Modulo 5 Apparecchiature di rete

1. Modulo 5Apparecchiature di rete Versione1.006 Ottobre 2011

2. Introduzione Apparecchiature di rete e consumo energetico Basi su architettura e componenti

3. Situazione attuale: • Apparecchiature di rete e consumo energetico • Retinei data center: • Responsabili del consumoenergetico IT tra l’8 e il12 % • Vita media piuttostolunga (4–7 anni) • Sono un potenzialecollodibottiglia per le performance complessive e per l’efficienzaenergetica

4. Caratteristiche delle reti • Domanda dei client • Parametrifondamentalidi performance: • Banda larga, bassa latenza (selezione della tecnologia di rete) • Scalabilità e flessibilità (architettura di rete e gestione) • Flessibilità per supportare vari servizi (consolidamento, eredità requisiti) • Sicurezza (diventa sempre più importante e sta influenzando l’overhead) • Alta disponibilità e ridondanza (requisiti QoS) • Gestibilità e trasparenza (questo aspetto è supportato da soluzioni di virtualizzazione) • Redditività a lungo termine • Ottimizzazione dei costi (riduzione CAPEX e OPEX)

5. Obiettivi di miglioramento • Ila scelta bilanciata Bilanciare performance tecnologiche e consumo energetico alte Performance tecnologiche Performance energetiche basse

6. Reti nei data centre • Modello funzionale

7. Reti nei data centre • Componenti ed architetture principali

8. Performance energetiche delle reti • Aspetticheinfluenzano le performance energetichedellereti: • Architettura di rete (tecnologia, numero di strati, attributi) • Topologia di rete (compreso il cablaggio e la topologia degli switch) • Specifiche delle apparecchiature (componenti, funzioni e configurazioni) • La virtualizzazione, gestione adattiva del carico (standard adeguati, protocolli)

9. Strategie e obiettivi di miglioramento • Treobiettiviprincipali per ilmiglioramento: • Riduzione dei componenti fisici (numero di attrezzature) • Riduzione del consumo energetico delle apparecchiature • sistema di ottimizzazione a livello di racke di sala

10. Strategie e obiettivi di miglioramento Riduzione dei componenti fisici (numero di attrezzature)

11. Riduzione dei componenti fisici • Riduzionedeicomponenti (numerodiapparecchi): • Consolidamentodi router, switch, porte (virtualizazzione, multifunzionalità, servizi) • Minor livelli di rete con le tecnologie all-IP (ad esempio FCoE) • Creare una rete unificata • Sviluppo della più recente tecnologia a banda larga (10/40Gbit/s)

12. Vitrualizzazione delle reti • Virtualizzazionedeisistemiincluse le retisignifica: • Router Virtual (software con funzionalità di routing, sistemi multipli su una macchina reale) • Collegamenti virtuali (interconnessione logica del router virtuale) • Reti virtuali (router virtuali collegati da link virtuali) • Vantaggidellavirtualizzazionedellereti • Le interfacce di gestione sono più flessibili • costo di acquisizione è ridotto mediante l'uso di software • Le prestazioni delle applicazioni aumentano grazie a un’estensione e un’assegnazione dei servizio semplificata • Il consumo potenziale di energia cala grazie al consolidamento delle apparecchiature

13. Vitrualizzazione delle reti • Buone pratiche • La virtualizzazionedellereticombinata con la virtualizzazione • Router: • Riduzionedei router fisicidioltreil 50% • Riduzionedeiconsumienergeticidioltreil 60% • Firewall: • Firewall centralizzatibasatisuretilogicheriduconoilconsumodei firewall dioltreil60% VM VM VM Firewall centralizzati con VMs Classic Environment Untrusted Network Reti Insicure

14. Consolidamento a livello di apparecchiature • Fusione delle classi di traffico • L’implementazione della tecnologia a banda larga / alta velocità a Network Adapterconvergenti (CAN) porta a: • Riduzionedelleapparecchiaturedirete, cablaggi e gateway • Porta ad un consumocomplessivoinferiore

15. Consolidamento LAN e SAN • Protocollo unificato Miglioramento: tecnologiadireteunificata(IP-based) con menoapparecchiature(switch) Initial Situation: Two separate network technologies with respective hardware (switches)

16. Situazione iniziale:SAN classica (FC o IB) • senzaperdite • con overhead piccolo •  Alta efficienzaditrasmissione • possibileperditadipacchetti • overhead elevato •  Bassaefficienzaditrasmissione

