تتناول المقالة المبادئ الأساسية لبناء الشبكات في مراكز البيانات ، وتقدم أمثلة على حلول الأجهزة من Juniper Networks. لا يحمل تحليلاً تقنيًا عميقًا ، ولكن من المحتمل أن يكون مفيدًا لأولئك الذين سيقومون بتنظيم أول مركز صغير للبيانات ، أو يبحثون عن حلول بديلة وفرص جديدة في مراكز البيانات الحالية.
إن موضوع بناء شبكات الاتصال في مراكز البيانات بعيد عن الجديد اليوم. تشهد هذه المنطقة حالياً تطوراً سريعاً ، وهو ما يبرره الاحتياجات المتزايدة باستمرار لتخزين المعلومات ، فضلاً عن الهجرة الجماعية للخدمات والتكنولوجيات إلى "الغيوم".
في هذا الصدد ، تتزايد متطلبات شبكات البيانات في مركز البيانات كل يوم. وهذا يجبر البشرية على تطوير تقنيات جديدة لإدارة الشبكة ومعالجة حركة المرور وتشغيل المعدات. تحسين الحلول الحالية ، وبالطبع تقليل العبء على الموارد البشرية من أجل القضاء على الأخطاء المرتبطة بالعامل البشري.
كان التغيير المهم هو اتجاه تدفق حركة المرور في مركز البيانات - إذا مرت تدفقات حركة المرور الكبيرة السابقة من الأسفل إلى الأعلى - عموديًا ، من الخوادم إلى العالم الخارجي ، أصبح الوضع مختلفًا تمامًا ، والآن تتواصل الخوادم مع بعضها البعض ، وتنقل تدفقات كبيرة من المعلومات إلى بعضها البعض ، مما يغير نسب الأحجام حركة المرور لصالح التبادل "الأفقي".
في عام 1953 ، حل عالم الرياضيات تشارلز كلوزه ، مشكلة تحسين اتصالات الشبكة للاستخدام في شبكات التلغراف. كانت طريقة الاتصال "لكل منها" زائدة عن الحاجة وتطلبت موارد كبيرة للتنفيذ. كانت فكرة كلوزه بناء شبكة وفقًا لمخطط من ثلاثة مستويات. مدخل - متوسط - خروج. في هذا المخطط ، تم تقليل عدد الاتصالات المادية بشكل حاد ، ولكن الأداء العام للشبكة كان كافياً للتشغيل.
تم أخذ نفس المبدأ كأساس لبناء شبكات نقل البيانات في مركز البيانات. مع التغيير الوحيد ، تم دمج مستويات "المدخلات" و "المخرجات" في مستوى واحد ، لأن الخوادم هي مصدر المعلومات والمستهلك. في النهاية ، حصلنا على مخطط اتصال بالشبكة وفقًا لمبدأ Spine - Leaf.
مخطط اتصال شبكة العمود الفقري - ليفتم بناء المخطط عن طريق القياس مع النباتات في الطبيعة. ورقة - ورقة. يتم إرفاق الأوراق بالجذع. العمود الفقري - الجذع (أو الحافة). ونتيجة لذلك ، نحصل على هيكل عام واحد.
ورقة. معدات مستوى الوصول حيث تتصل الخوادم في مركز البيانات. هذه هي أعلى مفاتيح الرف مع كثافة منفذ عالية. كما ترى من الشكل ، يتم توصيل جميع أجهزة Leaf في خطوط منفصلة بكل مفتاح تبديل Spine. هذا يسمح لك بتحقيق مستوى عال من التكرار والتسامح مع الخطأ.
العمود الفقري عادة ما تكون معدات مستوى "التجميع" معدات إنتاج بكثافة عالية للموانئ تبلغ 25/40/50/100 جيجابت / ثانية. السمة المميزة لهذا الجهاز هي مجموعة واسعة من الوظائف المدعومة ، وأداء أكبر مقارنة بمستوى Leaf.
