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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

Modulo 5Apparecchiature di rete

Versione1.006 Ottobre 2011

introduzione
Introduzione

Apparecchiature di rete e consumo energetico

Basi su architettura e componenti

slide3

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
slide4

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)
slide5

Obiettivi di miglioramento

  • Ila scelta bilanciata

Bilanciare performance tecnologiche e consumo energetico

alte

Performance tecnologiche

Performance energetiche

basse

slide6

Reti nei data centre

  • Modello funzionale
slide7

Reti nei data centre

  • Componenti ed architetture principali
slide8

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)
slide9

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)

slide11

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)
slide12

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
slide13

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

slide14

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
slide15

Consolidamento LAN e SAN

  • Protocollo unificato

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

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

slide16

Situazione iniziale:SAN classica (FC o IB)

  • senzaperdite
  • con overhead piccolo
  •  Alta efficienzaditrasmissione
  • possibileperditadipacchetti
  • overhead elevato
  •  Bassaefficienzaditrasmissione
slide17

Possibilità di miglioramento:

  • Consolidamento delle reti (IP-based)

IP-based (Ethernet)

slide18

Architettura di rete

  • Completamente consolidata
strategie ed obiettivi di miglioramento
Strategieedobiettividimiglioramento

Riduzione del consumoenergeticodelleapparecchiature

slide20

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)
slide21

Legge di Moore

  • Effettipositivisulledinamicheditecnologieavanzate
    • Micro/Nanoelettronica(Moore), tecnologiadellacomunicazione (Shannon) , …
  • Ma: gap dicosti e tecnologici
    • Implementazioneinterfacce(AVT/MST), materie rare (costose)…

Sviluppotecnologicodeisemiconduttori

slide22

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

slide23

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
slide26

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

slide28

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
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.
slide32

Cablaggio adeguato

  • Miglioramento di flussi d‘aria e raffreddamento
slide33

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
slide34

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
slide35

Cablaggio

  • Confronto tra fibra ottica e rame
slide37

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
slide38

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)
slide39

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))
slide40

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)
slide41

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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