Modulo 5 apparecchiature di rete
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Modulo 5 Apparecchiature di rete. Versione 1.0 06 Ottobre 2011. Introduzione. Apparecchiature di rete e consumo energetico Basi su architettura e componenti. Situazione attuale: Apparecchiature di rete e consumo energetico. Reti nei data center:

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Modulo 5 Apparecchiature di rete

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Presentation Transcript


Modulo 5 apparecchiature di rete

Modulo 5Apparecchiature di rete

Versione1.006 Ottobre 2011


Introduzione

Introduzione

Apparecchiature di rete e consumo energetico

Basi su architettura e componenti


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Situazione attuale:

  • Apparecchiature di rete e consumo energetico

  • Retinei data center:

    • Responsabili del consumoenergetico IT tra l’8 e il12 %

    • Vita media piuttostolunga (4–7 anni)

    • Sono un potenzialecollodibottiglia per le performance complessive e per l’efficienzaenergetica


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Caratteristiche delle reti

  • Domanda dei client

  • Parametrifondamentalidi performance:

    • Banda larga, bassa latenza (selezione della tecnologia di rete)

    • Scalabilità e flessibilità (architettura di rete e gestione)

    • Flessibilità per supportare vari servizi (consolidamento, eredità requisiti)

    • Sicurezza (diventa sempre più importante e sta influenzando l’overhead)

    • Alta disponibilità e ridondanza (requisiti QoS)

    • Gestibilità e trasparenza (questo aspetto è supportato da soluzioni di virtualizzazione)

    • Redditività a lungo termine

    • Ottimizzazione dei costi (riduzione CAPEX e OPEX)


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Obiettivi di miglioramento

  • Ila scelta bilanciata

Bilanciare performance tecnologiche e consumo energetico

alte

Performance tecnologiche

Performance energetiche

basse


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Reti nei data centre

  • Modello funzionale


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Reti nei data centre

  • Componenti ed architetture principali


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Performance energetiche delle reti

  • Aspetticheinfluenzano le performance energetichedellereti:

    • Architettura di rete (tecnologia, numero di strati, attributi)

    • Topologia di rete (compreso il cablaggio e la topologia degli switch)

    • Specifiche delle apparecchiature (componenti, funzioni e configurazioni)

    • La virtualizzazione, gestione adattiva del carico (standard adeguati, protocolli)


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Strategie e obiettivi di miglioramento

  • Treobiettiviprincipali per ilmiglioramento:

    • Riduzione dei componenti fisici (numero di attrezzature)

    • Riduzione del consumo energetico delle apparecchiature

    • sistema di ottimizzazione a livello di racke di sala


Strategie e obiettivi di miglioramento

Strategie e obiettivi di miglioramento

Riduzione dei componenti fisici (numero di attrezzature)


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Riduzione dei componenti fisici

  • Riduzionedeicomponenti (numerodiapparecchi):

    • Consolidamentodi router, switch, porte (virtualizazzione, multifunzionalità, servizi)

    • Minor livelli di rete con le tecnologie all-IP (ad esempio FCoE)

    • Creare una rete unificata

    • Sviluppo della più recente tecnologia a banda larga (10/40Gbit/s)


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Vitrualizzazione delle reti

  • Virtualizzazionedeisistemiincluse le retisignifica:

    • Router Virtual (software con funzionalità di routing, sistemi multipli su una macchina reale)

    • Collegamenti virtuali (interconnessione logica del router virtuale)

    • Reti virtuali (router virtuali collegati da link virtuali)

    • Vantaggidellavirtualizzazionedellereti

    • Le interfacce di gestione sono più flessibili

    • costo di acquisizione è ridotto mediante l'uso di software

    • Le prestazioni delle applicazioni aumentano grazie a un’estensione e un’assegnazione dei servizio semplificata

    • Il consumo potenziale di energia cala grazie al consolidamento delle apparecchiature


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Vitrualizzazione delle reti

  • Buone pratiche

  • La virtualizzazionedellereticombinata con la virtualizzazione

    • Router:

    • Riduzionedei router fisicidioltreil 50%

    • Riduzionedeiconsumienergeticidioltreil 60%

    • Firewall:

    • Firewall centralizzatibasatisuretilogicheriduconoilconsumodei firewall dioltreil60%

VM

VM

VM

Firewall centralizzati con VMs

Classic Environment

Untrusted Network

Reti

Insicure


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Consolidamento a livello di apparecchiature

  • Fusione delle classi di traffico

  • L’implementazione della tecnologia a banda larga / alta velocità a Network Adapterconvergenti (CAN) porta a:

    • Riduzionedelleapparecchiaturedirete, cablaggi e gateway

    • Porta ad un consumocomplessivoinferiore


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Consolidamento LAN e SAN

  • Protocollo unificato

Miglioramento: tecnologiadireteunificata(IP-based) con menoapparecchiature(switch)

Initial Situation: Two separate network technologies with respective hardware (switches)


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Situazione iniziale:SAN classica (FC o IB)

