Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Кабельная инфраструктура ЦОД. Учебное пособие
.pdf
31
Рисунок 3.2 – Многомодовое оптическое волокно
Кабель волоконно-оптический 50/125 (OM2) многомодовый применяется
в оптических сетях с 10-гигабайтными скоростями, построенных на
многомодовом волокне. В соответствии с изменениями спецификации ISO/IEC
11801 в таких сетях рекомендуется использовать новый тип патч-кордового
кабеля класса ОМЗ с типоразмером 50/125.
Кабель оптический 50/125 ОМЗ, соответственно сетевым приложениям 10
Gigabit Ethernet, предназначается для осуществления передачи данных на
волнах длиной 850 нм либо 1300 нм, отличных максимально допустимыми
значениями затухания. Используется для обеспечения связи в диапазоне
действия частот 1013-1015 Гц.
Оптический кабель многомодовый 50/125 предназначается для патчкордов и разводки до рабочего места и используется только внутри помещений.
Кабель поддерживает передачу данных на короткие расстояния и
подходит для непосредственного терминирования. Структура стандартного
многомодового оптического волокна G 50/125 (G 62,5/125) мкм соответствует
стандартам: EN 188200; VDE 0888, часть 105; МЭК “IEC 60793-2”;
Рекомендация МСЭ-Т (ITU-T) G.651.
MM 50/125 имеет важное преимущество, которое заключается в низких
потерях и абсолютной невосприимчивости к разного рода помехам. Это
позволяет строить системы с сотнями тысяч каналов телефонной связи.
Многомодовый кабель имеет более толстую сердцевину и лучше
собирает свет от излучателя. За счет этого многомодовые соединения
значительно терпимее к качеству материала, компонентов, излучателей и
оборудования. Однако, их серьезным недостатком является ограниченная
максимальная длина сегмента кабеля – около 550 метров [9, 10].
3.2 Стандарты МОВ для СКС
Оптические системы являются не менее перспективными, и разработка
новых стандартов кабельных носителей не стоит на месте. Это имеет место
быть как в одномодовом волокне, так и в многомодовом. Для удобства
характеристики категорий оптических кабелей также будут сведены в таблицу
3.1.
32
Таблица 3.1 – Характеристики категорий многомодовых оптических кабелей
№
Категория
Минимальная полоса
пропускания, МГц
Диаметр
сердцевины,
мкм
Длина волны,
мкм
1
OM1
200
62,5
850
2
ОМ2
500
50
850
3
ОМ3
2000
50
850
4
ОМ4
4700
50
850
В последнее время, с появлением модулей MPO/MTP в оптических
системах большую популярность приобретают ленточные кабели, которые
вмещают в свою конструкцию от 12 до 24 волокон. Это существенно
оптимизирует пространство в кабельных системах, уменьшая занимаемое
пространство. Основные типы и характеристики коннекторов приведены в
Приложении Д.
3.3 Мониторинг в центрах обработки данных
Центр обработки данных – это сложный технологический организм,
который состоит из множества элементов и инженерных систем. Все эти узлы
функционируют и взаимодействуют между собой для того, чтобы обеспечить
бесперебойного работу серверного и телекоммуникационного оборудования.
Для уверенности в том, что все системы работают в штатном режиме,
нужен постоянный контроль, который как раз и обеспечивает система
мониторинга инженерных систем. С ее помощью ведется наблюдение за всеми
технологическими процессами и компонентами, которые входят в состав ЦОД,
производится оценка их состояния и прогноз внештатных ситуаций.
Цель мониторинга – оперативно обнаруживать ошибки в работе инженерной
инфраструктуры и предотвращать неполадки, обеспечивая надежную работу всего
центра обработки данных.
Система мониторинга – сложная система, и все ее элементы − датчики,
котроллеры, анализаторы тока и т. д. – следует подобрать на этапе проектирования
ЦОД, а также спланировать их расположение, решить, с какими протоколами
обмена данных они будут работать, оценить совместимость и т. д [12].
Оборудование. Для снятия первичной информации используются датчики,
которые передают полученные данные на контроллеры. Далее вся информация
аккумулируется в системе и через единый интерфейс выводится на экран в центре
мониторинга ЦОД. Дежурные инженеры отслеживают показатели круглосуточно.
Детализация данных. На экранах мониторов отражаются все самые важные
параметры. Специалист видит картину целиком и при необходимости открывает
отдельные вкладки – углубляется в детали. Например, отслеживая уровень
напряжения в системе, он может посмотреть параметры по каждому вводу по
отдельности.
