데이터 센터의 진화는 네트워크를 상호 연결합니다

현대 DCI 인프라를 형성하는 건축 요구 사항, 설계 고려 사항 및 새로운 기술

 

 

대규모 - 척도 데이터 센터의 출현은 통신 및 네트워킹 인프라에 접근하는 방식을 근본적으로 변형 시켰습니다. 조직이 분산 컴퓨팅 리소스에 점점 더 의존함에 따라 DCI 네트워크는 지리적으로 분산 된 데이터 센터 시설 간의 원활한 연결을 보장하는 데 중요한 구성 요소가되었습니다. 이러한 네트워크의 아키텍처 요구 사항 및 설계 고려 사항을 이해하는 것은 강력하고 확장 가능한 인프라를 구축하는 데 필수적입니다.

 

 

데이터 센터 네트워크 설계의 첫 번째 기본 질문은 목표 규모의 운영 규모와 관련이 있습니다. 규모의 경제는 더 큰 데이터 센터가 더 나은 비용 효율성을 제공한다고 제안하지만, 특정 위치의 전력 가용성과 같은 실제 제한은 실제 제약을 부과합니다. 또한 글로벌 사용자의 결함 공차를 보장하고 낮은 대기 시간을 유지하려면 여러 지역에 데이터 센터를 전략적으로 배포해야합니다. 이 배포 요구 사항으로 인해 DCI 네트워크 아키텍처는 시설 전체의 일관된 운영을 유지하는 데 점점 더 중요합니다.

 

두 번째 중요한 고려 사항은 대상 응용 프로그램에 필요한 총 전산 용량 및 통신 대역폭을 결정하는 것입니다. 소셜 네트워킹 플랫폼은 서버 클러스터에서 모든 사용자 - 생성 된 컨텐츠를 저장하고 복제해야 하므로이 과제를 예시합니다. 각 외부 요청은 요청을 적절하게 수행하기 위해 수백 또는 수천 개의 서버에 병렬 연결이 필요할 수 있기 때문에 지원 네트워크 인프라가 가장 중요합니다. 이러한 맥락에서, DCI 네트워크는 이러한 분산 작업이 통합 시스템으로 작동하도록하는 백본 역할을합니다.

 

세 번째 필수 질문은 여러 응용 프로그램 및 속성에서 개별 서버를 다중화 할 수있는 정도를 다룹니다. 예를 들어 Yahoo와 같은 포털 웹 사이트는 배치 데이터 처리, 인덱스 생성, 광고 배치 및 일반 비즈니스 운영을 지원하는 유사한 수의 내부 응용 프로그램과 함께 수백 명의 사용자 -을 호스팅 할 수 있습니다. 최신 DCI 네트워크 구현에서 제공하는 유연성은 이러한 다양한 워크로드에서 동적 리소스 할당을 허용합니다.

 

 

 

그림 2.1은 전통적인 척도 - UP 접근법을 사용하는 일반적인 데이터 센터 네트워크 아키텍처를 보여줍니다. 이 구성에서 각 랙에는 구리 케이블 또는 광 섬유를 통해 - 랙 (TOR) 스위치의 상단 -에 연결된 수십 개의 서버가 포함되어 있습니다. 이 TOR 스위치는 이후 광학 트랜시버를 통한 액세스 레이어 스위치에 연결합니다. 각 TOR 스위치가 U 업 링크를 사용하는 경우 Tor 스위치가 일반적으로 여러 스위치에 병렬로 연결되므로 전체 네트워크는 단일 클러스터 내에서 U 액세스 스위치를 지원할 수 있습니다. 각 액세스 스위치의 포트 카운트 C는 총 지원 가능한 Tor 스위치의 총 수를 결정합니다.

 

 

각 TOR 스위치가 D 다운 링크를 사용하여 호스트에 연결하면 각 클러스터의 네트워크 스케일은 Tor 층에서 D : C의 수렴 비율로 C × D × U 포트로 확장 될 수 있습니다. 이 두 - Tier Architecture가 칩 radix - 추가 레이어를 전환하여 종종 제한되어 종종 -가 불충분 한 경우 집계 레이어를 생성하기 위해 계층 구조에 추가 할 수 있습니다. 이 확장은 대기 시간이 증가하고 내부 네트워크 연결 오버 헤드가 높아지는 비용이 발생합니다. 다중 클러스터를 상호 연결하기 위해 3 개의 - 계층 클러스터 라우터 (CR)가 일반적으로 데이터 센터 패브릭의 상단에 배포됩니다.

