La virtualizzazione dei server si contrappone alla tendenza di utilizzare dispositivi dedicati come server, una tendenza che ha avuto successo perché questi dispositivi sono utili e facili da implementare. Tuttavia, in generale, questi dispositivi sono inefficienti. Essendo ottimizzati per una singola funzione, molti sono a prova di futuro e richiedono continui aggiornamenti. O, peggio ancora, la proliferazione dei dispositivi ha creato oneri amministrativi sempre crescenti, reti di data center estese e carichi termici elevati.
La soluzione al problema del sottoutilizzo è la virtualizzazione, e l'essenza della virtualizzazione è un livello di astrazione software chiamato hypervisor. L'hypervisor si interpone tra l'hardware e il sistema operativo. La virtualizzazione consente a più sistemi operativi e applicazioni di coesistere su un'unica piattaforma di elaborazione fisica. Il grafico mostra un esempio di virtualizzazione con tre server logici sulla stessa piattaforma. La virtualizzazione dei server, soprattutto se combinata con la tecnologia blade, aumenta la densità di elaborazione e di archiviazione, rendendo al contempo le risorse IT più flessibili.
La descrizione di un server virtualizzato nella Figura 1 implica una tradizionale relazione client-server con l'utente. La virtualizzazione introduce un'interessante separazione tra la potenza di calcolo e l'interfaccia utente. Questo articolo si concentra sulla virtualizzazione dei server e sui suoi effetti all'interno del data center.
I server virtualizzati supporteranno l'intera gamma di applicazioni aziendali, applicazioni multimediali, storage e servizi di gestione e controllo. L'adozione della virtualizzazione sta accelerando. Nel febbraio 2010, Microsoft® ha riferito che il 20% dei server spediti era virtualizzato. VMware®, fornitore leader di prodotti hypervisor, ha dichiarato che i propri clienti avevano virtualizzato il 25% dei loro server. Nessuno sa con esattezza quanto crescerà la virtualizzazione, ma fornitori e analisti prevedono un triplicamento nei prossimi cinque anni.
La virtualizzazione non è appannaggio esclusivo delle grandi imprese. I nuovi prodotti che unificano elaborazione, rete e archiviazione sono progettati per massimizzare i vantaggi della virtualizzazione sia per le organizzazioni cloud che per le medie imprese.
Piattaforma server virtualizzata:
le famiglie di controller ad alta velocità Broadcom NetXtreme® I e NetXtreme II® offrono funzionalità avanzate di virtualizzazione di rete progettate per aiutare i clienti a creare e implementare prodotti per un'ampia gamma di profili applicativi. La quota di mercato leader di Broadcom, con oltre il 70% nei segmenti di mercato dei controller di rete 1G e 10G, è il risultato della riuscita implementazione della virtualizzazione di rete in mercati chiave in crescita. Questi mercati includono server applicativi Web 2.0 ad alte prestazioni, sistemi di trading finanziario a bassa latenza e ambienti di cloud computing ad alta densità.
La virtualizzazione del controller di rete consente agli utenti di consolidare le proprie risorse hardware di rete ed eseguire simultaneamente più macchine virtuali su hardware unificato. La virtualizzazione offre inoltre agli utenti una serie completa di funzionalità quali I/O condiviso, consolidamento, isolamento e migrazione, oltre a una gestione semplificata con funzionalità di teaming e failover.
Broadcom ha collaborato con diversi fornitori di macchine virtuali (VM), tra cui VMware vSphere, Microsoft Hyper-V™, Red Hat® KVM e Citrix® Xen, per offrire una suite completa di funzionalità di virtualizzazione di rete necessarie per l'adozione di 10GBASE-T negli ambienti data center e cloud. Le funzionalità e le caratteristiche elencate di seguito eliminano i colli di bottiglia della virtualizzazione e migliorano le prestazioni del sistema grazie alle loro capacità aggiuntive:
• Offload senza stato: i controller di rete Ethernet Broadcom supportano offload senza stato come:
- CP Checksum Offload (CSO), che consente alle schede di rete di calcolare il checksum TCP sia
in trasmissione che in ricezione.