17. Possibilità di miglioramento: • Consolidamento delle reti (IP-based) IP-based (Ethernet)

18. Architettura di rete • Completamente consolidata

19. Strategieedobiettividimiglioramento Riduzione del consumoenergeticodelleapparecchiature

20. Consumo energetico • delle apparecchiature • Riduzione del consumo energetico delle apparecchiature: • Consumo energetico medio (legge di Moore) • Gestione energetica (non ancora disponibile) • Unità di alimentazione (efficienza, ridondanza) • Raffreddamento passivo e attivo (dissipatori di calore in rame, ventole a velocità variabile)

21. Legge di Moore • Effettipositivisulledinamicheditecnologieavanzate • Micro/Nanoelettronica(Moore), tecnologiadellacomunicazione (Shannon) , … • Ma: gap dicosti e tecnologici • Implementazioneinterfacce(AVT/MST), materie rare (costose)… Sviluppotecnologicodeisemiconduttori

22. Selezione delle apparecchiature • Topologia e corretto dimensionamento degli switch Confronto tra profili di potenza di 3Com Switch 4800G 24 o 48 porte 3Com Switch 4800G 48-Port 3Com Switch 4800G 24-Port 2x uplinks and 1x 10G XFP transceiver

23. Scoprire le informazioni • Acquisto di apparecchi (Efficienza energetica) Caratteristiche: • 8 W per interfaccia 10GE, • Soluzione a bassapotenza per 10GE • Migliorare l'efficienza di raffreddamento con ventole ridondanti a velocità variabile che regolano automaticamente la loro velocità in base alle condizioni esistenti. Juniper Switch-EX4500 Fonte: Juniper 2011

24. Efficienza delle PSU • Situazione iniziale: • La maggior parte degli alimentatori nelle apparecchiature di rete hanno un’efficienza inferiore all’ 80% • Sono disponibili alimentatori con efficienza al 90% • Energy Star e 80 Plus • L’Energy Star per i server fissa valori di efficienza superiori al 90% • Il programma 80 Plus fissa requisiti superiori • Raccomandazioni per il 80 Plus Gold/Plantinum • Effetti • Consumo energetico ridotto • Minor sollecitazione per il raffreddamento • TCO inferiore Source: Cisco 2011

25. Gestione dell‘energiaEthernet efficiente • Spegnere i transceiverEthernet (PHY) nei periodi con bassi rate di trasmissione dati • sono stati definiti nuove modalità di LPI per transceiver1000BASE-T e 10GBASE-T • Le caratteristiche principali sono: • Spegnere i trasmettitori e tre dei quattro ricevitori • Includono un ciclo di aggiornamento • Definiscono un segnale di allarme per riattivarsi rapidamente • Attualmente non sono disponibili per le apparecchiature di rete per data center

26. Buone pratiche - Confronto dell‘efficienza • tra apparecchiature di rete Migliore Migliore Fonte: (Lippis 2011)

27. Strategie e obiettivi di miglioramento Ottimizzazione dei sistemi a livello rack e sala

28. Ottimizzazione dei sistemi • a livello di rack e di sala • Ottimizzazione dei sistemi a livello rack e sala: • Topologia degli switch(ToR, EoR) • Cablaggio adeguato (flussi di aria, tipi di cavo, interfacce) • Posizione nel rack (concetti di cooling) • Virtualizzazione e controllo

29. Topologia switch End-of-Row Utilizzo delle risorse

30. Topologia switch Top-of-Rack Utilizzo delle risorse

31. Topologia switch Top-of-Rack Vantaggi e svantaggi • Top-of-Rack (ToR): ogni rack ha uno switch dedicato; • Vantaggi:switch decentrato per ambienti server densi (I / O di consolidamento), per ridurre lo sforzo di cablaggio. Una distanza di cablaggio inferiore tra server e switch migliora la velocità di trasmissione e riduce il consumo di energia per la trasmissione; • Svantaggi:Se TOR viene utilizzato nelle situazioni di calcolo meno densificate (pochi server in un rack), il sistema è sovradimensionato. L'efficienza energetica è bassa a causa dell’utilizzo non ottimale delle porte disponibili.

