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数据中心网络架构正日益流行
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作者:prod78994
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发布时间: 2015-07-13
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企业架构高级经理Brenden Bryan称，在政府雇员健康协会(GEHA)彻底调整数据中心并部署Fabric网络架构基础设施后，程序变得“真的是相当简单”，再也不像许多其它的IT项目那样复杂了。“在回顾整个过程并且说‘我希望做出不同的决定’时，我们没有遇到任何问题或麻烦。”
位于密苏里州堪萨斯城的GEHA作为全美第二大的健康计划与牙齿健康计划正在处理着100多万名联邦政府雇员、退休职员和他们的家庭成员 的医疗费用报销工作。Bryan称，转向Fabric网络架构的主要原因是简化、巩固和移除遗留的光纤通道SAN环境。
Bryan在2010年8月份开始为GEHA工作。他称，当时他接手的是一个相当典型的基础设施：由众多厂商生产并且带有许多故障的部件拼凑而成。该协会还希望虚拟化其大型机环境，让其变成一个分布式架构。Bryan 称：“我需要的是一个拥有冗余性和高可获得性的基础设施。”一旦新的基础设施就位并稳定运行，下一步计划就是将所有的GEHA Tier 2和Tier 3应用转移到这上面，最终将Tier 1报销处理系统也转移到这上面。
GEHA部署了由博科生产的以太网交换机和路由器。目前距这个为期六个月的项目结束日期已经过了一年多时间。他称，它们提供了一个高速环境和一个20比1的虚拟机与刀片服务器硬件的比例。
Bryan 称：“我能够保持最低限度的物理服务器数量，尽可有的利用它们。它们让我能够提高存储效率和计算效率。”
部署数据中心网络架构需要一些规划。ZK Research 的首席分析师Zeus Kerravala称，这意味着必须要用新的交换机设备升级和替代老式的交换机，因为在光纤通道网络中使用了不同的流量配置。“你必须要重新搭建你的网络，以及重新连接服务器。”
实现扁平化
数据中心网络架构是一个针对横向信息流优化过网络，相对于传统网络来说，其更为扁平，更为简单。Kerravala解释称，其更多的是针对客户端/服务器设置进行设计的，为的是实现服务器与网络核心实现信息往来。
Fabric网络模式中，流量在网络和虚拟机之间横向流通。“因此其更多的是一种服务器对服务器的连接。”fabric网络更为扁平，并且不超过两层。相比之下，遗留的网络至少拥有三层或甚至更多的层。Kerravala称，这些年来，存储网络也采用了这种设计方式，如今数据网络也需要采用这种设计方式。
推动向fabric网络转型的一个因素是，在财富2000排行榜上的公司，有半数的企业数据中心工作负载被进行了虚拟化。当实现了数据中心负载实现了虚拟化后，他们开始关注如何让他们的服务器与其它的服务器以及网络进行通信。
企业存储集团高级分析师Bob Laliberte 称：“我们将这视为数据中心网络架构方面的发展。推动因素是越来越多的服务器对服务器连接。这些不同的服务器需要彼此对话，与网络核心进行通信。这些都增加了处理负载和延时。”
虚拟化增加了复杂性，因为这意味着动态移动许多东西，“因此网络厂商正在努力简化这些复杂环境。”
当数据中心无法扩展
随着房屋止赎事件在2006年达到顶峰，Walz集团发现他们的数据中心无法扩展以有效应对额外的服务增长需求。该公司负责为多个行业提供文档管理、履约和合规服务。公司的首席信息安全官Bart Falzarano称：“这妨碍了业务的增长。”
