Файл: Сетевые операционные системы ( Определение и свойства сетевых операционных систем ).pdf

Типичный дата-центр состоит из:

информационной инфраструктуры, включающей в себя серверное оборудование и обеспечивающей основные функции дата-центра — обработку и хранение информации;

телекоммуникационной инфраструктуры, обеспечивающей взаимосвязь элементов дата-центра, а также передачу данных между дата-центром и пользователями;

инженерной инфраструктуры, обеспечивающей нормальное функционирование основных систем дата-центра.

Инженерная инфраструктура включает в себя: кондиционирование для поддержания температуры и уровня влажности в заданных параметрах; бесперебойное электроснабжение для автономной работы дата-центра в случаях отключения центральных источников электроэнергии; охранно-пожарную сигнализацию и система газового пожаротушения; системы удаленного IP-контроля, управления питанием и контроля доступа.

Некоторые дата-центры предлагают клиентам дополнительные услуги по использованию оборудования по автоматическому уходу от различных видов атак. Команды квалифицированных специалистов круглосуточно производят мониторинг всех серверов. Необходимо отметить, что услуги дата-центров сильно отличаются в цене и количестве услуг. Для обеспечения сохранности данных используются системы резервного копирования. Для предотвращения кражи данных, в дата-центрах используются различные системы ограничения физического доступа, системы видеонаблюдения. В корпоративных (ведомственных) дата-центрах обычно сосредоточено большинство серверов соответствующей организации. Оборудование крепится в специализированных стойках и шкафах. Как правило, в дата-центр принимают для размещения лишь оборудование в стоечном исполнении, то есть в корпусах стандартных размеров, приспособленных для крепления в стойку. Компьютеры в корпусах настольного исполнения неудобны для дата-центров и размещаются в них редко.

В ряде стран имеются стандарты на оборудование помещений дата-центров, позволяющие объективно оценить способность дата-центра обеспечить тот или иной уровень сервиса. Например, в США принят американский (ANSI) стандарт TIA-942 (англ.), несущий в себе рекомендации по созданию дата-центров, и делящий дата-центры на типы по степени надёжности. Хотя в России пока нет такого стандарта, дата-центры оснащаются согласно требованиям для сооружений связи, а также ориентируются на требования TIA-942 и используют дополнительную документацию Uptime Institute и ГОСТы серии 34.

Фактически, TIA-942 воспринимается во всем мире как единый стандарт для дата-центров, однако следует отметить что он достаточно давно не обновлялся и его достаточно сложно применить в условиях России. В то же время сейчас активно развивается стандарт BICSI 002 2010 Data Center Design and Implementation Best Practices, появившийся в 2010 и обновленный в 2011. По словам создателей стандарта «стандарт BICSI 002 2010, в создании которого участвовали более 150 экспертов, дополняет существующие стандарты TIA, CENELEC и ISO/IEC для центров обработки данных».

Основной показатель работы ЦОД — отказоустойчивость; также важна стоимость эксплуатации, показатели энергопотребления и регулирования температурного режима.

Например, стандарт TIA-942 предполагает четыре уровня надёжности дата-центров:

Уровень 1 (N) — отказы оборудования или проведение ремонтных работ приводят к остановке работы всего дата-центра; в дата-центре отсутствуют фальшполы, резервные источники электроснабжения и источники бесперебойного питания; инженерная инфраструктура не зарезервирована;

Уровень 2 (N+1) — имеется небольшой уровень резервирования; в дата-центре имеются фальшполы и резервные источники электроснабжения, однако проведение ремонтных работ также вызывает остановку работы дата-центра;

Уровень 3 (2N) — имеется возможность проведения ремонтных работ (включая замену компонентов системы, добавление и удаление вышедшего из строя оборудования) без остановки работы дата-центра; инженерные системы однократно зарезервированы, имеется несколько каналов распределения электропитания и охлаждения, однако постоянно активен только один из них;

Уровень 4 (2(N+1)) — имеется возможность проведения любых работ без остановки работы дата-центра; инженерные системы двукратно зарезервированы, то есть продублированы как основная, так и дополнительная системы (например, бесперебойное питание представлено двумя ИБП, каждый из которых уже зарезервирован по схеме N+1).

Коммуникации дата-центра чаще всего базируются на сетях с использованием протокола IP. Дата-центр содержит несколько роутеров и свитчей, которые управляют трафиком между серверами и «внешним миром». Для надёжности дата-центр иногда подключен к интернету с помощью множества разных внешних каналов от разных провайдеров.

