Soluciones innovadoras para empresas: diseño de redes de centros de datos de alto rendimiento

A medida que las empresas se transforman y los sistemas de información se expanden, la demanda de big data y recursos de la nube está impulsando un aumento significativo en el tráfico de la red del centro de datos. El tráfico global de centros de datos ha experimentado una notable tasa de crecimiento anual de alrededor del 23% entre 2016 y 2021. En particular, un sustancial 85% de este tráfico pertenece a la interconexión de centros de datos y a la comunicación interna de los centros de datos. Este aumento subraya la necesidad imperativa de que las redes de los centros de datos evolucionen, haciendo hincapié en la velocidad, una mayor capacidad y una menor latencia.

Arquitectura de red de centro de datos en evolución

La arquitectura de las redes de los centros de datos ha progresado desde el modelo tradicional de acceso de agregación central al diseño más moderno Spine-Leaf. Este enfoque utiliza de manera óptima el ancho de banda de interconexión de red, reduce los índices de convergencia multicapa y facilita una fácil escalabilidad. En la arquitectura Spine-Leaf, cada enlace de interconexión cuenta con un ancho de banda de 100G y se diseña una relación de convergencia de red bien calibrada en función de las necesidades comerciales para gestionar el tráfico interno dentro y entre los puntos de entrega (POD) en el centro de datos. La red de capas subyacentes en la arquitectura Spine-Leaf permite la separación de los conmutadores centrales y de acceso. Si surgen cuellos de botella en el tráfico entre el conmutador central y el conmutador de agregación o entre el conmutador de agregación y el conmutador de acceso, el escalamiento horizontal se puede lograr agregando enlaces ascendentes y reduciendo los índices de convergencia, con un impacto mínimo en la expansión del ancho de banda. La red superpuesta adopta puertas de enlace distribuidas a través de la tecnología EVPN-VXLAN, lo que permite implementaciones de red flexibles y elásticas y asignación de recursos adaptadas a los requisitos comerciales.

Basándose en la experiencia en diseño e implementación de redes de centros de datos a escala de Internet, esta solución adopta la arquitectura de red de hoja espinal y aprovecha la tecnología EVPN-VXLAN para realizar la virtualización de la red. Este enfoque proporciona una infraestructura de red versátil y escalable para servicios de capa superior. La red del centro de datos se clasifica en redes de producción y redes de oficinas, segregadas y protegidas por firewalls de dominio. Estas redes se conectan a edificios de oficinas, laboratorios y salidas de centros regionales a través de firewalls de red.

Los conmutadores centrales de la red de producción y la red de oficina facilitan la interconexión entre POD y el enlace a dispositivos firewall, ofreciendo hasta 1,6 Tb/s de ancho de banda de comunicación entre POD y una capacidad de salida de red de alta velocidad de 160 G. La capacidad de la red horizontal interna dentro de cada POD alcanza los 24 TB, lo que ofrece un soporte sólido para clústeres informáticos de alto rendimiento (CPU/GPU) y clústeres de almacenamiento. Esto garantiza que la red general mantenga una pérdida mínima de paquetes debido a cuellos de botella en el rendimiento de la red.

El cableado del edificio se planifica meticulosamente basándose en la arquitectura Spine-Leaf. Los conmutadores dentro de cada POD están interconectados mediante enlaces de 100G y se implementan en modo Top of Rack (TOR). Los grupos TOR, que constan de 2 o 3 gabinetes, se conectan a Leafs a través de enlaces de 100G. El Leaf de cada POD está estratégicamente dividido en dos grupos, desplegados en distintos gabinetes ocupados por la red, lo que mejora la confiabilidad a nivel de gabinetes cruzados dentro del POD. La estructura general de la red está optimizada y la implementación y gestión del cable son notablemente eficientes.

Selección de equipos preparados para el futuro

Al imaginar y construir una red de centros de datos, es fundamental considerar cuidadosamente los avances tecnológicos, las tendencias industriales y los costos operativos para los próximos cinco años. Este enfoque con visión de futuro tiene como objetivo optimizar la utilización de los recursos existentes del centro de datos para respaldar de manera efectiva las operaciones comerciales principales de la empresa.

