Módulo 5 Equipos de redes

1. Módulo 5Equipos de redes Versión1.06 de octubre de 2011

2. Estructuratécnica y operativa Equipos de redes y consumo de energía Arquitectura y componentes básicos de redes

3. Situación actual • Equipos de red y consumo de energía • Redes de centros de datos: • Representan aproximadamente entre el 8 y 12% del consumo de energía de los equipos informáticos • Se suelen utilizar sin cambios durante un período de tiempo más largo (4-7 años) • Son un cuello de botella potencial para el rendimiento general y la eficiencia energética

4. Atributos de red • Exigencias de los clientes • Parámetrosbásicos de rendimiento: • Gran ancho de banda, baja latencia (selección de la tecnología de la red) • Escalabilidad y agilidad (arquitectura y gestión de la red) • Flexibilidad para soportar diferentes servicios (consolidación, requisitos de los sistemas legados) • Seguridad (cada vez más importante e influye en los gastos generales) • Alta disponibilidad y redundancia (requisitos de calidad del servicio) • Capacidad de gestión y transparencia (este aspecto se apoya en las soluciones de virtualización) • Viabilidad a largo plazo • Optimización de los costes (reducción del CAPEX y el OPEX)

5. Objetivo de mejora • Encontrar el balance adecuado Equilibrar el rendimiento técnico y el consumo de energía alto Rendimientotécnico Rendimientoenergético bajo

6. Redes de centros de datos • Modelo funcional

7. Redes del centro de datosArquitectura y componentes de red básicos

8. Rendimiento energético de la redes • Elementosqueinfluyen en el rendimientoenergético de la red: • Arquitectura de la red (tecnología, número de capas, atributos) • Topología de la red (incluyendotopología del cableado y del conmutador) • Especificaciones del equipo (componentes, funciones y configuraciones) • Virtualización, gestión de carga adaptable (normas adecuadas, protocolos)

9. Mejora de la estrategia y objetivos • Tres objetivos de mejora básicos: • Reducción de los componentes físicos (número de equipos) • Reducción del consumo energético de los equipos • Optimización del sistema a nivel del rack y de la sala

10. Mejora de la estrategia y objetivos Reducción de los componentesfísicos (número de equipos)

11. Reducción de los componentes físicos • Reducción de los componentesfísicos (número de equipos): • Router, conmutador, consolidación de puertos (virtualización, multifunción, servicios) • Menor número de capas de red a través de tecnologías IP integrales (por ejemplo, FCoE) • Creación de una estructura de red unificada • Puesta en marcha de la última tecnología de banda ancha (10/40Gbit/s)

12. Virtualización de la red • La virtualización del sistema, incluyendolasredes, supone: • Enrutador virtual (software con funcionalidad de enrutamiento, sistemas múltiples en una máquina real) • Enlaces virtuales (interconexión lógica del router virtual) • Redes virtuales (routers virtuales conectados por enlaces virtuales) • Ventajas de la virtualización de la red • Las interfaces de gestión son más flexibles • Reducción del coste de adquisición por el uso de software • Aumento del rendimiento de la aplicación mediante la extensión y la asignación simplificada del servicio • Posible disminución del consumo de energía mediante la consolidación de equipos

13. Virtualicación de la redLas mejores prácticas • Virtualización de la red combinada con la consolidación • Router: • Reducción en más de un 50% de los routers físicos • Descenso del consumo de energía de hasta aproximadamente un 60% • Firewall: • Los cortafuegoscentralizadosbasados en mallas de red lógicasreducen el consumo de energía del cortafuegosrelacionado en hasta un 60% VM VM VM Cortafuegoscentralizado con máquinasvirtuales Classic Environment Untrusted Network Red no fiable

14. Consolidación a nivel de equipos • Fusión de las clases de tráfico • La aplicación de tecnología de bandaanchaalta y de gran velocidad y del Adaptador de Red convergente(CAN) conduce a : • Reducción del equipo de red, del cableado y de laspuertas de entrada • Da comoresultado un consumo de energía general másbajo

15. Consolidación de LAN y SAN • Protocolo unificado Mejora: tecnología de red unificada (basada en IP) con hardware reducido (conmutadores) Initial Situation: Two separate network technologies with respective hardware (switches)