  • senzaperdite

  • con overhead piccolo

  •  Alta efficienzaditrasmissione

  • possibileperditadipacchetti

  • overhead elevato

  •  Bassaefficienzaditrasmissione


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Possibilità di miglioramento:

  • Consolidamento delle reti (IP-based)

IP-based (Ethernet)


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Architettura di rete

  • Completamente consolidata


Strategie ed obiettivi di miglioramento

Strategieedobiettividimiglioramento

Riduzione del consumoenergeticodelleapparecchiature


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Consumo energetico

  • delle apparecchiature

  • Riduzione del consumo energetico delle apparecchiature:

    • Consumo energetico medio (legge di Moore)

    • Gestione energetica (non ancora disponibile)

    • Unità di alimentazione (efficienza, ridondanza)

    • Raffreddamento passivo e attivo (dissipatori di calore in rame, ventole a velocità variabile)


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Legge di Moore

  • Effettipositivisulledinamicheditecnologieavanzate

    • Micro/Nanoelettronica(Moore), tecnologiadellacomunicazione (Shannon) , …

  • Ma: gap dicosti e tecnologici

    • Implementazioneinterfacce(AVT/MST), materie rare (costose)…

Sviluppotecnologicodeisemiconduttori


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Selezione delle apparecchiature

  • Topologia e corretto dimensionamento degli switch

Confronto tra profili di potenza di 3Com Switch 4800G 24 o 48 porte

3Com Switch

4800G 48-Port

3Com Switch

4800G 24-Port

2x uplinks and 1x 10G XFP transceiver


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Scoprire le informazioni

  • Acquisto di apparecchi (Efficienza energetica)

Caratteristiche:

  • 8 W per interfaccia 10GE,

  • Soluzione a bassapotenza per 10GE

  • Migliorare l'efficienza di raffreddamento con ventole ridondanti a velocità variabile che regolano automaticamente la loro velocità in base alle condizioni esistenti.

Juniper Switch-EX4500

Fonte: Juniper 2011


Efficienza delle psu

Efficienza delle PSU

  • Situazione iniziale:

    • La maggior parte degli alimentatori nelle apparecchiature di rete hanno un’efficienza inferiore all’ 80%

    • Sono disponibili alimentatori con efficienza al 90%

  • Energy Star e 80 Plus

    • L’Energy Star per i server fissa valori di efficienza superiori al 90%

    • Il programma 80 Plus fissa requisiti superiori

    • Raccomandazioni per il 80 Plus Gold/Plantinum

  • Effetti

    • Consumo energetico ridotto

    • Minor sollecitazione per il raffreddamento

    • TCO inferiore

Source: Cisco 2011


Gestione dell energia ethernet efficiente

Gestione dell‘energiaEthernet efficiente

  • Spegnere i transceiverEthernet (PHY) nei periodi con bassi rate di trasmissione dati

  • sono stati definiti nuove modalità di LPI per transceiver1000BASE-T e 10GBASE-T

  • Le caratteristiche principali sono:

    • Spegnere i trasmettitori e tre dei quattro ricevitori

    • Includono un ciclo di aggiornamento

    • Definiscono un segnale di allarme per riattivarsi rapidamente

  • Attualmente non sono disponibili per le apparecchiature di rete per data center


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Buone pratiche - Confronto dell‘efficienza

  • tra apparecchiature di rete

Migliore

Migliore

Fonte: (Lippis 2011)


Strategie e obiettivi di miglioramento1

Strategie e obiettivi di miglioramento

Ottimizzazione dei sistemi a livello rack e sala


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Ottimizzazione dei sistemi

  • a livello di rack e di sala

  • Ottimizzazione dei sistemi a livello rack e sala:

    • Topologia degli switch(ToR, EoR)

    • Cablaggio adeguato (flussi di aria, tipi di cavo, interfacce)

    • Posizione nel rack (concetti di cooling)

    • Virtualizzazione e controllo


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Topologia switch End-of-Row Utilizzo delle risorse


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Topologia switch Top-of-Rack Utilizzo delle risorse


Topologia switch top of rack v antaggi e svantaggi

Topologia switch Top-of-Rack Vantaggi e svantaggi

  • Top-of-Rack (ToR): ogni rack ha uno switch dedicato;

  • Vantaggi:switch decentrato per ambienti server densi (I / O di consolidamento), per ridurre lo sforzo di cablaggio. Una distanza di cablaggio inferiore tra server e switch migliora la velocità di trasmissione e riduce il consumo di energia per la trasmissione;

  • Svantaggi:Se TOR viene utilizzato nelle situazioni di calcolo meno densificate (pochi server in un rack), il sistema è sovradimensionato. L'efficienza energetica è bassa a causa dell’utilizzo non ottimale delle porte disponibili.