 

이상적인 시나리오에서 데이터 센터에서 두 서버의 두 서버를 직접 연결하는 전체 - 메쉬 네트워크 구조는 완전한 이등역 대역폭을 제공하면서 프로그래밍을 단순화하고 서버 계산 효율성을 향상시킵니다. 그러나, 이러한 설계는 엄청나게 비싸고 각 층에서 수렴의 적용이 필요하다는 것을 증명한다. 시스템이 대역폭 요구를 지원할 수없는 경우, 조직은 전통적으로 더 큰 코어를 구축 할 수있는 더 큰 용량의 새로운 하드웨어를 구매합니다. - UP 접근법. 이 방법론은 중소형 - 크기의 데이터 센터에 적합하지만 비싸고 신뢰할 수있는 높은 - 용량 하드웨어에 대한 상당한 선불 투자가 필요합니다.

 

 

 

지난 10 년 동안 상품 실리콘 스위칭 칩 및 소프트웨어의 개발 - 정의 네트워킹 (SDN) 제어 평면은 데이터 센터 아키텍처에 혁명을 일으켰습니다. 스케일 - Out 모델은 큰 - 스케일 컴퓨팅 및 스토리지 플랫폼을 제공하기위한 기초로 - UP 접근법을 대체했습니다. 이러한 변환은 DCI 네트워크 설계의 진화에서 특히 중요하여 전례없는 확장 성과 유연성을 가능하게합니다.

 

 

그림 2.2는 업계 표준이 된 척도 - 아웃 데이터 센터 아키텍처를 보여줍니다. 큰 - 스케일을 구축하기 위해, 비 - 네트워크 직물 차단, 상품 스위칭 칩에 구축 된 동일한 스위치로 구성된 작은 클러스터 (POD)의 배열이 사용됩니다. 액세스 계층은 레이어 2 스위칭 기능을 수행하는 기존 TOR 스위치 또는 집계 스위치에 연결된 서버 링크의 투명한 집계로 구성 될 수 있습니다. 이 네트워크는 포드 내 및 포드 사이에서 광범위한 경로 다양성을 갖춘 전체 이조적 대역폭을 제공합니다.

 

스케일 - Out DCI 네트워크 모델은 큰 - 스케일 데이터 센터 구성에 수많은 이점을 제공합니다.

 

 

 

 

 

 

 

DCI 네트워크 기술의 발전은 클라우드 컴퓨팅, 컨텐츠 제공 네트워크 및 엔터프라이즈 디지털 혁신 이니셔티브의 요구가 증가함에 따라 발생했습니다. 현대 구현은 긴 - 거리 연결에 걸쳐 대역폭 효율을 극대화하기 위해 Coherent Optics 및 WDM (Witengent Division Multiplexing)을 포함한 고급 광학 기술을 활용합니다.

 

 

소프트웨어 - 정의 된 네트워킹은 DCI 네트워크 리소스를 관리하고 할당하는 방식에 혁명을 일으켰습니다. SDN은 데이터 평면에서 제어 평면을 추상화함으로써 동적 대역폭 할당, 자동 장애 조치 및 정교한 트래픽 엔지니어링 기능을 가능하게합니다. 이러한 발전으로 전례없는 효율성과 안정성으로 DCI 네트워크 인프라를 운영 할 수있었습니다.

 

인공 지능 및 머신 러닝을 DCI 네트워크 관리 시스템에 통합하는 것은 네트워크 진화의 다음 국경을 나타냅니다. 예측 분석은 트래픽 패턴을 예상하고 성능을 최적화하기 위해 네트워크 구성을 선제 적으로 조정할 수 있습니다. 이상 탐지 알고리즘은 서비스 제공에 영향을 미치기 전에 잠재적 인 문제를 식별 할 수있어 사전 유지 보수를 가능하게하고 다운 타임을 줄일 수 있습니다.

 

 

 

몇몇 새로운 기술은 DCI 네트워크 아키텍처를 더욱 변화시킬 것을 약속합니다. Silicon Photonics는 대역폭 밀도를 높이는 동시에 전력 소비 및 비용의 극적인 감소 가능성을 제공합니다. Quantum Networking Technologies는 여전히 초기 개발 단계이지만 결국 중요한 인터 - 데이터 센터 통신을위한 전례없는 보안 및 성능을 가능하게 할 수 있습니다.

 

 

 

 

성공적인 DCI 네트워크 구현은 몇 가지 주요 설계 원칙에주의를 기울여야합니다. 네트워크 아키텍트는 대역폭, 대기 시간, 신뢰성 및 비용을 포함한 여러 경쟁 요구 사항의 균형을 맞춰야합니다. 업계 경험에서 다음과 같은 모범 사례가 나타났습니다.

