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服务器虚拟化与数据中心I/O网络架构设计

2019-09-19 07:34

更重要的是,在仔细规划的前提下,网络容量需要能够使工作流畅并带有一定增长空间。记住,高端的交换机并不代表它能够提升性能。一个在网络设计中最容易被忽视的环节是线缆的连接。检查布线设置,可以非常迅速地确定切换环境可以处理的接口类型。简单的迭代升级,如从CAT 5E升级到CAT 6E,能够导致巨大的架构优化。实际上,行业分析师预测80%-90%的新的线路安装都会采用CAT 6E。向后兼容,如果CAT 5E能够支持的应用,CAT 6同样能够支持。

技术是一个不断变化的实体。技术成功与否归根结底取决于使用该技术的最终用户。好的IT经理总是乐于在一个网络架构中同时利用已有的技术和新出现的技术,来适应他们的需求持续增长的实际环境。

TechTarget中国原创内容,原文链接:

在传统的物理服务器环境中,资源管理牵涉到的问题会使用资源分离的方式解决。这就意味着一台主机只能运行一个工作负载,而且每个工作负载只能使用专用的I/O硬件资源。因为这些物理服务器都是单独连接在需要的网络上,这样不仅能够确保安全,也能保证性能。这些物理上不同的网络使用分离设备的方法来防止入侵威胁、拒绝服务攻击DDoS)和其他主机上的应用故障等问题。

•减少了每台服务器的I/O卡数量:虚拟化的好处在于消除了物理层。不像物理NICs和光纤通道HBAs,虚拟NICs和HBAs能够动态生成并呈递给VMs而不需要重启底层服务器。这意味着增加了物理主机的正常运行时间。

在这之前,Woodforest National Bank每台机箱有64个线缆,现在数量减少到16了。减少了复杂度,但同时还保留了足够的带宽,同时VirtualConnect带来了灵活性,一旦硬件发生故障,把服务器属性部署到新的硬件上也很容易。

如何将I/O虚拟化整合到...

在虚拟网络基础架构中,I/O虚拟化解决了与网络和接口能力相关的问题。I/O虚拟化对每台物理机器都运用了单一高速I/O链接,而不是像传统的做法在每台服务器上配备多个接口卡和连接线。它的美妙之处在于,高速I/O链接在逻辑上被当作多个虚拟资源进行管理。这很像在单一物理主机上运行多台虚拟机VMs),虚拟I/O使得管理员能够生成多个虚拟网络接口卡用于网络连接)和虚拟配接卡HBAs)(用于光纤通道储存)。这些虚拟I/O卡完全能够像被它们替代的物理以太网和光纤通道硬件那样准确运行。关键在于,因为这些网络接口卡和虚拟配接卡在逻辑上不同,它们生成的网络和存储连接也保持了逻辑上的不同。

布线技术的一小步

服务器虚拟化对于数据中心I/O网络架构的需求非常强烈。当物理主机上安装多个工作负载时,他们需要更多的网络带宽。除此之外,还需要更多的网络节点来处理不断增加的数据流。既然网络资源被多个应用所共享,如何确保关键应用能够得到足够的网络资源则变得相对复杂,也会深深影响关键应用的性能和可用性。这篇文章能够帮助IT系统管理员们来理解虚拟化环境的网络需求,如何建立一个适合自己需求的网络架构来提高性能并节约成本。

•更简单的界面管理:虚拟化平台图形用户界面,诸如XenServer、vSphere 和Hyper-V中的界面,目前已经发展到能够更精确地管理一个环境的网络架构。对于初中级工程师,查看图表用户界面是一个重要的步骤,它能帮助了解虚拟NICs情况,从而工程师能够进行现场变更而不损害正常运行,也不再需要担心会拔掉物理连接线。

对于一些IT架构师,执行fabric更多关注的是布线问题。

这是关于网络架构设计两部分系列中的第一篇。想了解关于在网络架构中整合I/O虚拟化方面的知识,请点击第二篇:如何将I/O虚拟化整合到网络体系架构中。

如前所述,每个环境都是独一无二的,所以它们对网络接口能力都有自己的一套要求。为了应对新业务需求,技术变化和终端用户预期的增长, 网络架构在不断进化。

Fabric不是个新词,这个理念的核心是把独立的各个资源,例如处理器、内存和I/O当做互不相连、能够重复使用的元件来对待,使得动态增建和拆卸计算系统成为可能。

虚拟化环境设计

  I/O虚拟化的工具,技巧和最佳实践

Xsigo把虚拟化环境看做投入fabric阵线的目标。它最新的Server Fabric技术能让Xsigo I/O Director平台的用户直接把服务器和虚拟机互相连接,不用配置交换机、交换机端口、虚拟局域网或路由。

理解虚拟化环境下网络设计

•提高数据中心经济效益:硬件设备需要资金投入。连接卡,连接线和服务器外围设备能很快消耗掉预算。通过使用虚拟I/O,所需的NICs和HBAs能够部署在更小的服务器软件包,数据中心能够节约空间,成本和电源。刀片系统也能从无限制的连通性当中受益,因为这种连通性有效消除了某些系统的端口数带来的限制。

