Huawei DCN: пет сценария за изграждане на центрове за данни

Днес в центъра на вниманието ни не е само продуктова линия на Huawei за изграждане на центрове за данни, но и как да изградим на ней усъвършенствани комплексни решения. Да започнем със сценарии, да преминем към конкретни функции, поддържано оборудване и накрая да завършим с преглед на конкретни устройства, които могат да лежат в основата на модерни центрове за данни с изключително ниво на автоматизация на мрежовите процеси.

Каквито и да са впечатляващите характеристики на мрежовото оборудване, възможностите на приложните архитектурни решения на неговата база се определят от това, колко ефективна може да бъде взаимната интеграция на свързаните с него хардуерни, софтуерни, виртуални и други технологии. В стремежа си да вървим в крак с времето, ние се опитваме бързо да предлагаме на клиентите модерни и обещаващи възможности, които често изпреварват най-смелите идеи на други производители.

В състава на решенията на базата на Cloud Fabric влизат мрежата на центъра за обработка на данни, SDN контролерът, както и други необходими компоненти за конкретния проект, включително от други производители.

Първият и най-прост сценарий включва минимално количество компоненти: мрежата е изградена на хардуерната база на Huawei и външни средства за автоматизация на процесите на управление на мрежата и нейния мониторинг. Например, такива като Ansible или Microsoft Azure.

Вторият сценарий предвижда, че клиентът вече използва система за виртуализация и SDN за центрове за данни, да кажем NSX, и иска да използва оборудване на Huawei като хардуерен VTEP (Virtual Tunnel End Point) в рамките на съществуващото решение VMware. На сайта на тази компания е представен списък с оборудването на Huawei, което е тествано и може да се използва като VTEP. В крайна сметка, не е тайна, че колкото и успешни да са софтуерните решения VXLAN (Virtual Extensible LAN) на виртуалните суичове, хардуерните реализации от гледна точка на производителността са по-ефективни.

Третият сценарий е изграждането на системи от клас хостинг и изчисления, които имат контролер, но не притежават никаква надстройка, с която да е нужно да се интегрират. Един от вариантите за реализиране на такъв сценарий предвижда наличието на отделен SDN контролер Agile Controller-DCN. Тази архитектура системните администратори могат да използват за ежедневни операции по управление на мрежата. По-развитият вариант на третия сценарий се основава на взаимодействието на Agile Controller-DCN с VMware vCenter, обединени чрез някакъв бизнес процес, но отново без надстранична система за администриране.

Забележителен е четвъртият сценарий — интеграция с надстройна платформа на базата на OpenStack или нашия продукт за виртуализация FusionSphere. Регистрираме множество заявки за подобни архитектурни решения, сред които най-голямо търсене има OpenStack (CentOS, Red Hat и др.). Всичко зависи от това, коя платформа за оркестрация и управление на изчислителни ресурси се използва в ЦОД.

Петият сценарий е напълно нов. Освен широко известните хардуерни суичове, той включва разпределен виртуален комутатор CloudEngine 1800V (CE1800V), който може да се експлоатира само с KVM (Kernel-based Virtual Machine). Тази архитектура предвижда свързването на Agile Controller-DCN с платформата за контейнеризация Kubernetes чрез плагина CNI. По този начин Huawei заедно с целия свят напредва от виртуализация на хостове към виртуализация на операционни системи.

Повече информация за контейнеризацията

По-рано споменахме виртуалния комутатор CE1800V, разгръщан с помощта на Agile Controller-DCN. В комбинация с хардуерни суичове Huawei те образуват нещо като "хибриден оверлей". В близко бъдеще контейнерните сценарии от Huawei ще получат поддръжка за функции NAT и балансировка на натоварването.

Ограничението на архитектурата е невъзможността за използване на CE1800V независимо от Agile Controller-DCN. Също така трябва да се има предвид, че един PoD на платформата Kubernetes може да съдържа не повече от 4 млн. контейнера.

Свързването с VXLAN мрежата в ЦОД става чрез VLAN (Виртуална локална мрежа), но има вариант, при който CE1800V играе роля на VTEP с процес на BGP (Протокол за граничен маршрутизатор). Това позволява обмен на BGP маршрути с магистралната мрежа без необходимост от отделни хардуерни комутатори.