33
Частота «опросов». Частоту «опросов» также можно настроить. Будет ли
система снимать показания раз в секунду или раз в минуту – зависит от уровня
критичности того или иного параметра.
Визуализация. Для удобства отслеживания и наглядности все
контролируемые системы и их параметры визуализируются в виде схем и карт.
Как будут выглядеть показатели на экране – решается заранее. Каждый дата-центр
может настроить визуализацию под себя. В процессе разработки экранов
специалисты анализируют, насколько та или иная визуальная подача информации
приятна для глаз, и подбирают подходящие и интуитивно понятные варианты. Так,
например, система автоматической пожарной сигнализации не только оповещает о
задымлении, но и показывает место срабатывания датчика, чтобы дежурный сразу
увидел на плане, где появилось возгорание.
Оповещения. В случае аварийных ситуаций система мониторинга выводит
данные на экран (в заданном визуальном формате) и рассылает оповещения с
расшифровкой аварии (в формате СМС и e-mail) всем ответственным лицам.
Сбор статистики. Все данные, поступающие в систему, агрегируются,
архивируются и хранятся на отдельном сервере не менее одного года. Это дает
возможность анализировать, как вела себя та или иная система в определенный
промежуток времени − как держался заряд на батареях, какую температуру
поддерживал кондиционер, как часто происходили сбои и т. д. На основе этих
данных можно скорректировать работу того или иного прибора.
Резервирование. Для сбора и хранения данных, поступаемых в систему
мониторинга, используется отдельное серверное и сетевое оборудование. Для
организации резервирования потребуется как минимум два сервера, чтобы при
выходе из строя одного из них мониторинг продолжил работать на втором.
Мониторы в центре мониторинга также должны быть подключены к
бесперебойному питанию с резервом.
Таким образом, мониторинг – модульная система, которая беспрерывно
собирает, анализирует и хранит ключевые показатели работы оборудования и
составляющих инфраструктуры ЦОД.
Контроллеры мониторинга оборудования устанавливаются практически
на все составляющие инфраструктуры ЦОД: источники бесперебойного
питания, дизель-генераторная установка, кондиционеры и прочее. Отслеживать
работу оборудования необходимо по многим параметрам, но также для каждого
оборудования присутствуют свои ключевые характеристики (к примеру,
температура на входе и выходе для кондиционеров).
Все показатели с датчиков сводятся в единое целое – центр мониторинга.
За информацией, которая в нем отображается, круглосуточно следит инженер
ЦОД и в случае появления угрозы аварийной ситуации выполняет действия
согласно регламента [12].
Выбор систем мониторинга зависит от индивидуальных потребностей
конкретного ЦОД, и сегодня существует два основных вида:
34
• коробочная система (готовое решение, которое не требует
дополнительного времени на конструирование всех ее составляющих, к
примеру, Struxure Ware Data Center Expert);
• система мониторинга, которая разворачивается самостоятельно на базе
отдельных компонентов «контроллеров» (такой вид требует подбора основных
комплектующих системы и осуществление процесса проектирования, к
примеру, SCADA).
В основе функционирования коробочной системы лежит контроллер.
Именно к нему подключаются датчики температуры, влажности и контроллеры
отслеживания функционирования оборудования. Контроллер собирает все
показатели с датчиков, переводит эту информацию и передает данные на
основной сервер. И уже непосредственно на сервере осуществляется анализ и
выведение информации о функционировании всех комплектующих
инфраструктуры ЦОД в том виде, в котором она необходима для инженера (к
примеру, температура выводится в градусах Цельсия и для удобства может
выводиться в виде графика).
Визуализация данных
Уведомления системы мониторинга и управления дают возможность
отслеживать работу инфраструктуры центра обработки данных, но для
получения более цельной картинки инженеры ЦОД используют визуализацию
данных (сводные схемы и карты). Благодаря использованию подобных схем
сотрудникам ЦОД легче понять, в каком именно зале возникла ошибка или
какая температура сейчас в холодном коридоре.
Наиболее эффективным вариантом визуализации на сегодня являются
температурные карты, и этому есть вполне очевидные причины:
• предоставляют возможность увидеть цветную карту всего помещения и
оперативно определить места с повышенными или пониженными
температурными показателями;
• карта влажности позволяет контролировать показатели влажности в
машинных залах.