ونتيجة لذلك ، نحصل على مخطط تتدفق فيه حركة المرور عبر معدات على مستوى العمود الفقري. قد لا يبدو هذا التوزيع لتدفقات حركة المرور مثالياً إذا كان كلا الخادمين والمصدر والمستقبل متصلين بمفتاح Leaf نفسه. وهذا صحيح ، في هذه الحالة ، تمر حركة المرور مباشرة من خلال مفتاح Leaf دون الارتفاع إلى مستوى أعلى.
QFX عبارة عن سلسلة من المفاتيح لإنشاء شبكات مراكز البيانات.
لا يحمل الاختصار QFX أي معنى منطقي ، لذلك لن ندخل في معنى هذه الأحرف الثلاثة. تم تطوير وتسويق هذه المعدات من قبل Juniper Networks ، وهي شركة رائدة في تطوير وتصنيع معدات الاتصالات.
في الوقت الحاضر ، تتعامل أي شركة مصنعة تحترم نفسها لمعدات الاتصالات ، سواء كانت Cisco و Arista و Extreme وغيرها ، مع مشكلات التحويل والتوجيه في مراكز البيانات.
تتخذ الشركات المصنعة لبرامج الشبكة ، والتي يمكن استخدامها جنبًا إلى جنب مع المعدات بدون برامج مثبتة مسبقًا ، أو مباشرة على الأنظمة الأساسية للخادم ، موقفًا مثيرًا للاهتمام. يتم تطوير هذا الاتجاه بالتعاون الوثيق مع الشركات المصنعة لمعدات الاتصالات السلكية واللاسلكية إنشاء منتجات وتقنيات جديدة.
عودة إلى أجهزة Juniper Networks QFX. تم تصميم السلسلة بأكملها لتلبية احتياجات مراكز البيانات. تتم كتابة البرنامج مع مراعاة الوظائف اللازمة ، وتأخذ بنية المعدات في الاعتبار متطلبات التسامح مع الخطأ والتكرار.
يتم تمثيل خط التبديل لمراكز البيانات بواسطة السلسلة التالية:
- سلسلة QFX51xx - معدات مستوى الورقة.
- سلسلة QFX52xx هي معدات يمكن استخدامها على مستوى Leaf وعلى مستوى Spine.
- سلسلة QFX10k - معدات مستوى العمود الفقري.
اعتمادًا على السلسلة ، تم بناء المعدات على شرائح Broadcom ، أو على تطويرات Juniper الخاصة. كل من الخيار والآخر له إيجابياته وسلبياته.
خذ بعين الاعتبار QFX51xx - QFX5100 الأقدم ، بالإضافة إلى الإصدار المحدث من QFX5110. يعتمد كلا المفتاحين على Broadcom Trident 2+ ، ولكن على إصدارات مختلفة. ونتيجة لذلك ، لم نحصل على نفس سلوك المحول أثناء التشغيل ، وبالطبع الدعم المختلف لوظائف البرنامج وسعة المنفذ. كما ذكرنا سابقًا ، يتم وضع هذا الجهاز بشكل أساسي كجهاز Leaf. من الممكن استخدام سلسلة 51xx كجهاز Spine في مراكز البيانات الصغيرة.
يدعم QFX51xx التكرار في مصادر الطاقة وفقًا للمخطط AC / DC و AC / AC و DC / DC.
تم بناء البرمجيات والمعدات باستخدام آليات المحاكاة الافتراضية. على عكس السلسلة الأخرى لمبدلات الشركة ، يعمل نظام التشغيل Junos OS كجهاز افتراضي تحت برنامج مراقبة الأجهزة الافتراضية KVM الذي يعمل على الجهاز. وبفضل هذا ، يدعم الحل تقنية تحديث البرامج - TISSU. أثناء عملية الترقية ، يتم إنشاء أجهزة افتراضية Junos OS إضافية ، ويتم التبديل بينها بحد أدنى من انقطاع الخدمة.