Woodforest National Bank在五台惠普的BladeSystem机箱上安装了HP VirtualConnect和FlexFabric,作为去年基础设施更新的一部分内容。“我们决定用VirtualConnect来减少对交换机的线缆,在我们的光纤信道交换机上使用更少的端口。”Woodlands的架构师Stephen Jones说道。

虚拟化 vs. 物理机

4、考虑投资回报率ROI):即使迁移到10GbE环境或是替换服务器上的网卡确实能带来些好处,也一定要确保这样的投入是值得的。对于成熟的IT经理人来说,货币支出超出了有形基础架构的收益是一种浪费。有时,根本不值得这么做,所以在花钱之前,先了解你的实际环境需求。

fabric技术本已是老生常谈,但现在的IT人员却为它带来了崭新的面貌,这一次是为了运行在虚拟化架构的企业工作负载而改变。 Fabr...

简单点来说,我们可以这么看:网络设计可以比作设计一座城市的道路系统。在设计阶段,明确哪个人走哪条路是非常重要的,还有哪些地方的交通会繁重,从哪里开始,到哪里结束,以及某些线路在某段时间内会进行改变等。如果一个道路系统没有足够的道路,那就会产生交通堵塞。如果这种事情发生,情况会变得越来越糟,时间延误和疑惑会接踵而来。在这个时候,任何工程师最不希望看到的是一个烦躁的司机或用户)。反过来说,建立20条道路虽然可以缓解交通堵塞,但也会造成不必要的投入浪费。另一个担忧是所有这些存在的额外道路可能会鼓励更多的交通流量,最终导致的问题是小路连接到大路的时候造成交通堵塞。如果你理解网络,你会知道开始变慢的网络最终会导致停止,用户就会因为时间延误而不开心。如果你设计的太过于铺张,你会浪费钱也会为将来的网络带来额外的问题。

•减少了连接线:作为IT工程师,我们无论如何都不得不处理连接线问题。不论是有直接需求要追踪电缆故障到元件,或是替换远程服务器的次链路,跟连接线打交道都是一项艰巨的任务。因此,为什么不对一些功能性网络任务进行合并呢?把存储和网络流量合并进来能够提高对给定链接的利用率,最终降低了成本,简化了基础架构。由于每个物理I/O能支持和处理服务器在理论上能交付的流量,所以不再需要多条连接线。

同时,他还说通过Xsigo fabric实现east-west数据传输,可以释放他们公司向北的端口,减少核心网络架构的资金投入。

对于未来增加网络连接的需要,虚拟服务器需要专属的管理网络系统,如IPMI和VLAN的管理,而且还需要外接存储连接,比如专属的iSCSI或者FCoE的端口,又或者由光纤通道连接的特殊存储区域网络SAN)的端口。如果需要虚拟机在其他的物理端口中可移动自如,一个好的SAN环境是必需的。这就需要更多的连接性和接口的设计。

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Bluelock的IT主管Aaron Branham认为Xsigo的Server Fabric改变了游戏规则。他说:“Xsigo的限制之一在于所有的以太网流量必须通过line card走。”但是现在,只要两台服务器在同一个虚拟局域网上,他们就可以交流。特别是在east-west traffic,比如在VMware VMotions和大文件传输中特别有用。

从技术的角度来看,在虚拟机和物理机之间有着一些关键的区别。然而,从网络流量的角度来看,我们可以看到很多相似点。无论工作负载是物理的或是虚拟的,从两种形式产生的流量会产生不同的模式来交由IT工程师管理。

对于IT管理员来说,在着手网络接口设置时,还有许多选项内容要考虑。起步很简单——一台物理服务器,两张网络接口卡NICs)。但是现在该怎么办?依据环境大小,工程师必须还要考虑应用负荷、交换能力、虚拟局域网VLANs)、工作流量,以及整体用户流量。在这篇文章中,我们将讨论I/O虚拟化如何整合到网络体系架构中,以帮助降低硬件成本。

如蜘蛛网般紧密的网格

适合的网络容量设计,像道路设计,需要从细心的容量测量开始。这表明每个设计都必须涉及到环境的每个细节。如果10台物理主机带着100个虚拟机VMs)运行在一个资源环境中,工程师就要理解这个网络结构会变得复杂。然而,如果这个环境是两台虚拟机上运行4个虚拟机,那就会相对简单得多。

2、使用工具协助收集数据:有些软件包可以用来收集网络标准数据,比内置的操作系统工具更好用。像Orion NetFlow Traffic AnalyzerNTA)这类产品,它们使管理员能够准确量化网络如何在用,由谁在用,用于何目的。NTA的制图功能可以把抵达特定端口、源地址、目标地址和协议的流量与你能很容易识别的应用名字相关联。

Sultan补充说,同时网络技术和设计已经进化,让fabric变成更可行的概念。

可以分享的也是最重要的诀窍是:千万不要去买最昂贵的网络硬件设备,如果只是因为你觉得它会有帮助。

为了更好的了解环境的需求,进行I/O虚拟化规划时请认真思考如下步骤:

所有他们的报告不约而同地增加了虚拟化环境中east-west traffic,这能够促使IT工作站购买他们的产品。

一台10GbE能力的HP ProCurve 交换机可能要耗费几千美元但却不一定在环境中需要被用到。额外的交换机模块也会大幅度的提高成本。首要的事情是一次针对核心网络带宽的分析。其次,是对未来的规划。在理解当前的需求和未来的预期后,一位IT经理才能够在不超出预算的情况下建立起一套合适的网络架构。

3、了解网络架构和界面互联性:经常有这样的情况,一家公司购买了价格不菲的网络交换机,却发现新机器并没有给它现有的服务器或连接线环境带来什么益处。清楚地了解实际环境,管理员就能明白需要买什么。往往中型架构在千兆比特网络中就能运行得很好,而如果对它内部组件进行升级,也不见得性能就会有提高。进行网络调研,能够显示出对内部带宽而言在用哪些资源,以及是否确实有问题出现。

Woodforest的环境基本上97%是在VMware上的虚拟化,结果很多网络流量在虚拟机之间流动,而且都在同样的机箱内,也经常在同样的主机上。Jones承认把网络流量保留在机箱内会缩小核心网络上的工作负载——但这只是一点。“交叉网络交流仍然需要通过核心网络移动——这一点不会变的。”

IT最令人惊艳的地方是对于创新的不断追求以及对数据中心管理者的全新挑战。服务器技术的发展取决于网络能力。我们将数据通过一种网络方式进行传输,其传输能力的高低直接取决于相关传输设备的性能。换句话说,如果一台10千兆以太网GbE)的设备可用,并不代表这个性能永远存在。作为一台当前连接在架构中的服务器,能够处理这种数据吞吐量的能力是必要的。因此,网络架构中升级或扩展的设计是非常重要的一环。

在数据中心使用I/O虚拟化有如下几种好处:

Compute fabric技术本已是老生常谈,但现在的IT人员却为它带来了崭新的面貌,这一次是为了运行在虚拟化架构的企业工作负载而改变。

由于服务器虚拟化的介入,物理主机的模式发生了一些改变。在虚拟化的帮助下,IT经理创建了一个可按需部署的灵活的资源池。任何服务器可以在理想状态下运行任何应用,而单台服务器需要充足的网络连接数来满足上面运行的所有应用。这能够帮助冗余、故障切换、灾难恢复和其他方面的业务连续性能力,而传统的物理服务器环境要办到就比较困难。

由于虚拟化还将继续在数据中心扩大其影响,所以寻求如何改进网络I/O就成了一项持续的努力。伴随着网络I/O技术的发展,使用机载虚拟I/O技术将帮助满足虚拟基础架构发展需求。

思科数据中心交换机高级经理Omar Sultan说:“目前还有很多传统的north-south traffic,但按常规来看,east-west traffic正成为趋势。”

设定一条好的基准线的方法是监控目前的工作负载并将这些性能结果作为参考。我们稍后来学习结合度量工具。如果没有测试,就没有一个客观的方法来规划网络性能——猜测是非常不可靠的。如果用猜测来做设计,常常会给一个可行的部署方案带来更多的错误或者超支。

1、收集性能标准:在识别哪些是合适的硬件可适用于虚拟化软件或硬件时,性能数据是一项重要因素。管理员要从服务器,存储系统和网络装置上收集性能标准,而且持续的时间段不少于30天。通过标准业务流程监控应用情况和服务器运行情况,然后确定应用使用的高峰和低谷,以及该应用所使用资源的类型和数量。记住,如果你的服务器操作系统的内置监控工具能够识别虚拟化,你也可以它来进行监控,或者寻求专业顾问。

Fabric科技受益于更宽广的管道、更低的滞后时间和更进步的管理模型,这些帮助IT管理员把资源当做抽象的架构,Sultan说。在思科的案例中,UCS Manager证明了这一点,它能让IT管理员定义服务模式,适应fabric的资源。否则,重新配置服务器永远是个手动活儿。

备注:把所有旧的网络连线替换成最新的CAT 6E布线不会立即使你拥有千兆的传输能力。除非每一个网络环境中的部件是基于千兆的,否则没有哪个网络架构能够被称为一个“真正千兆”的网络架构。

但是Xsigo并非唯一赞扬fabric产品的。网络运营商比如思科、Juniper和Brocade都有fabric技术,可用性各不相同,而像惠普和戴尔这样的服务器供应商以惠普VirtualConnect FlexFabric,或者戴尔Pan System的形式提供了fabric技术,最早是从Egenera开始的。

以前fabric有时会被看做是群集和网格互联或者处理器区域网络,主要用于高性能计算high-performance computing,HPC),帮助scale-out节点在它们之间共享大数据集。Fabric仍然满足有那些“east-west”traffic pattern的应用,但是将会逐渐趋向于虚拟化环境。

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