Мрежи, управлявани от намерения: мрежи, които анализират намеренията

Концепцията за мрежи, управлявани от намерения (IDN) на Huawei представи още през 2018 г. Оттогава компанията не е спирала работа върху мрежи, които с помощта на облачни технологии, големи данни и изкуствен интелект анализират целите и намеренията на потребителите.

По същество говорим за движение от автоматизация към автономност. Изразеното от потребителя намерение се връща под формата на препоръки за мрежови продукти относно начина за реализиране на това намерение. В основата на тази функционалност стои Agile Controller-DCN, който ще бъде добавен в продукта, за да осигури реализирането на идеологията на IDN.

Перспективно, с внедряването на IDN ще бъде възможно разгръщането на мрежови услуги с едно кликване, което предполага високата степен на автоматизация. Модулната архитектура на мрежовите функции и възможността за комбиниране на тези функции ще позволят на администратора просто да посочи кои услуги трябва да бъдат достъпни в определен мрежови сегмент.

За достигането на такова ниво на управляемост е много важен процесът ZTP (Zero Touch Provisioning). Huawei постигна значителен успех в това, благодарение на което предлага възможност за пълно разгръщане на мрежата "от кутията".

Следващият етап на инсталация и разгръщане задължително включва процедура за проверка на свързаността между ресурсите (network connectivity) и оценка на измененията в производителността на мрежата в зависимост от режимите на работа. Тази стъпка включва провеждане на симулация преди започване на реална експлоатация.

Следващата стъпка е настройването на услугите според нуждите на клиента (service provisioning) и тяхната верификация, извършвана с вградените средства на Huawei. Остава само да се контролира резултатът.

Сега е възможно да преминете през целия описан процес с помощта на един единствен комплексен механизъм на базата на платформата iMaster NCE, съдържаща Agile Controller-DCN и системата за управление на мрежовите елементи (EMS) eSight.

В момента Agile Controller-DCN може да проверява наличността на ресурси и свързаност, както и проактивно (след одобрение от администратора) да реагира на възникнали проблеми в мрежата. Добавянето на необходимите услуги в момента се извършва ръчно, но в бъдеще Huawei възнамерява да автоматизира тази и други операции, като разгръщане на сървъри, конфигуриране на мрежи за СХД и др.

Сервисни вериги и микросегментация

Agile Controller-DCN е в състояние да обработва заглавия на услуги (Net Service Headers, или NSH), съдържащи се в VXLAN пакети. Това е необходимо за създаването на сервисни вериги (service chains). Например, вие искате да изпратите определен вид пакети по маршрут, различен от този, предлаган от стандартния маршрутен протокол. Преди да напуснат мрежата, те трябва да преминат през определено устройство (фаервол и т.н.). За целта е достатъчно да се конфигурира сервисна верига, съдържаща необходимите правила. Чрез този механизъм можете, например, да конфигурирате политики за сигурност, но са възможни и други области на приложение.

На схемата е показано как работят RFC-совместимите сервисни вериги, базирани на NSH, а също така е предоставен списък с поддържащи ги хардуерни комутатори.

Възможностите на решенията на Huawei за създаване на сервисни вериги се допълват от инструменти за микросегментация - метод на мрежова сигурност, който предвижда изолация на сегменти на сигурността до отделни елементи на натоварването. Заобикалянето на „бутилчното гърло“ на списъците за управление на достъпа (Access Control List или ACL) се постига чрез липсата на необходимост от ръчно конфигуриране на огромно количество ACL.

Интелигентна експлоатация

Когато става въпрос за експлоатацията на мрежата, не можем да пропуснем още един компонент от зонтичния бранд iMaster NCE — интелигентния анализатор на мрежата FabricInsight. Той предлага широки възможности за събиране на телеметрия и информация за потоците данни в мрежата. Телеметрията се събира чрез gRPC и акумулира данни за преминали, забавени в буфер и изгубени пакети. Вторият голям обем информация се агрегира чрез ERSPAN (Encapsulated Remote Switch Port Analyzer) и предоставя представа за потоците данни в центровете за данни. Всъщност, тук става въпрос за събиране на TCP заглавия и обеми информация, предавани по време на всяка TCP сесия. Това може да се извърши с помощта на различни устройства на Huawei — техният списък е представен на схемата.

Не са забравени и SNMP, и NetStream, така че Huawei използва както стари, така и нови механизми, за да премине от мрежа като „черен шлем“ към мрежа, за която знаем буквално всичко.