تم بناء QFX5100 على إصدار أقدم من شريحة Trident 2+ ، وفي رأيي المتواضع ، يستحق بالفعل التقاعد ، مما يفسح المجال لأخيه الأكبر QFX5110.
يتم إجراء QFX5100 في العديد من التعديلات:
- QFX5100-48S - محول SFP + 48 منفذًا + 6 منافذ QSFP +.
- QFX5100-96S عبارة عن محول SFP + 96 منفذًا مع 8 منافذ QSFP +.
- QFX5100-24Q - 24 منفذ QSFP + Switch.
- QFX5100-48T - 48 منفذًا 10G BASE-T 6 منافذ QSFP +.
QFX5110 هو نموذج أحدث في سلسلة 51xx ، مبني على نسخة محدثة من شريحة Trident 2+. في رأيي ، هذا هو أفضل حل Juniper متاح للعمل كأجهزة Leaf.
QFX5110 - نموذج أحدث في سلسلة 51xx ، مبني على نسخة محدثة من شريحة Trident 2+
يتكون QFX5110 في عدة إصدارات
- QFX5110-48S - محول SFP 48 منفذ + 4 منافذ QSFP28.
- QFX5110-32Q هو محول لـ 32 منفذ QSFP + أو 20 منفذ QSFP28.
بشكل عام ، يمكن للمرء أن يلاحظ كثافة عالية تبلغ 10 منافذ Gb / s للتبديل على الأجهزة الطرفية ، وبدلاً من ذلك منافذ الوصلة الصاعدة "العريضة" التي تصل إلى 100 Gb / s ، مما يسمح بالحصول على مستوى ارتباط إعادة الاشتراك إلى "1: 1.2" عند تحميل مفتاح نموذج 5110 بالكامل. أعتقد أن هذا مؤشر جيد.
جدول مقارنة صغير:
خذ بعين الاعتبار سلسلة QFX52xx. يتم تمثيل معدات هذه السلسلة بنموذجين QFX5200 ، بالإضافة إلى QFX5210. تم بناء السلسلة بأكملها على الجيل الأول من شريحة Broadcom Tomahawk. هذا يفرض حدوده على وظائف وأداء الحل. تم وضع هذه السلسلة كأجهزة Spine لمراكز البيانات الصغيرة ، أو كأجهزة Leaf إذا كان من الضروري توصيل 25 محطة جيجابت / ثانية للمعدات الطرفية ، ويرجع ذلك إلى الكثافة العالية لمنافذ QSFP28 وحقيقة أن المعدات مبنية على شريحة تجارية من Broadcom ، مع وظائف محدودة.
يدعم QFX52xx التكرار في مصادر الطاقة وفقًا لمخطط AC / DC و AC / AC و DC / DC.
كل ما سبق حول تشغيل البرنامج على أجهزة QFX51xx صالح أيضًا لسلسلة QFX52xx. يعمل نظام التشغيل Junos OS تمامًا مثل الجهاز الافتراضي ، مع القدرة على استضافة TISSU.
يتم تمثيل QFX5200 بطرازين ، QFX5200-32C الأقدم مبني على شريحة Broadcom Tomahawk ، وأحدث QFX5200-48Y مبني على شريحة Broadcom Tomahawk +:
- QFX5200-32C - مفتاح منفذ 32 QSFP28.
- QFX5200-48Y - 48 منفذ SFP28 منفذ 6 منافذ QSFP28.
يتم تمثيل QFX5210 بنموذج واحد ، وهو في الواقع ، مفتاحين QFX5200-32C ، مما يعطينا نفس القيود.
QFX5210-64C - مفتاح منفذ QSFP28 64.