Пороговые значения функционирования оборудования
Для эффективного функционирования мониторинга важно правильно
установить пороговые значения (например, температуры или влажности), при
превышении которых будут срабатывать оповещения. Как правило,
инженерами устанавливается два типа пороговых значений:
• warning – сообщает о том, что определённые параметры в работе
оборудования приближаются к критическим значениям (например, достижение
температуры в холодном коридоре значения 24 °C);
• critical – оповещает об наличии аварийной ситуации (температура в
холодном коридоре достигла 27 °C).
Такие оповещения отображаются на тепловой карте определенным
цветом, что помогает быстро определить причину и оборудование, в
35
функционировании которого произошла ошибка. Также оповещения могут
дублироваться с помощью отправки смc или email-сообщений.
Система мониторинга – это очень важный и неотъемлемый элемент
бесперебойной работы любого ЦОД, а также дополнительная гарантия
надежности услуги колокейшн для клиентов ЦОД. Основные инструменты
мониторинга приведены в приложении В.
3.4 Миграция на более высокие скорости
Тенденция роста объема передаваемой информации требует более
высоких скоростей передачи. Поэтому в центрах обработки данных
необходимо выполнять миграции на более высокие скорости, чтобы догонять и
перегонять рост потребностей.
Технология 10 Gigabit Ethernet по состоянию на сегодняшний день уже не
может обеспечить необходимую эффективность. На данный момент для
поддержки конвергированных сетей, IPTV, HPC и HD-видео необходимо
повсеместное введение технологии 40 Gigabit Ethernet. Соединения от сервера
до коммутатора доступа уже достигают 40G, а медные кабели до шестой
категории включительно не способны удовлетворить производительность 40G,
в то время как применение оптоволокна повсеместно экономически невыгодно
и не всегда совместимо с имеющимся оборудованием ЦОД.
Так, например, использование медного кабеля преимущественно снижает
затраты на оборудование и сам кабель по сравнению с оптическим. В то же
время он подвержен наводящим помехам, поддерживает недостаточно высокие
скорости и довольно громоздок. Оптические системы, в свою очередь,
поддерживают гораздо более высокие скорости передачи, требуют меньше
повторителей на больших расстояниях и не подвержены влиянию внешних
помех. Однако кабель довольно хрупок и дорог, оборудование требует бόльших
затрат и передача возможна лишь в одном направлении (при условии передачи
на одной частоте).
Компанией Nexans был предложен альтернативный вариант подключения
медных кабелей в виде новых модульных разъемов категории 7 GG-45, которые
поддерживают передачу более высоких скоростей, включая 40G. Этот разъем
имеет 8 (реже 12) контактов [5].
В силу преемственности конструкции GG-45 относительно RJ-45 данный
вид разъемов имеет ограничение частотного диапазона в 600 МГц, как и его
предшественник RJ-45. Поэтому компанией Siemon в 1999 году был разработан
модуль TERA, поддерживающий частотный диапазон до 1.2 ГГц. Это вдвое
больше, чем у GG-45. Данный модуль может подключать одновременно 4
витых пары, что очень удобно в центрах обработки данных. Модуль TERA
является самым высокопроизводительным решением в системах связи,
основанных на медной витой паре. Его довольно широкая полоса пропускания
36
чрезвычайно важна для требовательных приложений и услуг. В пример можно
привести широкополосное видео, его поток частот имеет величину 862 МГц.
Пары в модуле TERA расположены квадрупольно, каждая из них
индивидуально экранирована, что существенно снижает помехи на ближнем
конце (NEXT). Разработка интерфейса оказалась настолько удачной, что
модуль без всяких проблем удовлетворил любые требования категории 7А и
используется по сей день в обслуживании центров обработки данных и
офисных систем.
В оптических системах новым решением стали ленточные кабели и
разработанные для них модули MPO/MTP. Итоговая конструкция совмещает в
себе одновременное подключение от 12 до 72 волокон в один разъем, что
существенно поднимает эффективность оптимизации места в кабельных
каналах.
Кроме того, данные решения позволяют поддерживать
высокопроизводительные приложения, которые требуют высоких скоростей.
Также в 2010 году был принят стандарт IEEE 802.3ba, который описывал
передачу со скоростью 40 Гбит/сек и 100 Гбит/сек. Этот стандарт содержит
требования к кабельной системе.
Требования к кабельной системе согласно IEEE 802.3ba приведены в
таблице 3.2.
