ビジネス向けの革新的なソリューション：高性能データセンターネットワークの設計

ビジネスが変革し情報システムが拡大する中、ビッグデータやクラウドリソースへの需要がデータセンターネットワークトラフィックの大幅な増加を促しています。2016年から2021年までの間に、グローバルなデータセンタートラフィックは年間約23%の驚異的な成長率を示しています。特筆すべきは、このトラフィックの85%がデータセンター間の相互接続や内部データセンター通信に関連しているということです。この急増は、データセンターネットワークが進化し、速度、高容量、低レイテンシーを重視する必要性を強調しています。

進化するデータセンターネットワークアーキテクチャ

データセンターネットワークのアーキテクチャは、従来のコア アグリゲーションアクセスモデルから、より現代的なスパインリーフ設計に進化しました。このアプローチは、ネットワーク相互接続帯域幅を最適に利用し、マルチレイヤのコンバージェンス率を低減し、容易なスケーラビリティを促進します。 Spine-Leafアーキテクチャでは、各相互接続リンクは100Gの帯域幅を誇り、データセンターのPoint of Delivery（POD)内およびPOD間の内部トラフィックを管理するためのビジネス ニーズに基づいて、適切に調整されたネットワークコンバージェンス率が考案されています。スパインリーフアーキテクチャのレイヤーアンダーレイ ットワークにより、コアスイッチとアクセススイッチを分離できます。コアスイッチとアグリゲーションスイッチの間、またはアグリゲーションスイッチとアクセススイッチの間のトラフィックでボトルネックが発生した場合、アップリンクリンクを追加してコンバージェンス率を下げることで、帯域幅拡張への影響を最小限に抑えながら水平方向のスケーリングを実現できます。オーバーレイネットワークは、EVPN-VXLANテクノロジーによる分散ゲートウェイを採用し、ビジネス要件に合わせた柔軟で弾力性のあるネットワーク展開とリソース割り当てを可能にします。

インターネット規模のデータセンターネットワークの設計と展開の専門知識を活用し、このソリューションはSpine-Leafネットワークアーキテクチャを採用し、EVPN-VXLAN技術を活用してネットワーク仮想化を実現しています。このアプローチは、上位層のサービスに対して柔軟でスケーラブルなネットワークインフラストラクチャを提供します。データセンターネットワークは、生産ネットワークとオフィスネットワークに分類され、ドメインファイアウォールによって分離され保護されています。これらのネットワークは、オフィスビル、研究所、地域センターの出口にネットワークファイアウォールを介して接続されています。

生産ネットワークとオフィスネットワークのコアスイッチは、POD間の相互接続を容易にし、ファイアウォールデバイスにリンクしています。POD間の通信帯域幅は最大1.6Tb/sであり、高速ネットワーク出口容量は160Gです。各POD内の水平ネットワーク容量は24Tbに達し、高性能コンピューティングクラスタ（CPU/GPU）やストレージクラスタに強力なサポートを提供します。これにより、ネットワークパフォーマンスのボトルネックによるパケットロスを最小限に抑えることが保証されます。

建物のケーブル配線は、Spine-Leafアーキテクチャに基づいて入念に計画されます。各POD内のスイッチは、100Gのリンクを使用して相互接続され、Top of Rack（TOR）モードで展開されます。2 〜 3つのキャビネットからなるTORグループは、100Gのリンクを介してLeafに接続されます。各PODのLeafは戦略的に2つのグループに分割され、異なるネットワーク用キャビネットに展開されることで、POD内のキャビネット間の信頼性が向上します。全体的なネットワーク構造は効率化され、ケーブルの展開と管理は特に効率的です。

将来に対応した機器の選択

データセンターネットワークの構想と構築にあたっては、次の5年間の技術の進歩、産業の動向、そして運用コストについての慎重な考慮が重要です。この将来志向のアプローチは、既存のデータセンターのリソースを最適に活用し、企業の中核業務を効果的にサポートすることを目指しています。