16. Situación inicial:SAN (FC o IB) clásico • Sin pérdidas • Gastosgeneralesreducidos •  Eficiencia de transmisiónelevada • Posiblecaída del paquete • Gastosgeneraleselevados •  Eficiencia de transmisiónmásbaja

17. Opción de mejora: • Consolidación de la red (basada en IP) Basada en IP (Ethernet)

18. Arquitectura de red plenamente consolidada

19. Mejora de la estrategia y objetivos Reducción del consumo de energía del equipo

20. Consumo de energía del equipo • Reducción del consumo de energía del equipo: • Consumo medio de energía (Ley de Moore) • Gestión de la energía (todavía no disponible) • Fuente de alimentación (eficiencia, redundancia) • Refrigeración pasiva y activa (sumideros de calor de cobre, ventiladores de velocidad variable)

21. Leyes de Moore • Efectos positivos de la dinámica de alta tecnología • Micro/Nanoelectrónica (Moore), tecnología de la comunicación (Shannon), ... • Pero: costes y brechas tecnológicas • Implementar interfaces (AVT / MST), materiales valiosos (poco frecuente) … Mapa de la tecnología de semiconductores

22. Selección del equipo • Topología y dimensionamiento adecuado del conmutador Comparación entre el perfil de energía 3Com Switch 4800G 24 y 48-Port 3Com Switch 4800G 48-Port 3Com Switch 4800G 24-Port Transceptor 10G XFP de enlaces 2x y 1x

23. Divulgación de información • Adquisición de equipos (Eficiencia Energética) Características: • 8 W porinterfaz de 10GE, • Solución de bajaenergíapara 10GE • Mejorar la eficiencia del enfriamiento mediante el uso de ventiladores redundantes de velocidad variable que ajustan automáticamente la velocidad según las condiciones existentes. Juniper Switch-EX4500 Fuente: Juniper 2011

24. Eficiencia del PSU • Situacióninicial: • La mayoría de las fuentes de alimentación de los equipos de red operan con una eficiencia inferior al 80% • 90% de eficiencia de las fuentes de alimentación ya existentes • Energy Star y 80 Plus • Energy Star parafuentes de alimentación con requisitosfijadosporencima del 90% • 80 Plus Program fijarequisitossuperiores • Recomendación de 80 Plus Gold/Plantinum • Efectos • Consumo de energíareducido • Menostrabajo de refrigeración • Menor TCO Source: Cisco 2011

25. Gestión de la energía Ethernet energéticamenteeficiente • Apague los transceptores Ethernet (FIT) en periodos de baja velocidad de datos • Se han definido nuevos modos LPI para transceptores 1000BASE-T y 10GBASE-T • Sus características fundamentales son : • Permiten apagar los transmisores y tres de los cuatro receptores • Incluyen un ciclo de actualización • Definición de una señal de alerta para activarlos rápidamente • Actualmente no disponiblespara los equipos de red de centros de datos

26. Mejores prácticas • Comparación de equipos de red EE better better Fuente: (Lippis 2011)

27. Mejora de la estrategia y objetivos Optimización del sistema a nivel del rack y de la sala

28. Optimización del sistema a nivel del rack y de la sala • Optimización del sistema a nivel del rack y de la sala: • Topología del conmutador (ToR, EoR) • Cableadoadecuado (flujo del aire, tipo de cable, interfaz) • Posición en el Rack (concepto de refrigeración) • Virtualización y control

29. Topología del conmutador al final de la hilera Utilización de recursos

30. Topología del conmutador en la parte superior del rack Utilización de recursos

31. Topología del conmutador ToR Ventaja y desventaja • En la parte superior del rack (TdR): cada rack tiene un interruptor especializado • Ventaja: un conmutador descentralizado para entornos de servidores densos (consolidación I / O ) que reduce el esfuerzo de cableado. La distancia más corta del cableado entre el servidor y el conmutador mejora la velocidad de transmisión y reduce el consumo de energía de esta transmisión. • Desventaja: Si el ToR se utiliza en una computación menos densa (pocos servidores en un rack), el sistema estará sobredimensionado. La eficiencia energética es baja debido a la utilización subóptima de los puertos disponibles.