Некоторые серверы в дата-центре служат для работы базовых интернет- и интранет-служб, которые используются внутри организации: почтовые сервера, прокси-сервера, DNS-сервера и т. п.

Сетевой уровень безопасности поддерживают межсетевые экраны, VPN-шлюзы, IDS-системы и т. д. Также используются системы мониторинга трафика и некоторых приложений.

7 Переход ЦОД в SDN

Взрывной рост, который сегодня демонстрируют сети центров обработки данных (DCN) неуклонно превращает эти сети в ключевой элемент корпоративной информационно-вычислительной инфраструктуры, особенно при обслуживании критически важных сервисных систем и управлении ключевыми информационными ресурсами. По мере расширения корпоративной архитектуры DCN, в центрах обработки данных разворачиваются всевозможные виды новых приложений, благодаря, с одной стороны, прогрессу в технологиях коммуникационных сетей, а с другой стороны – растущей популярности интернета и мобильных приложений. Компании также начинают внедрять новые рабочие модели, которые используют облачные рабочие места, и новые методы бизнес-анализа, для которые требуются хранилища данных и использование глубокого анализа (data mining). Все эти прорывные изменения не только усиливают зависимость компаний от центров обработки данных, но также ускоряют появление стратегий реализации DCN с масштабируемыми обновлениями.

Чтобы сети ЦОД могли поспевать за экспоненциальным ростом данных из новых источников, требуются новые возможности серверов как для хранения, так и для обработки все более сложных сервисных взаимодействий. Однако архитектуры и технологии традиционных ЦОД уже не соответствуют вновь возникающим требованиям к высокой эффективности, интеллектуальности и удобству работы. Этот стратегический вызов привел к появлению технологии программно-определяемых сетей (SDN). Технология SDN обеспечивает возможности сетевой виртуализации, разделяет плоскости управления и переадресации, реализует логически централизованное управление и открывает возможности сети для приложений верхних уровней. SDN особенно подходит для реализации сетей ЦОД с мощной функциональностью, поддерживающей централизованное управление сетью, разветвленную переадресацию, развертывание виртуальных машин, интеллектуальную миграцию, многопользовательские виртуальные сети и принцип инфраструктура-как-услуга (IaaS). Можно сделать вывод о том, что технологический тренд в сторону облачных решений на базе SDN определяет будущее сетей ЦОД.

Среди доступных технологий SDN широкое признание получила методология использования SDN-контроллера и наложенной сети для обеспечения должного уровня переадресации и разделения управления. Эта техника предусматривает централизованную доставку политик через SDN-контроллер, возможность виртуализировать сетевые ресурсы и гибко их планировать. Виртуализация инфраструктурной сети основывается на технологиях оверлея, таких как «виртуальная расширяемая LAN» (VXLAN). Оверлей-протокол освобождает сервисы и ресурсы от ограничений, связанных с их физическим расположением и позволяет создать большую логическую сеть уровня 2 для совместного использования ресурсов в центрах обработки данных.

VXLAN расширяет L2-сети при помощи инкапсуляции MAC-in-UDP и использует преимущества L3-сетей для разветвленной балансировки нагрузки, быстрой конвергенции и высокой надежности, что обогащает возможности L2-сетей. Кроме того, VXLAN использует 24-битное поле идентификатора сети VXLAN (VNI) для идентификации L2-сетей, что позволяет поддерживать свыше 16 миллионов сетевых сегментов. Таким образом преодолевается накладываемое традиционными L2-сетями ограничение в 4096 VLAN. Узлы входа и выхода туннеля VXLAN называются конечными точками виртуального туннеля (VTEP), они инкапсулируют и декапсулируют пакеты VXLAN. Решение Huawei Cloud Fabric для сетей ЦОД поддерживает как аппаратные, так и программные VTEP для удовлетворения всевозможных требований заказчиков.