Falzarano称，公司招聘了额外的IT员工以应对这些不同的系统和管理措施，建立新的服务器，扩展网络，增加灾难恢复服务。“但是管理这些技术问题非常困难，尤其是随着我们开始尝试向虚拟环境转移。”他称。公司还有许多无法被虚拟化的应用，这些必须要被分别管理。“这些系统、存储和网络都有着不同的切入点。我们已经变得无法实现预期的目标了。”
为了减少复杂性，Walz集团在2009年部署了思科的统一数据中心平台，这是一个统一的数据中心Fabric架构，其将计算、存储、网络和管理综合到了一个平台中，以实现IT自动化，让其成为一个跨越物理和虚拟环境的服务。目前这一平台在公司中已经与NetApp SAN Storage Flexpod平台连接在了一起。
Falzarano回忆称，此前他们使用的是惠普的技术，当数据库的一个节点出现故障，就需要给厂商打电话，最终需要取出四个CPU中的三个，并且需要花上四个小时才能排除故障。直到恢复正常运行，14个小时已经过去了。
“现在，对于同样的故障，如果我们发现了出问题的刀片服务器节点，我们在4分钟内就可以断开这一SQL应用并重新连接SQL应用。在虚拟管理层也可以这样做。”他称。
IT一直在追踪数据中心性能，记录一些关键的指标。Falzarano称，他们发现密集度变成了8比1，这意味着更少的缆线复杂度和更低的缆线需求量。老技术的虚拟化效率为4比1，新技术具有更高的效率，达到了15比1。团队能够虚拟化以前他们所无法虚拟化的应用。
其它的优势还包括机架减少了50%，系统管理更为集中化——目前一个IT工程师可以管理50个系统。。
“在使用老技术时，我们遇到了大量的硬件故障问题。在我们的多数据中心中，每隔30天就会出现一个故障。现在一年都可能不会出现一个故障。”他称。
容易部署
与Walz集团的IT执行官一样，GEHA 的IT团队领导人认为部署fabric网络模式不仅能够满足业务需求，还降低了复杂性、成本和管理数据中心所需要的人员数量。Bryan称协会还获得了规模效益，两个人即可管理所有的以太网环境，这与以往需要熟悉fabric的额外人员截然不同。
“在我们的团队中，没有任何一个人是光纤通道的专家。让报销程序系统具有冗余性与高可获得性的唯一办法是依靠以太网fabric网络架构技术。我们的员工熟悉这种技术。”他称。
Bryan称，自从无需购买任何光纤通道交换机，协会能够省下了近50多万美元的资金预算，由于不需要人员管理光纤通道，协会运营开销减少了约25万美元。“自从改用fabric网络架构，我们能够取消成堆的设备。” Bryan称。
GEHA使用了一个本地托管服务提供商以帮助安装架构中一些更为复杂的部分。“但是从我们打开设备包装箱到整个环境运行起来，只需要两天的时间。过程非常简单。” Bryan称。
他补充道，新架构的性能让人感到十分震惊。他们做了一个测试，通过网络将一个4G的ISO文件从一个刀片服务器拷贝到另一个刀片服务器上。在网络和存储都通过相同的光纤通道网络架构的情况下，耗时低于1秒钟。他称：“我们没有看到迁移，我不认为它们被真正拷贝了。”
IT正在使用这一架构通过CommVault的软件备份他们的环境。Bryan，协会正在关注网络吞吐量能在1小时内达到1太字节这一性能。“与以前的架构相比，吞吐量提升了8至10倍。”
今天，GEHA所有的产品流量正在fabric网络架构上。Bryan称，他对这一基础设施已经非常满意了。他称，基础设施的扩展已经不再是一个问题，通过聚合架构与速度，已经成为了一大重要优势。GEHA也能够在单一刀片服务器上运行繁重的虚拟机工作负载，他称。“不用在大量的刀片服务器上花大量的资金，取而代之的是你无需牺牲性能就能够增加这些刀片服务器的投资回报率。”Bryan称。
Laliberte称，他观察了数据中心网络架构的未来，发现这类架构仅仅刚刚起步。如果你考虑的是复杂性和规模，并且在你的环境中拥有数千台服务器和交换机，那么任何类型的架构调整都耗时耗力。
仅仅是花时间对三层架构进行改良，就需要花上三个阶段。“这些情况已经变成了现实并得到了宣传，但是要被大规模部署还需要几年时间。”
案例研究：正在使用中的Fabric网络架构
Dan Shipley以往巡视数据中心时，他所看到的全部是一堆杂乱无章的线缆和交换机。它们管理起来即费钱又容易出错。Shipley为一家名为供应网络公司的架构师。该公司总部位于圣路易斯市，是一家总资产达6亿美元的办公用品批发商。Shipley称，公司遇到的所有典型问题都与传统的基础设施有关：300台服务器消耗掉了大量的电力，占用了大量的空间，在硬件维护时必须要停止运行。
“我们主要使用的是惠普的产品。我们从惠普那里订购了这些服务器。由于这些服务器的研发时代都不尽相同，因此如果一台服务器的主要出现了故障，那么我们的员工就要为此忙上一晚上，这非常痛苦。所以我们说，‘看啊，我们终于摆脱了这种痛苦。’虚拟化已经成为了主流，我们需要从这个传统游戏中跳出来。”
目前，供应网络在他们的数据中心中所创建的东西与传统方式有着很大的不同。公司没有部署以太网和架构交换机，而是选择了Xsigo的I/O Director，其位于服务器机架顶层，负责定向流量。机架上的所有服务器都被插入到一个盒子里，这个盒子能够动态地建立与其它所有数据中心资源的连接。与其它的数据中心架构不同，I/O Director提供了InfiniBand架构。InfiniBand为一种基于开源标准，用于高速通信的交换式光纤通信链路。
Shipley称：“在你的所有服务器上，你可以去除所有的线缆、以太网和架构交换机，将其与一个InfiniBand线缆连接，出于冗余考虑你可以连接两个，这就是我们所做的工作。”这些线缆将被插入I/O Director中。“我希望将所有的这些都连接至一个外部光纤通道存储，创建一个虚拟化fabric存储网络。实际上，这些都通过InfiniBand架构运行，而服务器……我认为它们仍然在通过fabric进行连接。”
这一配置意味着他们现在仅仅使用两条线缆，而不是多条线缆，同时拥有大量的带宽。
供应网络公司实现了彻底的虚拟化，他们的数据中心数量由大约20个架构缩减到了4个。电力消耗和冷却能耗也得到了降低。
Shipley称，InfiniBand已经在超级计算机领域被应用了十年时间，其具有低成本和开放性。然而相反的是，其它的厂商都在对以太网进行投资，因为他们不希望看到InfiniBand胜出。目前I/O Director传输速度为每秒56G，而最快的以太网连接也不过每秒10G。
在成本方面，Shipley称一个端口的10G以太网网卡的价格约为600美元，同时在另一端还需要一个以太网交换机端口，其成本为每个端口大约为1000美元。“因此对于每一个以太网连接来说，你需要1600美元。”一个40G单个端口InfiniBand适配器价格大约为450至500美元。他称，36端口的InfiniBand交换机为6000美元，平均下来每个端口的价格为167美元。
Shipley称，公司已经取消了所有的核心以太网交换机，以支持InfiniBand技术。
他承认：“我首先担心的是……怕我自己不了解InfiniBand。”当时大多数企业架构为fabric和以太网。他称：“我们带来了I/O Director，并且与思科的统一数据中心进行了对比。前者不仅成本低，速度快，而且简单易用。同时Xsigo的支持也非常的不错。”
Shipley称，此前的大型数据中心工作需要花上12个小时。自从部署了I/O Director，同样的工作所需要时间不超过3个小时。现在将虚拟机从一个托管主机迁移至另一个上只需要几秒钟时间，而以往要花上数分钟才行。
他称，他最初担忧的是，由于Xsigo是一家规模较小的厂商，担心它们用不了多长时间就会倒闭。但是，他们发现连VMware都是Xsigo的客户。
企业战略集团高级分析师Bob Laliberte 称：“Xsigo宣称，你还可以使用他们的产品替代使用以太网和fabric，并创建一个fabric网络架构。他们的说法是对的。当你谈论数据中心网络和数据中心架构时，Xsigo正在帮助创建一个两层的架构。不过，瞻博、思科和博科正在尝试创建更为扁平的网络架构。”
Laliberte 称，InfiniBand是一个优秀的协议，但是这一协议未必会被大规模使用。“它们目前主要还是应用在需要进行极快计算的超级计算领域。”
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位于密苏里州堪萨斯城的GEHA作为全美第二大的健康计划与牙齿健康计划正在处理着100多万名联邦政府雇员、退休职员和他们的家庭成员 的医疗费用报销工作。Bryan称，转向Fabric网络架构的主要原因是简化、巩固和移除遗留的光纤通道SAN环境。
Bryan在2010年8月份开始为GEHA工作。他称，当时他接手的是一个相当典型的基础设施：由众多厂商生产并且带有许多故障的部件拼凑而成。该协会还希望虚拟化其大型机环境，让其变成一个分布式架构。Bryan 称：“我需要的是一个拥有冗余性和高可获得性的基础设施。”一旦新的基础设施就位并稳定运行，下一步计划就是将所有的GEHA Tier 2和Tier 3应用转移到这上面，最终将Tier 1报销处理系统也转移到这上面。
GEHA部署了由博科生产的以太网交换机和路由器。目前距这个为期六个月的项目结束日期已经过了一年多时间。他称，它们提供了一个高速环境和一个20比1的虚拟机与刀片服务器硬件的比例。
Bryan 称：“我能够保持最低限度的物理服务器数量，尽可有的利用它们。它们让我能够提高存储效率和计算效率。”
部署数据中心网络架构需要一些规划。ZK Research 的首席分析师Zeus Kerravala称，这意味着必须要用新的交换机设备升级和替代老式的交换机，因为在光纤通道网络中使用了不同的流量配置。“你必须要重新搭建你的网络，以及重新连接服务器。”
实现扁平化
数据中心网络架构是一个针对横向信息流优化过网络，相对于传统网络来说，其更为扁平，更为简单。Kerravala解释称，其更多的是针对客户端/服务器设置进行设计的，为的是实现服务器与网络核心实现信息往来。
Fabric网络模式中，流量在网络和虚拟机之间横向流通。“因此其更多的是一种服务器对服务器的连接。”fabric网络更为扁平，并且不超过两层。相比之下，遗留的网络至少拥有三层或甚至更多的层。Kerravala称，这些年来，存储网络也采用了这种设计方式，如今数据网络也需要采用这种设计方式。
推动向fabric网络转型的一个因素是，在财富2000排行榜上的公司，有半数的企业数据中心工作负载被进行了虚拟化。当实现了数据中心负载实现了虚拟化后，他们开始关注如何让他们的服务器与其它的服务器以及网络进行通信。
企业存储集团高级分析师Bob Laliberte 称：“我们将这视为数据中心网络架构方面的发展。推动因素是越来越多的服务器对服务器连接。这些不同的服务器需要彼此对话，与网络核心进行通信。这些都增加了处理负载和延时。”
虚拟化增加了复杂性，因为这意味着动态移动许多东西，“因此网络厂商正在努力简化这些复杂环境。”
当数据中心无法扩展
随着房屋止赎事件在2006年达到顶峰，Walz集团发现他们的数据中心无法扩展以有效应对额外的服务增长需求。该公司负责为多个行业提供文档管理、履约和合规服务。公司的首席信息安全官Bart Falzarano称：“这妨碍了业务的增长。”
Falzarano称，公司招聘了额外的IT员工以应对这些不同的系统和管理措施，建立新的服务器，扩展网络，增加灾难恢复服务。“但是管理这些技术问题非常困难，尤其是随着我们开始尝试向虚拟环境转移。”他称。公司还有许多无法被虚拟化的应用，这些必须要被分别管理。“这些系统、存储和网络都有着不同的切入点。我们已经变得无法实现预期的目标了。”