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Cablaggio adeguato

  • Miglioramento di flussi d‘aria e raffreddamento


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Cablaggio

  • Rame

  • Doppinoritorto in rame:

    • Costi inferiori rispetto alla fibra

    • Limitato range: la massima distanza per 10GE ​​è di circa 10m

    • Potenza inferiore: ad esempio, una smallformfactorpluggable (SFP) 10GE consuma solo 0,1 W (a 10m)

    • Le PHY 10GbE con cavo in rame consumano oggi in media 10W per porta

    • Meno robusti: esempio durante l'installazione il cavo si può rompere (ammaccature) più facile rispetto alla fibra


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Cablaggio

  • Fibra ottica

  • Fibra ottica:

    • Elevati OpEx (costi iniziali): componenti attivi (fotonici)

    • Performance più elevate: velocità, larghezza di banda a distanza (300m)

    • Consumo energetico: una porta da 10GbE con fibra ottica consuma 1-2W

    • Molto robusta: prendere comunque in considerazione isolamento, raggio di curvatura e apparecchiature di rete

    • Utilizzabile per livelli core-switch, anche se per ora il rame rimane la prima scelta per il collegamento di server con switchtop-of-rack


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Cablaggio

  • Confronto tra fibra ottica e rame


Processo di miglioramento

Processodimiglioramento


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Processo di miglioramento

  • Passo passo

  • Passo:

    • Fissare obiettivi di miglioramento (reattivi, intelligenti e convergenti)

    • Progettare l’architettura della rete (tecnologia)

    • Acquisto di apparecchi efficienti (power management)

    • Sviluppo e cablaggio adeguato (impatto su flussi d’aria e raffreddamento)

    • Virtualizzazione e bilanciamento del carico


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Processo di miglioramento

  • Fissare gli obiettivi di miglioramento

  • Compiti:

    • Misurazione / monitoraggio del consumo specifico di energia (pre-condizione):

      • Su singoli componenti

      • Rispettivi parametri termici e tecnici (flusso d'aria, temperatura, velocità della ventola)

    • Definizione dei valori obiettivo:

      • Efficienza energetica (Teer / ECR di destinazione)

      • Power Management (non ancora disponibile, obiettivo a lungo termine)

      • Soglia di temperatura (ad esempio impostazione dei limiti secondo ASHRAE)


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Processo di miglioramento

  • Progettare l’architettura della rete

  • Compiti:

    • Definire una lista di parametri obiettivo per:

      • Prestazioni tecniche (molto importante è l'interoperabilità, le questioni legacy)

      • Prestazioni energetiche (eco)

    • Proiezione di questi parametri di performance a specifiche tecniche orientate alle apparecchiature :

      • A questo punto, una decisione deve essere fatta sulla tecnologia di rete di base per le singole reti (SAN, LAN, Access)

      • Tipo / numero di porte di rete

      • il throughput dei dati

      • Funzionalità e servizi aggiuntivi (virtualizzazione e controllo))


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Processo di miglioramento

  • Acquistodiapparecchiatureefficienti

  • Compiti:

    • Screening di mercato in base alle specifiche identificate

    • Linee guida per appalti pubblici (Fraunhofer CC LAN)

    • Consultazione

    • Richiesta di dati di test / dati di benchmark relativi all’energia (Teer)

    • Confronto tra prezzi (guida per la valutazione / selezione)


Modulo 5 apparecchiature di rete

  • Outlook

  • Specifici esempi di buone pratiche (dati reali / casi pratici)

  • Esempi di riduzione hardware (virtualizzazione)

  • Powermanagement di rete (standby e basso idle)

  • Oltre lo stato dll’arte (tutto fibra ottica, tunneling)

  • Classifica delle opzioni di miglioramento


Discussione

Discussione

Domande relative al modulo


Domande discussioni relative al modulo

Domande/discussioni relative al modulo

  • Quali pensi siano i principali ostacoli per l'efficienza energetica nelle apparecchiature di rete?

  • Quali sono gli aspetti principali che influenzano le prestazioni energetiche delle apparecchiature della rete?

  • Quali sono i tre obiettivi di base per il miglioramento dell'efficienza energetica nelle apparecchiature di rete?

  • Qual è il vantaggio principale svantaggio di usare la topologia switchTop-of-rack?


Suggerimenti per approfondimenti

Suggerimenti per approfondimenti

White paper

Pubblicazioni online

Ecc.


Suggerimenti per approfondimenti1

Suggerimenti per approfondimenti

  • Energy Consumption Rating Initiative

    • www.ecrinitiative.org

  • Cisco Efficiency Assurance Program

    • www.cisco.com/assets/cdc_content_elements/flash/dataCenter/eap

  • IBM, Network solutions

    • http://www-03.ibm.com/systems/networking/

  • Energy Proportional Datacenter NetworksAbts D.et al. (2010), Proceedings of the International Symposium on Computer Architecture, Saint-Malo

    • http://static.googleusercontent.com/external_content/untrusted_dlcp/research.google.com/de//pubs/archive/36462.pdf


Suggerimenti per approfondimenti2

Suggerimenti per approfondimenti

  • Government Data Center Network Reference Architecture, Using a High-Performance Network Backbone to Meet the Requirements of the Modern Government Data Center, Juniper (2010)

    • http://www.buynetscreen.com/us/en/local/pdf/reference-architectures/8030004-en.pdf

  • ElasticTree: Saving Energy in Data Center NetworksHeller B. et al. (2010)

    • http://www.usenix.org/event/nsdi10/tech/full_papers/heller.pdf


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