В процессе эволюции SDN, программно-определяемые и традиционные сети будут какое-то время сосуществовать в силу различных бизнес-причин. Каким же образом традиционная сеть может мягко эволюционировать в SDN? В общих чертах такой переход может быть реализован тремя путями:

Сценарий 1: Построение новых SDN-точек доставки в рамках существующего ЦОД

Сценарий 2: Развертывание SDN на новых устройствах для проектов расширения традиционных точек доставки

Сценарий 3: Повторное использование существующих сетевых устройств для обновления традиционной сети ЦОД до SDN-сети

Сценарий 1: Построение новых SDN-точек доставки в рамках существующего ЦОД

Сеть ЦОД может постепенно трансформироваться в SDN путем построения новых SDN-точек доставки в существующих ЦОД при наличии следующих предпосылок:

До начала трансформации традиционных ЦОД в ЦОД на основе SDN, заказчики хотят убедиться в жизнеспособности SDN-ЦОД путем построения новой гибкой точки доставки на основе SDN и проверки новых сервисов через эту точку. Сервисы в новых точках доставки не требуют взаимодействия с традиционными точками доставки.

Cтроят одну или несколько гибких точек доставки на основе SDN и запускают на них новые сервисы, либо мигрируют на новые точки доставки какие-то из существующих сервисов. Новые точки доставки требуют обеспечения L3-коммуникации с существующими точками доставки через основные устройства ЦОД. Между новыми и старыми точками доставки не требуется наличие L2-соединения.

При этом сценарии развития существуют следующие требования сервисов:

SDN разворачивается на новой точке доставки, новые сервисы запускаются на ней независимо.

SDN-точки доставки не требуют взаимодействия с традиционными точками доставки.

В случае необходимости коммуникация между традиционными и SDN-точками доставки осуществляется посредством L3-переадресации основными устройствами ЦОД.

Процесс переадресации трафика между традиционными и SDN-точками доставки происходит следующим образом:

L3-шлюз на традиционной точке доставки переадресует трафик на основной коммутатор на основании таблицы маршрутизации.

Основной коммутатор пересылает трафик на шлюзовой коммутатор на SDN-точке доставки.

Шлюзовой коммутатор находит соответствующий маршрут и переадресует трафик на фаервол.

Фаервол находит соответствующий маршрут и переадресует трафик системе виртуальной маршрутизации и пересылки (VRF), к которой относится хост назначения.

Шлюзовой коммутатор находит таблицу потоков VXLAN для хоста назначения, инкапсулирует пакеты в формат пакетов VXLAN и затем отправляет их на VTEP назначения.

VTEP назначения декапсулирует пакеты VXLAN и переадресовывает исходные пакеты на хост назначения на основании информации о соответствующем MAC-адресе.

Сценарий 2: Развертывание SDN на новых устройствах для проектов расширения традиционных точек доступа

Этот сценарий лучше всего подходит для следующих условий:

Заказчики хотят расширить существующие точки доступа и внедрить технологию SDN, не затрагивая существующую сеть в точках доступа. Расширение SDN-сети требует только L3-соединения с существующей сетью.

Заказчики хотят мигрировать вычислительные узлы из существующей сети на новые устройства SDN-шлюзов и реализовать L2-коммуникацию между исходной сетью и SDN. Примером такой ситуации может служить расширение кластера существующей сети.

При этом сценарии развития существуют следующие требования сервисов:

Традиционные точки доставки нуждаются в расширении, а новая сеть использует SDN-решение. Текущее развертывание и сетевая организация сервисов остается неизменной, существующие устройства подключаются к новой сети для формирования более крупных точек доставки.

Традиционная сеть в точке доставки устанавливает с новой программно-определяемой сетью соединение L2 или L3.

1. L3-коммуникации • Дизайн сети:

Существующая обычная сеть и SDN подключаются к основному узлу ЦОД через агрегирующие коммутаторы. Агрегирующие коммутаторы двух сетей могут быть соединены напрямую для большей эффективности переадресации трафика в направлении восток-запад и снижения нагрузки на основной узел.

роцесс переадресации L3-трафика между традиционной и SDN-сетями в расширенной SDN-точке доставки протекает следующим образом:

L3-шлюз традиционной сети переадресует трафик на шлюзовой коммутатор в SDN-сети на основании таблицы маршрутизации.

Шлюзовой коммутатор находит соответствующий маршрут и переадресует трафик на фаервол.

Фаервол находит соответствующий маршрут и переадресует трафик на VRF, к которой относится хост назначения.

Шлюзовой коммутатор находит таблицу потоков VXLAN для хоста назначения, инкапсулирует пакеты в формат пакетов VXLAN и затем отправляет их на VTEP назначения.

VTEP назначения декапсулирует пакеты VXLAN и переадресовывает исходные пакеты на хост назначения на основании информации о соответствующем MAC-адресе.

2. L2-коммуникации • Дизайн сети: