяг ручних налаштувань та забезпечуючи швидше розгортання нових робочих навантажень у рамках інфраструктури.

Часті запитання

Яка пропускна здатність перемикання повинна бути у комутатора центру обробки даних для розгортання 100GbE?

Для розгортання комутатора центру обробки даних з підтримкою 100GbE пропускна здатність перемикання має бути достатньою для підтримки трафіку на швидкості лінії в режимі повного дуплексу на всіх портах одночасно. Для 48-портового комутатора центру обробки даних з підтримкою 100GbE мінімальна пропускна здатність перемикання має становити приблизно 9,6 Тбіт/с, щоб уникнути перевантаження на рівні комутатора. Завжди перевіряйте, чи мікросхема (ASIC) комутатора центру обробки даних підтримує архітектуру без блокувань для конкретної конфігурації портів, яку ви плануєте розгорнути.

Як розмір буфера впливає на продуктивність комутатора центру обробки даних під час спалахів трафіку?

Розмір буфера безпосередньо визначає, наскільки ефективно комутатор центру обробки даних поглинає короткочасні сплески трафіку без втрати пакетів. Комутатор центру обробки даних із надто малим обсягом буферної пам’яті зазнає подій відсікання хвоста під час мікросплесків, що призводить до зростання частоти повторних передач і затримок у роботі додатків. Для робочих навантажень, пов’язаних із зберіганням даних або високопродуктивними обчисленнями (HPC), вибір комутатора центру обробки даних із більшими вбудованими або зовнішніми буферами DRAM значно підвищує його стійкість до нестабільних (сплескоподібних) шаблонів трафіку.

Чи є комутатор центру обробки даних із режимом cut-through завжди кращим для середовищ із низькою затримкою?

Режим пропускання на комутаторі центру обробки даних зменшує затримку передачі, розпочинаючи передачу кадру до того, як повністю отримається весь кадр. Однак комутатор центру обробки даних у режимі пропускання може поширювати пошкоджені кадри за наявності помилок на лінії зв’язку, оскільки перевірка на наявність помилок відключається. Для більшості середовищ із низькою затримкою найкращий баланс між низькою затримкою та цілісністю трафіку забезпечує комутатор центру обробки даних, що підтримує адаптивне перемикання — тобто автоматично переходить у режим зберігання-та-передачі при зростанні рівня помилок.