 

 포괄적 인 중복성을 구현하십시오

DCI 네트워크는 여러 데이터 센터를 연결하는 중요한 인프라 역할을하며 모든 실패는 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다. 중복 경로, 장치 및 전체 네트워크 직물조차도 구성 요소 고장에도 불구하고 지속적인 작동을 보장합니다.

 

표준화 된 프로토콜을 채택하십시오

독점 솔루션은 특정 장점을 제공 할 수 있지만, 긴 - 상호 운용성 및 공급 업체의 유연성의 장기 이점은 일반적으로 짧은 - 용어 성능 이득을 능가합니다. 표준 - 기반 DCI 네트워크 구현은 더 쉬운 문제 해결, 유지 보수 및 진화를 용이하게합니다.

 

모니터링 및 분석에 투자하십시오

최신 DCI 네트워크 배포의 복잡성으로 인해 수동 감독은 비현실적입니다. 자동화 된 모니터링 시스템은 실제 - 시간으로 수천 개의 메트릭을 추적하여 여러 데이터 센터의 이벤트를 상관시켜 문제를 신속하게 식별하고 해결해야합니다.

 

성장 계획

DCI 네트워크 용량 요구 사항은 일반적으로 처음에 예상했던 것보다 빠르게 성장합니다. 추가 섬유 경로 및 스위칭 용량을 포함하여 확장을 염두에두고 설계하면 수요가 증가함에 따라 비용이 많이 드는 개조를 방지합니다.

 

 

 

보안은 DCI 네트워크 설계 및 운영에서 가장 중요한 관심사를 나타냅니다. Inter - 데이터 센터 통신은 종종 공개 네트워크 또는 공유 인프라를 통과하여 포괄적 인 보안 전략을 통해 해결해야 할 잠재적 인 취약점을 만듭니다.

 

데이터 보호 전략

 

대중 교통 데이터의 암호화는 데이터 센터 사이에 민감한 정보를 보호하는 데 필수적입니다. 최신 DCI 네트워크 구현은 일반적으로 네트워크 계층에서 IPSEC 또는 MACSEC 암호화를 사용하며, 일부 조직은 특히 민감한 워크로드에 대한 추가 응용 프로그램 - 계층 암호화를 구현합니다. 암호화의 성능 영향은 대기 시간과 처리량에 크게 영향을 줄 수 있으므로 신중하게 고려해야합니다.

 

 

 

DCI 네트워크 성능을 최적화하려면 기술 및 운영 측면을 모두 다루는 다각적 인 접근 방식이 필요합니다. 동일한 - 비용 멀티 - 경로 (ECMP) 라우팅 및 정교한로드 밸런싱 알고리즘을 포함한 트래픽 엔지니어링 기술은 사용 가능한 대역폭의 효율적인 활용을 보장합니다. 서비스 품질 (QOS) 정책은 네트워크 혼잡 기간 동안에도 응용 프로그램 성능을 유지하는 중요한 트래픽의 우선 순위를 정합니다.

 

최적화 기술	주요 이점	구현 복잡성	일반적인 사용 사례
ECMP 라우팅	대역폭 활용 증가	중간	일반 - 목적 데이터 센터 트래픽
서비스 품질	우선 순위를 정한 트래픽 처리	높은	중요한 응용 프로그램을 갖춘 혼합 워크로드 환경
전진 오류 수정	시끄러운 링크에 대한 신뢰성 향상	낮은	Long - 운반 DCI 연결
가장자리 캐싱	대기 시간 및 대역폭 사용	중간	콘텐츠 제공 네트워크, 미디어 스트리밍
교통 공학	최적의 경로 선택	매우 높습니다	큰 - 스케일 멀티 - 사이트 dci 배포

 

대기 시간 최적화는 중요한 지리적 거리에 걸친 DCI 네트워크 연결에 특히 중요합니다. 빛의 속도는 최소 대기 시간에 기본 제한을 부과하지만 신중한 라우팅 결정과 데이터 센터의 전략적 배치는 불필요한 지연을 최소화 할 수 있습니다. 일부 조직은 FEC (Forward Error Correction) 및 패킷 - 레벨 중복성과 같은 고급 기술을 구현하여 가끔 패킷 손실에도 불구하고 성능을 유지합니다.

 

CDN (Content Delivery Networks) 및 Edge 캐싱 전략을 구현하면 최종 사용자와 가까운 위치에서 자주 액세스하는 컨텐츠를 제공함으로써 DCI 네트워크 트래픽을 크게 줄일 수 있습니다. 이 접근 방식은 사용자 경험을 향상시킬뿐만 아니라 Inter - 데이터 센터 링크의 대역폭 요구 사항을 줄입니다.