- Large TCP Send Offload (LSO), che consente al livello TCP di creare un messaggio TCP di lunghezza fino a 64 KB e inviarlo in una chiamata stack attraverso IP e il driver del dispositivo Ethernet, impedendo alla CPU host di dover calcolare il checksum in un ambiente virtuale.
• Supporto per Jumbo Frame: negli ambienti virtuali, l'utilizzo di jumbo frame consente di risparmiare CPU riducendo gli interrupt e aumenta le prestazioni consentendo al sistema di concentrarsi sui dati all'interno dei frame anziché sui frame che li circondano.
• Supporto per code multiple: un gestore di code di trasporto Broadcom utilizza la tecnologia di accodamento on-chip con VMware ESX NetQueue. L'overhead aggiuntivo di ricerca del percorso, copia dei dati e filtraggio viene scaricato su una scheda di rete, dove il gestore di code di trasporto può trasmettere pacchetti da più code e indirizzare i pacchetti ricevuti a più code. Se una coppia di code di trasmissione/ricezione è dedicata a una macchina virtuale, l'adattatore di rete può fornire DMA da e verso la memoria della macchina virtuale, e lo switch virtuale gestisce solo le operazioni del piano di controllo.
• Offload di rete: VMware statico, VMDirectPath o Fixed Pass (FPT) consentono di dedicare interamente le schede di interfaccia di rete Broadcom NetXtreme II (C-NIC) alla macchina virtuale ad alte prestazioni. FPT utilizza AMD IOMMU o Intel VT-D per fornire I/O dati DMA dal dispositivo fisico alla macchina virtuale, bypassando il livello di virtualizzazione e fornendo così pieno accesso fisico dalla CNIC Broadcom alla macchina virtuale.
• Offload di storage: la funzionalità iSCSI HBA consente l'elaborazione on-chip del protocollo iSCSI (nonché dei protocolli TCP e IP), liberando risorse della CPU host a velocità di linea di 10 Gbps su una singola porta Ethernet.
• Avvio iSCSI: il server può avviare un sistema operativo (OS) su una SAN, eliminando completamente la necessità di storage su disco locale (che è la principale fonte di errori nei sistemi informatici). Oltre a una maggiore affidabilità del sistema, l'utilizzo di server senza disco semplifica il carico di lavoro dell'amministratore IT centralizzando la creazione, la distribuzione e la manutenzione delle immagini del server, riducendo la necessità di capacità di archiviazione grazie a un maggiore utilizzo della capacità su disco e aggiungendo ridondanza dei dati tramite l'uso di repliche e replica dei dati.
Progettazione della rete del data center:
la virtualizzazione influisce sulle reti dei data center in due modi importanti. Il primo riguarda la richiesta di larghezza di banda. Le piattaforme server consolidate richiedono connessioni a bitrate più elevato per supportare più processi. Anche lo storage aumenta la richiesta di larghezza di banda. I contenuti multimediali e i dati applicativi accumulati aumentano il sovraccarico di storage e la presenza di una maggiore quantità di dati crea immediatamente la necessità di un accesso ad alta velocità.
Il risultato è una notevole necessità di una rete del data center ad alta larghezza di banda.
Livello base: piattaforma server virtualizzata.
L'impatto della virtualizzazione deriva dalla facilità con cui le risorse IT possono essere riutilizzate. La virtualizzazione consente all'hardware di svolgere molteplici funzioni e permette il trasferimento di tali funzioni ad altre piattaforme hardware. Questa flessibilità di elaborazione e archiviazione si combina con la flessibilità delle capacità di rete del server. La Figura 2 mostra un esempio di piattaforma server virtualizzata consolidata con la rete server avanzata di Broadcom® Corp.
La rete fisica deve adattarsi ai requisiti e ai vantaggi offerti dalla virtualizzazione, in particolare all'aumento dell'utilizzo e della larghezza di banda. A tal fine, i professionisti di rete più lungimiranti hanno implementato topologie End-of-Row ("EoR") o Top-of-Rack ("ToR") nelle reti dei loro data center.