データセンターネットワークの全体的な設計において、ネットワークスイッチの選択は重要な役割を果たします。従来の大規模ネットワーク設計では、ネットワークシステムの総容量を向上させるためにシャーシベースのデバイスを選択することが一般的であり、限定的な拡張性を提供します。しかし、このアプローチには固有の制限とリスクがあります。それには:

• 現代のデータセンターの拡大するネットワーク規模の要件を満たすには、シャーシベースのデバイスの総容量が限られていることが課題となります。

• デュアル接続を持つコアのシャーシベースのデバイスの展開により、最大50％の高い障害半径が発生し、ビジネスのセキュリティを効果的に保証できません。

• シャーシベースのデバイスにおけるマルチチップアーキテクチャは、トラフィック処理能力とネットワークの遅延において重大なボトルネックを引き起こす要因となります。

• シャーシベースのデバイスの複雑な展開と障害の診断およびトラブルシューティングの時間の延長は、アップグレードやメンテナンス中のビジネスの中断時間の延長をもたらします。

• 将来のビジネスの拡大を確保するために、シャーシベースのデバイスに予約スロットが必要であり、それにより前払いの投資コストが増加します。

• 後の拡張には制約があり、ベンダーによる拘束や交渉力の低下などがあり、将来のスケーラビリティのコストを相当に高める要因となります。

これらの考慮事項に基づき、このプロジェクトにおけるネットワーク機器の選択において、NVIDIAはモジュラースイッチネットワークアーキテクチャの採用を強く提唱しています。この戦略的なアプローチでは、異なる階層レベルのスイッチを単一のモデルの下に統一し、メンテナンスチームの迅速な習熟を容易にします。さらに、ネットワークアーキテクチャの将来の調整、デバイスの再利用、修理や交換に対して操作の柔軟性を提供します。

モジュラースイッチネットワーキングと組み合わせたSpine-Leaf（CLOS）アーキテクチャを採用することで、初期のネットワーク投資（総所有コスト、TCO）を大幅に削減できます。Spine-Leafアーキテクチャは水平スケーラビリティを確保し、スパインスイッチがオフラインになってもビジネスの運用への影響を最小限に抑えます。将来の拡張には、データセンターのスケール要件に基づいて、追加のスイッチと階層レベルをシームレスに追加することができます。これにより、アクセス容量とバックボーンネットワークのスイッチング容量を拡張することができます。この戦略的アプローチにより、ネットワーク全体を需要に応じて調達・展開することができ、サービス、アプリケーション、ビジネス要件とシームレスに統合されます。

結論

現在のビジネスの変革のトレンドやビッグデータへの需要の急増に対応するため、多くのデータセンターネットワークの設計は、高度なSpine Leafアーキテクチャを採用し、EVPN-VXLAN技術を活用して効率的なネットワーク仮想化を実現しています。このアーキテクチャのアプローチにより、高帯域幅で低遅延のネットワークトラフィックの促進が確保され、スケーラビリティと柔軟性の基盤が提供されます。

将来を見据えると、高速光モジュール（200Gから800Gまで）およびAOC/DACの製造コストが低下するにつれて、データセンター間接続技術の進化が続く見込みです。FSは、ネットワーキング、データセンター、テレコムのお客様に通信および高速ネットワーキングソリューションを提供する専門のプロバイダーであり、画期的で効率的かつ信頼性の高い製品、ソリューション、サービスを提供しています。データセンターやハイパフォーマンスコンピューティング、エッジコンピューティング、人工知能、さまざまなアプリケーションシナリオに特化した最適なソリューションを提供しています。これらのソリューションにより、低コストと優れた性能を組み合わせ、顧客はビジネスの加速能力を向上させることができます。FSの幅広い製品ポートフォリオには、NVIDIA® InfiniBandスイッチ、100G/200G/400G/800G InfiniBandトランシーバー、およびNVIDIA®InfiniBandスイッチ、100G/200G/400G/800G InfiniBandトランシーバー、およびNVIDIA® InfiniBandアダプタが含まれており、世界中のさまざまなデータセンターの多様なニーズに対応しています。