32. Cablaggio adeguato • Miglioramento di flussi d‘aria e raffreddamento

33. Cablaggio • Rame • Doppinoritorto in rame: • Costi inferiori rispetto alla fibra • Limitato range: la massima distanza per 10GE ​​è di circa 10m • Potenza inferiore: ad esempio, una smallformfactorpluggable (SFP) 10GE consuma solo 0,1 W (a 10m) • Le PHY 10GbE con cavo in rame consumano oggi in media 10W per porta • Meno robusti: esempio durante l'installazione il cavo si può rompere (ammaccature) più facile rispetto alla fibra

34. Cablaggio • Fibra ottica • Fibra ottica: • Elevati OpEx (costi iniziali): componenti attivi (fotonici) • Performance più elevate: velocità, larghezza di banda a distanza (300m) • Consumo energetico: una porta da 10GbE con fibra ottica consuma 1-2W • Molto robusta: prendere comunque in considerazione isolamento, raggio di curvatura e apparecchiature di rete • Utilizzabile per livelli core-switch, anche se per ora il rame rimane la prima scelta per il collegamento di server con switchtop-of-rack

35. Cablaggio • Confronto tra fibra ottica e rame

36. Processodimiglioramento

37. Processo di miglioramento • Passo passo • Passo: • Fissare obiettivi di miglioramento (reattivi, intelligenti e convergenti) • Progettare l’architettura della rete (tecnologia) • Acquisto di apparecchi efficienti (power management) • Sviluppo e cablaggio adeguato (impatto su flussi d’aria e raffreddamento) • Virtualizzazione e bilanciamento del carico

38. Processo di miglioramento • Fissare gli obiettivi di miglioramento • Compiti: • Misurazione / monitoraggio del consumo specifico di energia (pre-condizione): • Su singoli componenti • Rispettivi parametri termici e tecnici (flusso d'aria, temperatura, velocità della ventola) • Definizione dei valori obiettivo: • Efficienza energetica (Teer / ECR di destinazione) • Power Management (non ancora disponibile, obiettivo a lungo termine) • Soglia di temperatura (ad esempio impostazione dei limiti secondo ASHRAE)

39. Processo di miglioramento • Progettare l’architettura della rete • Compiti: • Definire una lista di parametri obiettivo per: • Prestazioni tecniche (molto importante è l'interoperabilità, le questioni legacy) • Prestazioni energetiche (eco) • Proiezione di questi parametri di performance a specifiche tecniche orientate alle apparecchiature : • A questo punto, una decisione deve essere fatta sulla tecnologia di rete di base per le singole reti (SAN, LAN, Access) • Tipo / numero di porte di rete • il throughput dei dati • Funzionalità e servizi aggiuntivi (virtualizzazione e controllo))

40. Processo di miglioramento • Acquistodiapparecchiatureefficienti • Compiti: • Screening di mercato in base alle specifiche identificate • Linee guida per appalti pubblici (Fraunhofer CC LAN) • Consultazione • Richiesta di dati di test / dati di benchmark relativi all’energia (Teer) • Confronto tra prezzi (guida per la valutazione / selezione)

41. Outlook • Specifici esempi di buone pratiche (dati reali / casi pratici) • Esempi di riduzione hardware (virtualizzazione) • Powermanagement di rete (standby e basso idle) • Oltre lo stato dll’arte (tutto fibra ottica, tunneling) • Classifica delle opzioni di miglioramento

42. Discussione Domande relative al modulo

43. Domande/discussioni relative al modulo • Quali pensi siano i principali ostacoli per l'efficienza energetica nelle apparecchiature di rete? • Quali sono gli aspetti principali che influenzano le prestazioni energetiche delle apparecchiature della rete? • Quali sono i tre obiettivi di base per il miglioramento dell'efficienza energetica nelle apparecchiature di rete? • Qual è il vantaggio principale svantaggio di usare la topologia switchTop-of-rack?

44. Suggerimenti per approfondimenti White paper Pubblicazioni online Ecc.

45. Suggerimenti per approfondimenti • Energy Consumption Rating Initiative • www.ecrinitiative.org • Cisco Efficiency Assurance Program • www.cisco.com/assets/cdc_content_elements/flash/dataCenter/eap • IBM, Network solutions • http://www-03.ibm.com/systems/networking/ • Energy Proportional Datacenter NetworksAbts D.et al. (2010), Proceedings of the International Symposium on Computer Architecture, Saint-Malo • http://static.googleusercontent.com/external_content/untrusted_dlcp/research.google.com/de//pubs/archive/36462.pdf

46. Suggerimenti per approfondimenti • Government Data Center Network Reference Architecture, Using a High-Performance Network Backbone to Meet the Requirements of the Modern Government Data Center, Juniper (2010) • http://www.buynetscreen.com/us/en/local/pdf/reference-architectures/8030004-en.pdf • ElasticTree: Saving Energy in Data Center NetworksHeller B. et al. (2010) • http://www.usenix.org/event/nsdi10/tech/full_papers/heller.pdf