في النهاية ، نحصل على كثافة منافذ عالية تبلغ 100 جيجابت / ثانية مقابل القليل من المال نسبيًا ، مما يجعل هذه المعدات حلاً جيدًا للعمود الفقري في مراكز البيانات الصغيرة والمتوسطة الحجم. أيضًا ، أود أن أشير إلى اللحظة التي تسمح فيها المعدات بترحيل مستوى Leaf بسرعة 25 جيجابت / ثانية
دعنا ننتقل إلى سلسلة QFX10k. تم تصميم معدات هذه السلسلة على تطوير Juniper الخاص ، رقاقة Q5 ، بسعة 500 جيجابايت / ثانية. هذه الشريحة لديها القدرة على توصيل الذاكرة الخارجية لتخزين معلومات توجيه RIB / FIB. هذا يسمح لك ببناء معدات عالية الأداء وإدخال وظائف جديدة كما تظهر في السوق من خلال تحديثات البرامج. تم تصميم سلسلة مفاتيح QFX10k لتلبية جميع احتياجات السوق الحديثة ، لاستخدامها في مراكز البيانات الكبيرة على مستوى العمود الفقري ، وكذلك لبناء الروابط بين مركزي بيانات متباعدين جغرافيًا - DCI - ربط مركز البيانات.
تتوفر مفاتيح QFX10k في كل من التصميمات الثابتة والمعيارية.
QFX10002 هو مفتاح تبديل الوضع الثابت 2RU. تتضمن السلسلة عدة نماذج:
- محول QFX10002-36 / 72Q مع دعم لمنافذ 36/72 QSFP + أو 12/24 QSFP28 منافذ.
- محول QFX10002-60C مع دعم لـ 60 منفذ QSFP28.
QFX100xx هو مفتاح معياري. هذه عبارة عن هيكل كبير مع القدرة على توصيل أنواع مختلفة من بطاقات الخطوط ، وتقديم الدعم لأنواع مختلفة من الواجهات (SFP و SFP + و SFP28 و QSFP + و QSFP28). تسمح المعدات باستخدام تكرار المكونات داخل هيكل واحد ، مثل وحدات التحكم وبطاقات الخط.
تحتوي السلسلة على هيكل مع القدرة على تضمين 8 أو 16 بطاقة خط.
تحتل معدات QFX10k اليوم مكانة رائدة في قطاع "أجهزة العمود الفقري" لشبكات مراكز البيانات. تعتبر المفاتيح في منافسة قوية مع المعدات من الشركات المصنعة الأخرى في هذا القطاع.
تدعم جميع المعدات آليات التكوين عن بُعد لـ NetConf وجمع الإحصاءات والتحليلات باستخدام Junos Telemetry.
بشكل عام ، استعرضنا الطوبولوجيا المادية لبناء الشبكة - في أفضل إصدار تدريبي - للمعدات المحتملة من Juniper. تجدر الإشارة إلى أن الشركات المصنعة للمعدات الأخرى لديها نظائرها لمثل هذه المفاتيح. باستخدام مراجعتنا ، يمكنك دائمًا اختيار ما يناسبك.
في الختام ، أقترح النظر في الخيارات المنطقية لبناء شبكات الاتصالات في مراكز البيانات.
حتى الآن ، يمكنني تمييز خيارين للبناء المنطقي للشبكة:
بناء على خوارزميات الملكية وبروتوكولات العمل.
يعتمد على الخوارزميات المفتوحة وبروتوكولات العمل.
ما زلنا نفكر في الشركة المصنعة Juniper Networks.
في الحالة الأولى ، هناك حلان رئيسيان لبناء الشبكات في مراكز البيانات:
نسيج الهيكل الظاهري
مركز بيانات Junos Fusion
نسيج الهيكل الظاهري. الحل هو تطوير تقنية الشاسيه الظاهري Juniper. يتم استخدام نفس المبدأ لدمج المفاتيح في هيكل مشترك واحد باستخدام بروتوكول VCCP الداخلي. يعتمد VCCP على بروتوكول IS-IS المفتوح ، وهو نسخة منقحة منه. ونتيجة لذلك ، يتم إخفاء آلية تشغيل الحل عن المستخدم النهائي ، وتترك للمطورين ، مما يجعل من الصعب حل أي مشاكل تنشأ أثناء التشغيل ، ولكن يسمح لك باستخدام المنتج النهائي.