为了减少复杂性，Walz集团在2009年部署了思科的统一数据中心平台，这是一个统一的数据中心Fabric架构，其将计算、存储、网络和管理综合到了一个平台中，以实现IT自动化，让其成为一个跨越物理和虚拟环境的服务。目前这一平台在公司中已经与NetApp SAN Storage Flexpod平台连接在了一起。
Falzarano回忆称，此前他们使用的是惠普的技术，当数据库的一个节点出现故障，就需要给厂商打电话，最终需要取出四个CPU中的三个，并且需要花上四个小时才能排除故障。直到恢复正常运行，14个小时已经过去了。
“现在，对于同样的故障，如果我们发现了出问题的刀片服务器节点，我们在4分钟内就可以断开这一SQL应用并重新连接SQL应用。在虚拟管理层也可以这样做。”他称。
IT一直在追踪数据中心性能，记录一些关键的指标。Falzarano称，他们发现密集度变成了8比1，这意味着更少的缆线复杂度和更低的缆线需求量。老技术的虚拟化效率为4比1，新技术具有更高的效率，达到了15比1。团队能够虚拟化以前他们所无法虚拟化的应用。
其它的优势还包括机架减少了50%，系统管理更为集中化——目前一个IT工程师可以管理50个系统。。
“在使用老技术时，我们遇到了大量的硬件故障问题。在我们的多数据中心中，每隔30天就会出现一个故障。现在一年都可能不会出现一个故障。”他称。
容易部署
与Walz集团的IT执行官一样，GEHA 的IT团队领导人认为部署fabric网络模式不仅能够满足业务需求，还降低了复杂性、成本和管理数据中心所需要的人员数量。Bryan称协会还获得了规模效益，两个人即可管理所有的以太网环境，这与以往需要熟悉fabric的额外人员截然不同。
“在我们的团队中，没有任何一个人是光纤通道的专家。让报销程序系统具有冗余性与高可获得性的唯一办法是依靠以太网fabric网络架构技术。我们的员工熟悉这种技术。”他称。
Bryan称，自从无需购买任何光纤通道交换机，协会能够省下了近50多万美元的资金预算，由于不需要人员管理光纤通道，协会运营开销减少了约25万美元。“自从改用fabric网络架构，我们能够取消成堆的设备。” Bryan称。
GEHA使用了一个本地托管服务提供商以帮助安装架构中一些更为复杂的部分。“但是从我们打开设备包装箱到整个环境运行起来，只需要两天的时间。过程非常简单。” Bryan称。
他补充道，新架构的性能让人感到十分震惊。他们做了一个测试，通过网络将一个4G的ISO文件从一个刀片服务器拷贝到另一个刀片服务器上。在网络和存储都通过相同的光纤通道网络架构的情况下，耗时低于1秒钟。他称：“我们没有看到迁移，我不认为它们被真正拷贝了。”
IT正在使用这一架构通过CommVault的软件备份他们的环境。Bryan，协会正在关注网络吞吐量能在1小时内达到1太字节这一性能。“与以前的架构相比，吞吐量提升了8至10倍。”
今天，GEHA所有的产品流量正在fabric网络架构上。Bryan称，他对这一基础设施已经非常满意了。他称，基础设施的扩展已经不再是一个问题，通过聚合架构与速度，已经成为了一大重要优势。GEHA也能够在单一刀片服务器上运行繁重的虚拟机工作负载，他称。“不用在大量的刀片服务器上花大量的资金，取而代之的是你无需牺牲性能就能够增加这些刀片服务器的投资回报率。”Bryan称。
Laliberte称，他观察了数据中心网络架构的未来，发现这类架构仅仅刚刚起步。如果你考虑的是复杂性和规模，并且在你的环境中拥有数千台服务器和交换机，那么任何类型的架构调整都耗时耗力。
仅仅是花时间对三层架构进行改良，就需要花上三个阶段。“这些情况已经变成了现实并得到了宣传，但是要被大规模部署还需要几年时间。”
案例研究：正在使用中的Fabric网络架构
Dan Shipley以往巡视数据中心时，他所看到的全部是一堆杂乱无章的线缆和交换机。它们管理起来即费钱又容易出错。Shipley为一家名为供应网络公司的架构师。该公司总部位于圣路易斯市，是一家总资产达6亿美元的办公用品批发商。Shipley称，公司遇到的所有典型问题都与传统的基础设施有关：300台服务器消耗掉了大量的电力，占用了大量的空间，在硬件维护时必须要停止运行。