La elección de los conmutadores de red juega un papel fundamental en el diseño general de la red del centro de datos. Los diseños de redes tradicionales a gran escala suelen optar por dispositivos basados en chasis para mejorar la capacidad general del sistema de red, ofreciendo una escalabilidad limitada. Sin embargo, este enfoque conlleva limitaciones y riesgos inherentes, que incluyen:

• Capacidad general limitada de los dispositivos basados en chasis, que no cumplen con los crecientes requisitos de escala de red de los centros de datos modernos.

• La implementación de dispositivos centrales basados en chasis con conexiones duales, lo que resulta en un alto radio de falla de hasta el 50%, lo que no garantiza de manera efectiva la seguridad empresarial.

• La arquitectura multichip en dispositivos basados en chasis genera importantes cuellos de botella en la capacidad de procesamiento del tráfico y la latencia de la red.

• Implementación compleja de dispositivos basados en chasis y ciclos prolongados para diagnosticar y solucionar fallas, lo que resulta en tiempos prolongados de interrupción del negocio durante las actualizaciones y el mantenimiento.

• Requisito de ranuras reservadas en dispositivos basados en chasis para garantizar la futura expansión del negocio, lo que contribuye al aumento de los costos de inversión inicial.

• Limitaciones a la expansión posterior, incluida la vinculación con los proveedores y un poder de negociación debilitado, lo que aumenta sustancialmente el costo de la escalabilidad futura.

A la luz de estas consideraciones, para la selección de equipos de red en este proyecto, NVIDIA recomienda firmemente la adopción de una arquitectura de red de conmutadores modulares. Este enfoque estratégico unifica conmutadores de diferentes niveles jerárquicos bajo un único modelo, lo que facilita una rápida familiarización del equipo de mantenimiento. Además, proporciona flexibilidad operativa para futuros ajustes a la arquitectura de la red, reutilización de dispositivos y reemplazos de reparación.

Al adoptar la arquitectura Spine-Leaf (CLOS) junto con la red de conmutadores modulares, la inversión inicial en la red (coste total de propiedad, TCO) experimenta una reducción significativa. La arquitectura Spine-Leaf garantiza la escalabilidad horizontal, minimizando el impacto en las operaciones comerciales incluso si un conmutador espinal se desconecta. Para una futura expansión, se pueden agregar sin problemas conmutadores y niveles de jerarquía adicionales según los requisitos de escala del centro de datos, ampliando la capacidad de acceso y la capacidad de conmutación de la red troncal. Este enfoque estratégico permite adquirir e implementar toda la red bajo demanda, alineándose perfectamente con los requisitos de servicio, aplicación y negocio.

Conclusión

En respuesta a las tendencias actuales en la transformación empresarial y la creciente demanda de big data, la mayoría de los diseños de redes de centros de datos están adoptando la sofisticada arquitectura Spine Leaf al tiempo que aprovechan la tecnología EVPN-VXLAN para realizar una virtualización de red eficiente. Este enfoque arquitectónico garantiza la facilitación del tráfico de red de baja latencia y gran ancho de banda, lo que proporciona una base para la escalabilidad y la flexibilidad.

De cara al futuro, a medida que disminuyan los costos de fabricación de módulos ópticos de alta velocidad (que van desde 200G a 800G) y AOC/DAC, la evolución de las tecnologías de interconexión de centros de datos está lista para continuar. FS es un proveedor profesional de soluciones de comunicaciones y redes de alta velocidad para clientes de redes, centros de datos y telecomunicaciones, y ofrece constantemente productos, soluciones y servicios innovadores, eficientes y confiables, especializándose en soluciones óptimas adaptadas para centros de datos, de alto rendimiento. informática, informática de punta y diversos escenarios de aplicaciones. Estas soluciones brindan a los clientes capacidades mejoradas de aceleración empresarial, combinando bajos costos con un rendimiento excepcional. La amplia cartera de productos de FS incluye switches NVIDIA® InfiniBand, transceptores InfiniBand 100G/200G/400G/800G, y adaptadores NVIDIA® InfiniBand, que satisfacen las diversas necesidades de varios centros de datos en todo el mundo.