Таблица 3.2 – Требования к кабельной системе согласно IEEE 802.3ba
Тип интерфейса
Тип
волокна
Длина
волны,
нм
Диаметр
сердцеви
ны, мкм
Ширина
полосы
пропускания
, МГц·км
Максималь
ная
дальность,
км
Тип
соединителя
40GBaseSR4
MMF
850
50 (ОМ-3)
2000
100
MPO
100GBaseSR10
MMF
850
50 (ОМ-3)
2000
100
MPO
40GBaseSR4
MMF
850
50 (ОМ-4)
4700
150
MPO
100GBaseSR10
MMF
850
50 (ОМ-4)
4700
150
MPO
Величина скорости передачи по одному волокну в данных типах
интерфейса составляет 10 Гбит/сек. Для передачи 40G используется 8 волокон,
а для 100G 20 волокон и многоволновый соединитель MPO/MTP. Передача
сигналов производится параллельно. Кабели с волокнами ОМ-3 и ОМ-4
используются как соединительные шнуры в центрах обработки данных.
Диаметр сердцевины волокна – 50 мкм, а диаметр оболочки – 125 мкм. Ширина
полосы пропускания 2000 МГц и 4700 МГц соответственно. Максимально
вносимые потери составляют 3.5 дБ/км.
Миграция на более высокие скорости есть одной из самых перспективных
веток развития технологий ЦОД. Разработка новых стандартов и введение
новых технологий буду развивать как производительность центров обработки
данных, так и в целом всю отрасль связи.
37
В ходе раздела были рассмотрены методы повышения
производительности в центрах обработки данных. Некоторые были
рассмотрены поверхностно, некоторые более детально. Особое внимание было
уделено методам, относящимся к телекоммуникационным технологиям.
Например – миграция на высокие скорости, интеллектуальные кабельные
решения [13].
Таблица 3.3 – Анализ методов достижения максимальной производительности
Метод
Критерии
Комментарий
Экономика
Интеллектуальность
Ресурсоемкость
Проектирование
инфраструктуры
Не влияет на
экономику
Оказывает влияние
на гибкость
масштабирования
Не требует
ресурсов
Требует
оптимизации
на стадии
проектирован
ия
Системы
хранения
данных
Сокращает
расходы при
методе HSM
Не оказывает
большого влияния
на
производительность
Не требует
ресурсов
Виртуализация
и консолидация
В некоторых
случаях требует
расходы
Повышает
производительность
Интеллектуальн
ые кабельные
решения
Повышает
расходы
Повышение
скорости передачи
Оправданно
требует ресурсы
Вычислительны
е мощности
Повышает
расходы на
новые решения
Повышение
скорости
вычислений
Оправданно
требует ресурсы
Энергоэффектив
ность
Снижает
расходы на
электроэнергию
Положительн
ое влияние на
экологию.
Миграция на
более высокие
скорости
Возможное
повышение
расходов
Повышение
скорости передачи
Оправданно
требует ресурсы
Из рассмотренных методов следует выделить те методы, которые
расширяют горизонт развития информационных технологий, т.е. разработка
новых интерфейсов, введение новых стандартов для модулей.
38
4 Серверные ресурсы
4.1 Виртуализация и консолидация серверных ресурсов
В подавляющем большинстве случаев полезная нагрузка на выделенных
серверах составляет 10-15%. Получается так, что более 75% ресурсов центров
обработки данных простаивает впустую, что создает существенные различия
между реальной производительностью и возможной. Для решения таких
проблем прибегают к консолидации ресурсов и виртуализации серверов.
Консолидация ресурсов есть объединение вычислительной мощности в
одну систему для выполнения единых поставленных задач. Можно выделить
два типа консолидации: физическая консолидация и логическая. Физическая
консолидация предлагает физически переместить серверы в одно пространство,
но при этом их представление в компьютерной среде не подвергается
изменениям. Логическая консолидация подразумевает объединение ресурсов
без физического перемещения.
Консолидация должна удовлетворять определенному ряду требований.
Например, информационная безопасность при консолидации не должна
снизиться, это должно быть экономически выгодно, доступность и стиль
работы с приложениями для пользователей не должен измениться.
Консолидация позволяет сокращать расходы по многим статьям, которые
обеспечивают оптимальное функционирование центров обработки данных. Это
выгодно как экономически, так и в плане ресурсопотребления.