Opzione 1: Topologia End-of-Row.
A titolo di riferimento, la Figura 3 illustra un data center pre-virtualizzato, in cui ogni risorsa (server, dispositivo di storage, ecc.) è connessa individualmente a uno switch Ethernet.
Questa topologia utilizza connessioni di cablaggio strutturate, difficili da modificare. Poiché la virtualizzazione facilita le modifiche, un'architettura di rete che le ostacola è intrinsecamente problematica. Anche la topologia convenzionale sta diventando obsoleta, in quanto un elevato numero di collegamenti da 1 Gigabit è incompatibile con server consolidati che richiedono un numero inferiore di connessioni più veloci. La rete deve supportare questo passaggio da molte "radici sottili" a un numero inferiore di "radici spesse".
La topologia di rete End-of-Row (EoR), come mostrato in Figura 4, affronta i limiti di una rete di data center convenzionale dedicando uno switch Ethernet a ciascuna fila di rack. Le risorse virtualizzate in ogni rack, in ogni fila, sono connesse a uno switch rack EoR. Questo switch fornisce anche una connessione dorsale a un hub del data center.
La topologia EoR suddivide le connessioni fisiche e di frame di un livello in due, rendendo la rete più adattabile. L'EoR limita la lunghezza dei cavi al livello inferiore alla lunghezza di una fila di rack. I cavi più corti sono generalmente più facili da installare e sostituire.
La topologia EoR confina l'impatto della riconfigurazione delle risorse a una singola fila di rack, anziché all'intero data center. L'EoR può riutilizzare alcuni elementi della rete fisica esistente, sebbene possano essere necessarie modifiche e aggiornamenti significativi.
Opzione 2: Topologia Top-of-Rack.
La topologia Top-of-Rack (Figura 5) è molto diversa dall'architettura convenzionale. Dedica uno switch Ethernet a ciascun rack di server. Lo switch ToR interconnette le risorse in ciascun rack e fornisce una connessione trunk a un punto di aggregazione nel data center.
Come EoR, la topologia ToR divide le connessioni fisiche e di frame dello switch in due livelli. La differenza risiede nella granularità del livello inferiore. Mentre EoR crea modularità in una fila di rack, ToR crea modularità in ogni singolo rack.
Si noti che il design ToR non limita un rack di server a un singolo switch. Il diagramma sopra mostra due switch in un rack: uno primario e uno per la ridondanza. Se gli switch Ethernet vengono implementati come blade, potrebbero esserci ancora più switch in un rack.
La discussione Top-of-Rack contro End-of-Row è complessa. Molti problemi di rete di livello 2 e livello 3 devono essere presi in considerazione. Alcuni dei vantaggi relativi di ciascuna topologia sono:
Top of Rack
- Cablaggio meno strutturato.
- Più facile da modificare/espandere.
- Più modulare.
Fine fila
- Meno invasivo per l'infrastruttura.
- Meno switch e connessioni trunk.
- Più facile da gestire/più compatibile.
Biografie degli autori
- David Veneski è il Direttore della Business Unit Installazione Comunicazioni Dati presso Fluke Networks. Le sue responsabilità includono la gestione dei prodotti e il marketing per tutte le soluzioni di certificazione in rame e fibra per reti aziendali. In precedenza, è stato dirigente marketing presso Cisco Systems, Apple® Computer e Motorola®. David ha conseguito una laurea presso il Rensselaer Polytechnic Institute e un master presso l'Università del Connecticut.
- Abhijit Aswath è Senior Product Manager presso Broadcom Corporation. Le sue responsabilità includono la gestione dei prodotti e il marketing per tutti i software di controllo di rete ad alta velocità. Ha una vasta esperienza nei settori dello storage, dei server e dei semiconduttori. Abhijit ha conseguito una laurea in reti informatiche e un master in amministrazione aziendale presso la North Carolina State University.