32. Cableado adecuadi • Mejora el flujo del aire y la refrigeración

33. Cableado • Cobre • Par de cobretrenzado: • Menores costes en comparación con la fibra • Un alcance limitado: por ejemplo, la distancia práctica, para 10GE es de unos 10 metros • Menor consumo de energía: por ejemplo, 10GE conectable de tamaño reducido (SFP), sólo 0,1 W (a 10 m) • 10 GbE cable de cobre PHY consume hoy en día 10 W por puerto • Menos resistentes: por ejemplo, durante la instalación, el cable se puede romper (abolladuras) con más facilidad en comparación con la fibra

34. Cableado • Fibra óptica • Fibraóptica: • OPEX (gastos iniciales) elevado: componentes activos (fotónica) • Mayor rendimiento: velocidad, ancho de banda a larga distancia (300 m) • Consumo de energía: con fibras de puerto óptico de 10 GbE consume 1-2W • Muy accidentado: sin embargo, debe considerar el aislamiento, el radio de curvatura, los equipos de red • Aplicable a capas de conmutación centrales, aunque el cobre sigue siendo la primera opción para conectar el servidor con los conmutadores de la parte superior del rack

35. Cableado • Comparación entre la fibra y el cobre

36. Proceso de mejora

37. Proceso de mejora • Paso a paso • Pasos: • Establecimiento de objetivos de mejora (eficiente, convergente e inteligente) • Planificación de la arquitectura de la red (tecnología) • Adquisición de equipos eficientes (administración de energía) • Funcionamiento y cableado adecuados (impacto en el flujo de aire y refrigeración) • Equilibrio de carga y virtualización

38. Proceso de mejoraEstablecimiento de objetivos de mejora • Tareas: • Medición / supervisión del consumo de energíaespecífico (condiciónprevia): • Componentesindividuales • Parámetrostérmicos y técnicosrespectivos (flujo del aire, temperatura, velocidad del ventilador) • Definir los valoresobjetivo: • Eficienciaenergética (objetivo TEER/ECR) • Gestión de la energía(no disponibletodavía, objetivo a largo plazo) • Umbral de temperatura (p. ej. Fijar un límitesegún la ASHRAE)

39. Proceso de mejora • Planificación de la arquitectura de red • Tareas: • Definirunalista de parámetrosobjetivopara: • Rendimientotécnico (la interoperatibidad y lascuestioneslegales son muyimportantes) • Rendimiento de la energía (ecológico) • Proyección de estosparámetros de rendimiento en lasespecificacionestécnicasorientadas al equipo: • En estepunto, debetomarseunadecisiónsobre la tecnología de red básica de lasredesindividuales (SAN, LAN, Access) • Tipo y número de puertos de red • Transmisión de datos • Funcionabilidad y serviciosadicionales (virtualización y control)

40. Proceso de mejora • Adquisición de equiposeficientes • Tareas: • Estudio del mercado según las especificaciones identificadas • Orientación sobre contratación pública (Fraunhofer CC LAN) • Solicitar una prueba relacionada con la energía / datos de referencia (TEER) • Comparar las ofertas (si hay una guía de evaluación / selección)

41. Perspectiva • Ejemplos específicos de las mejores prácticas (datos reales / casos prácticos) • Ejemplos para la reducción de hardware (virtualización) • Gestión de la energía de la red (modo de espera e inactividad baja) • Más allá de la vanguardia (íntegramente óptico, tunelización) • Clasificación de opciones de mejora

42. Debate Cuestionesrelacionadas con el módulo

43. Cuestiones/debates relacionados con el módulo • ¿Cuál cree usted que son los principales obstáculos para alcanzar una eficiencia energética en los equipos de red? • ¿Cuáles son los principales aspectos que influyen en la eficiencia energética de los equipos de red? • ¿Cuáles son los tres objetivos de mejora básicos en la eficiencia energética de los equipos de red? • ¿Cuál es la principal ventaja y desventaja del uso de la topología del conmutador Top-of-Rack?

44. Sugerencias de lecturascomplementarias Librosblancos Publicaciones en línea Etc.

45. Sugerencias de lecturascomplementarias • 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. y otros (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. Sugerencias de lecturascomplementarias • 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. y otros (2010) • http://www.usenix.org/event/nsdi10/tech/full_papers/heller.pdf