Явным примером консолидации можно считать объединение ресурсов
малых предприятий в одну информационную систему. В данном случае это
экономически эффективно за счет удаления дублирующих элементов в
похожих системах. При переносе на централизованные серверы упрощаются
рабочие места, устанавливаются более дешевые компьютеры. При объединении
серверов в одном пространстве усиливается их защита как на физическом
уровне, так и на сетевом. Гораздо проще поддерживать безопасность одного
большого помещения, нежели нескольких маленьких. Проще же и обеспечить
информационную безопасность одной единой сети. Этот же вариант выгоден и
при проектировании инфраструктуры, т.е. обеспечение охлаждения,
бесперебойного электропитания и сохранение информации посредством
резервного копирования.
Консолидация позволяет сокращать расходы по многим статьям, которые
обеспечивают оптимальное функционирование центров обработки данных. Это
выгодно как экономически, так и в плане ресурсопотребления.
Виртуализация серверов представляет собой создание нескольких
виртуальных машин, каждая из которых решает отдельно поставленные задачи.
Выражаясь проще, на одном физическом сервере создается несколько
виртуальных. Это поднимает нагрузку в среднем до 75%, что позволяет
уменьшить планируемое количество серверов в центрах обработки данных и
39
сократить расходы на их приобретение и сервис. Выделяют два основных типа
виртуализации: программную и аппаратную. Аппаратная виртуализация
использует некоторые особенности платформы, и использовать ее на
устройствах другого производителя не удается. В пример можно привести
мейнфреймы с разбиением по разделам, где один физический сервер
разделяется на несколько. За каждым сервером закреплен свой набор ресурсов,
не подлежащий автоматическому распределению.
Программную виртуализацию разделяют на два типа: эмуляция
компьютера или создание виртуальной среды. При эмуляции компьютера
появляется возможность применять приложения, написанные для одной
системы, в другой. Виртуализация среды исполнения позволяет запускать
только приложения одной определенной операционной системы.
Виртуализацией компьютера занимаются компании VMware и Connectix
Применение виртуализации позволяет динамически распределять
аппаратные ресурсы между виртуальными серверами, не останавливая при этом
доступ пользователя. Это значительно сокращает время простоя прикладных
сервисов, уменьшает количество оборудования и расходы на них. В таблицу 4.1
сведен рассмотренный выше материал.
Таблица 4.1 – Виртуализация и консолидация ресурсов
Методы
Достоинства
Недостатки
Виртуализация
Аппаратная
1. Сокращение
используемого железа
2. Динамическое
распределение ресурсов
1. Проблемы с
совместимостью у
виртуальных машин
Программная
Консолидация
Физическая
1. Повышение безопасности
2. Упрощение работы
1. Требует гибкой
инфраструктуры для
безболезненного
объединения
Логическая
1. Централизация доступа
1. Расходы на поддержку
безопасности
4.2 Системы хранения данных
Чтобы надежно сохранить корпоративную информацию, необходимы
системы хранения данных. Задачей таких систем является низкая стоимость
владения, высокая доступность и удобный поиск корпоративной информации.
Самой простейшей моделью хранения данных в центрах обработки
данных является DAS (Direct-attached Storage). Данная модель предполагает
прямое подключение хранилищ к серверам. Это неудобно по нескольким
причинам: очень слабая управляемость и крайне негибкое масштабирование.
Эти проблемы нужно исправлять, одним из решений служит сеть хранения
данных.
40
Сеть хранения данных (SAN) – техническое решение для подключения
серверов и подключаемых к ним внешних хранителей информации в одну
систему, в которой инструменты хранения используются как диски.
Для организации эффективного хранения больших объемов информации
используется иерархическая модель хранения – hierarchical storage management
(HSM). Она подразумевает собой разделение информации в зависимости от
степени востребованности. Наиболее востребованные данные находятся на
самом быстром, защищенном и надежном уровне. Менее используемая
информация передается на хранение на более дешевые и менее надежные
носители.
Сравнительный анализ систем хранения данных приведен в таблице 4.2.
Таблица 4.2 – Системы хранения данных
Тип системы
хранения
данных
Особенности системы
Недостатки
системы
Основные достоинства
системы
DAS
Прямое подключение
хранилищ к серверам
1. Очень
слабая
управляемость.
2. Не гибкое
масштабирование
SAN
Подключение серверов и
подключаемых к ним
внешних хранителей
информации в одну
систему, в которой
инструменты хранения
используются как диски
1. Высокая управляемость
2. Гибкое
масштабирование сети
HSM
Разделение
информации в
зависимости от степени
востребованности
1. Высокая
управляемость
2. Гибкое
масштабирование
3. Оптимизация расходы
на носители
информации
4. Удовлетворяет
требованиям
пользователя
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]