“我们主要使用的是惠普的产品。我们从惠普那里订购了这些服务器。由于这些服务器的研发时代都不尽相同，因此如果一台服务器的主要出现了故障，那么我们的员工就要为此忙上一晚上，这非常痛苦。所以我们说，‘看啊，我们终于摆脱了这种痛苦。’虚拟化已经成为了主流，我们需要从这个传统游戏中跳出来。”
目前，供应网络在他们的数据中心中所创建的东西与传统方式有着很大的不同。公司没有部署以太网和架构交换机，而是选择了Xsigo的I/O Director，其位于服务器机架顶层，负责定向流量。机架上的所有服务器都被插入到一个盒子里，这个盒子能够动态地建立与其它所有数据中心资源的连接。与其它的数据中心架构不同，I/O Director提供了InfiniBand架构。InfiniBand为一种基于开源标准，用于高速通信的交换式光纤通信链路。
Shipley称：“在你的所有服务器上，你可以去除所有的线缆、以太网和架构交换机，将其与一个InfiniBand线缆连接，出于冗余考虑你可以连接两个，这就是我们所做的工作。”这些线缆将被插入I/O Director中。“我希望将所有的这些都连接至一个外部光纤通道存储，创建一个虚拟化fabric存储网络。实际上，这些都通过InfiniBand架构运行，而服务器……我认为它们仍然在通过fabric进行连接。”
这一配置意味着他们现在仅仅使用两条线缆，而不是多条线缆，同时拥有大量的带宽。
供应网络公司实现了彻底的虚拟化，他们的数据中心数量由大约20个架构缩减到了4个。电力消耗和冷却能耗也得到了降低。
Shipley称，InfiniBand已经在超级计算机领域被应用了十年时间，其具有低成本和开放性。然而相反的是，其它的厂商都在对以太网进行投资，因为他们不希望看到InfiniBand胜出。目前I/O Director传输速度为每秒56G，而最快的以太网连接也不过每秒10G。
在成本方面，Shipley称一个端口的10G以太网网卡的价格约为600美元，同时在另一端还需要一个以太网交换机端口，其成本为每个端口大约为1000美元。“因此对于每一个以太网连接来说，你需要1600美元。”一个40G单个端口InfiniBand适配器价格大约为450至500美元。他称，36端口的InfiniBand交换机为6000美元，平均下来每个端口的价格为167美元。
Shipley称，公司已经取消了所有的核心以太网交换机，以支持InfiniBand技术。
他承认：“我首先担心的是……怕我自己不了解InfiniBand。”当时大多数企业架构为fabric和以太网。他称：“我们带来了I/O Director，并且与思科的统一数据中心进行了对比。前者不仅成本低，速度快，而且简单易用。同时Xsigo的支持也非常的不错。”
Shipley称，此前的大型数据中心工作需要花上12个小时。自从部署了I/O Director，同样的工作所需要时间不超过3个小时。现在将虚拟机从一个托管主机迁移至另一个上只需要几秒钟时间，而以往要花上数分钟才行。
他称，他最初担忧的是，由于Xsigo是一家规模较小的厂商，担心它们用不了多长时间就会倒闭。但是，他们发现连VMware都是Xsigo的客户。
企业战略集团高级分析师Bob Laliberte 称：“Xsigo宣称，你还可以使用他们的产品替代使用以太网和fabric，并创建一个fabric网络架构。他们的说法是对的。当你谈论数据中心网络和数据中心架构时，Xsigo正在帮助创建一个两层的架构。不过，瞻博、思科和博科正在尝试创建更为扁平的网络架构。”
Laliberte 称，InfiniBand是一个优秀的协议，但是这一协议未必会被大规模使用。“它们目前主要还是应用在需要进行极快计算的超级计算领域。”
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