- نقطة إدارة واحدة من خلال المفتاح الرئيسي.
- دعم العمارة - أوراق الشجر.
- الحد الأقصى لعدد الأجهزة هو 20 قطعة (4 العمود الفقري و 16 ورقة).
- توسيع نطاق ما يصل إلى 1536 منفذ وصول مع دعم 10 جيجابت / ثانية - FCoE في مصنع واحد.
- نظام Junos لإدارة الفضاء.
Junos Fusion DataCenter. الحل هو منتج جديد للشركة ، مصمم خصيصًا للاستخدام في مراكز البيانات. يتم دعم مفاتيح سلسلة QFX-51xx / 10k فقط. يعتمد الحل على تقنيات 802.1BR و netconf و json-rpc. هيكل منطقي واحد مع القدرة على التحكم من وحدة تحكم واحدة. يتم تطوير الحل بنشاط ، ويتم تقديم وظائف إضافية.
- استنادًا إلى IEEE802.1BR.
- نقطة إدارة واحدة.
- دعم تقنية Spine - Leaf.
- الحد الأقصى لعدد الأجهزة هو 65 قطعة.
- توسيع نطاق ما يصل إلى 6144 منفذ بسرعة 10 جيجابت في الثانية في مصنع واحد.
- القدرة على استخدام جهاز أو جهازين على مستوى العمود الفقري.
- يتم تمثيل طبقة العمود الفقري بمفاتيح QFX10k.
- يتم تمثيل مستوى Leaf بواسطة مفاتيح QFX51xx.
- دعم التبديل المحلي على مستوى Leaf.
- القدرة على تكوين VLAN تلقائيًا على منافذ مستوى Leaf.
- نظام Junos لإدارة الفضاء.
- دعم MC-LAG.
في حالة بناء الشبكة على خوارزميات مفتوحة وبروتوكولات العمل ، هناك حل واحد فقط - IP Fabric. يسمح الحل باستخدام معدات من أي مصنع. يعمل نسيج IP حصريًا على OSI Layer 3. ليس لديها أي نقاط إدارة مشتركة ووحدة تحكم واحدة ، ولكن إمكانيات التوسع ، بالإضافة إلى استكشاف الأخطاء وإصلاحها ، واسعة النطاق.
فصل المستويات. كتكنولوجيا Underlay ، نستخدم بروتوكولات IGP المعروفة لنا ، مثل OSPF / IS-IS ، لمراكز البيانات الصغيرة. إذا كان مركز البيانات يحتوي على العديد من الرفوف ويتم استخدام عدد كبير من الأجهزة الطرفية المتصلة ، فإن الجميع يحب iBGP / eBGP. في رأيي ، هنا ، عند اختيار حل الأساس الذي تقوم عليه ، فهي مسألة ذوق وحس عام.
كحل تراكب ، يتم اختيار شيء مثل VXLAN ، والذي يدعمه معظم الشركات المصنعة لحلول الشبكة ، جنبًا إلى جنب مع MPLS أو ، على سبيل المثال ، تقنيات EVPN. يمكن استخدام معدات Juniper لبناء حلول مماثلة جنبًا إلى جنب مع الشركات المصنعة الأخرى. لا توجد ميزات خاصة هنا ، أعتقد أنه من المستحيل.
- مجموعة واسعة من خيارات النشر.
- دعم تقنية Spine - Leaf.
- مجموعة مفتوحة من التقنيات والبروتوكولات.
- القدرة على استخدام الحلول من مختلف الشركات المصنعة.
- أعلى قابلية للتطوير مقارنة بالحلول الأخرى.
- العمل فقط على المستوى الثالث من نموذج OSI.
في هذه المقالة ، قدمت لمحة عامة عن مبادئ بناء شبكات لمراكز البيانات ، وكذلك إمكانيات استخدام معدات وحلول Juniper Networks لتنفيذها.
تم توفير جميع مواد الصور بلطف من قبل Juniper Networks في شخص المهندس Bugakov Evgeny. التي شكر خاص له.