AI Fabric: интелигентни мрежи без загуби

Функциите на AI Fabric, поддържани от нашето оборудване, имат за цел да превърнат Ethernet в мрежа с висока производителност, с ниски закъснения и без загуба на пакети. Това е необходимо за реализиране на основните сценарии за внедряване на приложения в центровете за данни.

На схемата по-горе виждаме проблемите, с които има риск да се сблъскаме при експлоатацията на мрежата:

• изгуба на пакети;
• препълване на буферите;
• проблем с оптималното натоварване на мрежата при използване на паралелни линкове.

В оборудването на Huawei са реализирани механизми, позволяващи решаването на всички тези проблеми. Например, на нивото на чипа е внедрена технологията на виртуалните входящи опашки, която също предотвратява блокирането на входа (HOL blocking).

На ниво протоколи действа механизмът Dynamic ECN — динамична промяна на размера на буфера, а също и Fast CNP — бързо изпращане на съобщения до източника за проблем в мрежата.

Изравняване на правата на потоките Elephant и Mice подпомага поддръжката на технологията Dynamic Packet Prioritization (DPP), която се състои в поставянето на кратки фрагменти данни от различни потоци в отделна опашка с висок приоритет. Така кратките пакети „оцеляват“ по-добре в среда с дълги, тежки потоци.

Нека уточним, че за ефективното действие на изброените по-горе механизми те трябва да бъдат поддържани директно от оборудването.

Всички тези функции се прилагат в един от трите сценария на използване на оборудването на Huawei:

• при изграждане на системи за изкуствен интелект, основани на разпределени приложения;
• при създаването на разпределени системи за съхранение на данни;
• при създаването на системи за високопроизводителни изчисления (HPC).

Идеи, реализирани в „желязото“

След като обсъдим типичните сценарии на използване на решенията на Huawei и изброим основните им възможности, ще преминем директно към оборудването.

CloudEngine 16800 е платформа, която поддържа работа чрез интерфейси от 400 Gbit/s. Нейната отличителна черта е наличието на собствени forwarding chip и процесор за изкуствен интелект, необходими за реализиране на възможностите на AI Fabric.

Платформата е реализирана по класическа ортогонална архитектура с система на охлаждане front to back и се предлага с един от трите типа шасита – за 4 (10U), 8 (16U) или 16 (32U) слота.

В CloudEngine 16800 могат да се използват няколко типа линейни карти. Сред тях са както традиционните 10-гигабитни, така и 40-, а също и 100-гигабитни, включително съвсем нови. В бъдеще се планират карти с интерфейси от 25 и 400 Gbit/s.

Що се отнася до превключвателите тип ToR (Top of rack), текущите им модели са обозначени на времевата линия по-горе. Най-голям интерес предизвикват новите 25-гигабитни модели, 100-гигабитни превключватели с 400-гигабитни uplink и високо плътни 100-гигабитни с 96 порта.

Основният превключвател на Huawei с фиксирана конфигурация в момента е CloudEngine 8850. На негово място трябва да дойде модел 8851 с 32 интерфейса от 100 Gbit/s и осем интерфейса от 400 Gbit/s, както и възможността за разделяне на 50, 100 или 200 Gbit/s.

Още един превключвател с фиксирана конфигурация CloudEngine 6865 все още остава в линейката актуални продукти на Huawei. Това е архиизвестната „работна коня“, предлагаща достъп от 10 / 25 Gbit/s и осем 100-гигабитни uplink. Добавяме, че тя също така поддържа AI Fabric.

На схемата са видими характеристиките на всички нови модели превключватели, чието появяване очакваме в близките месеци, а дори и седмици. Някои забавяния в тяхното навлизане на пазара са свързани със ситуацията около коронавируса. Освен това все още остават актуални въпросите за санкционния натиск върху компанията Huawei, но всички тези събития могат да повлияят единствено на сроковете на премиерата.

Повече информация за решенията на Huawei и възможностите за тяхното приложение лесно може да се получи, като се подготвите за нашите уебинари или се свържете директно с представителите на компанията.

***

Напомняме, че нашите експерти редовно провеждат уебинари за продуктите на Huawei и технологиите, които те използват. Списъкът на уебинарите за предстоящите седмици е наличен на връзката.

Източник: habr.com