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Module 5 Netzwerk Equipment

Module 5 Netzwerk Equipment. Technischer und operativer Rahmen. Ausgangssituation Netzwerk Equipment und Energiebedarf. Netzwerke in Rechenzentren: v erursachen ca. 8% bis 12 % des Energiebedarfs der IT-Ausstattung werden generell über lange Zeiträume eingesetzt (4-7 Jahre)

marsha
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Module 5 Netzwerk Equipment

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Presentation Transcript

  1. Module 5Netzwerk Equipment Technischer und operativer Rahmen

  2. Ausgangssituation • Netzwerk Equipment und Energiebedarf • Netzwerke in Rechenzentren: • verursachen ca. 8% bis 12 % des Energiebedarfs der IT-Ausstattung • werden generell über lange Zeiträume eingesetzt (4-7 Jahre) • sind ein potent. Flaschenhals für die Gesamtleistung & Energieeffizienz

  3. Netzwerk Attribute • Kundenanforderungen • Grundlegende Leistungsparameter: • Hohe Bandbreite, geringe Latenzzeit (Auswahl der Netzwerktechnologie) • Skalierbarkeit und Agilität (Netzwerkarchitektur und -management) • Flexibilität zur Unterstützung div. Services (Konsolidierung, Anforderungen bestehender Systeme) • Sicherheit (zunehmende Bedeutung und beeinflusst den Overhead) • Hohe Verfügbarkeit und Redundanz (QoS-Anforderungen) • Verwaltbarkeit und Transparenz (wird durch Virtualisierungslösungen unterstützt) • Langfristige Rentabilität • Kostenoptimierung (CAPEX und OPEX reduzieren)

  4. Verbesserungsziel • Die richtige Balance finden Balance zwischen technischer Performance und Energiebedarf hoch technische Performance Energie Performance gering

  5. Rechenzentren Netzwerke • Funktionales Model

  6. Rechenzentren Netzwerke Basis Netzwerkarchitektur & Komponenten

  7. Netzwerk Energieprofil • Einflussfaktoren für die Energieprofildes Netzwerkes: • Netzwerkarchitektur (Technologie, Anzahl der Layer, Attribute) • Netzwerktopologie (inklusive Verkabelung und Switchtopologie) • Gerätespezifikationen (Komponenten, Funktionen und Konfigurationen) • Virtualisierung, lastadaptives Management (geeignete Standards und Protokolle)

  8. Verbesserungsstratgie und Ziele • Die drei grundlegenden Verbesserungsziele: • Verringerung der physischen Komponenten (Geräteanzahl): • Verringerung der Leistungsaufnahme der entsprechenden Geräte • Systemoptimierung auf Rack- und Raumebene

  9. Verringerung der physischen • Komponenten • Verringerung der physischen Komponenten (Geräteanzahl): • Router-, Switch-, Portkonsolidierung (Virtualisierung, Multifunktionalität, Dienste) • Weniger Netzwerklayer durch all-IP Technologien (z.B. FCoE) • Erstellen einer einheitlichen Netzwerkstruktur • Einführung der aktuellen Breitbandtechnologie (10/40Gbit/s)

  10. Netzwerk-Virtualisierung • System-Virtualisierunginkl. des Netzwerkes bedeutet: • Virtuelle Router (Software mit Routingfunktionalität, mehrere Systeme auf einer realen Maschine) • Virtuelle Links (logische Verbindungen der virtuellen Router) • Virtuelle Netzwerke (virtuelle Router verbunden durch virtuelle Links) • Vorteile der Netzwerk-Virtualisierung • Managementschnittstellen sind flexibler • Reduzierte Anschaffungskosten durch Softwareeinsatz • Verbesserte Leistung der Anwendungen durch vereinfachte Diensterweiterung und -zuordnung • Potentiell verringerter Stromverbrauch durch Gerätekonsolidierung

  11. Netzwerk-VirtualisierungBest Practice • Netzwerk-Virtualisierungin Verbindung mit Konsolidierung • Router: • Verringerung der physischen Router um über 50% • verringerter Energiebedarf um annährend 60% • Firewall: • Zentralisierte Firewalls basierend auf logischen Netzwerkstrukturen reduzieren den Firewall bezogenen Energiebedarf auf bis zu 60% VM VM VM zentralisierte Firewalls mit VMs • klassischerAufbau Untrusted Network UntrustedNetwork

  12. Konsolidierung auf der Geräteebene • Zusammenbringen der “traffic classes” • Technologieimplementierung für hohe Bandbreite / Geschwindigkeitund “converged Network Adapter” (CAN) führt zu: • Reduzierung von Netzwerkgeräten, Verkabelung und Gateways • Darus resultiert ein geringerer Gesamtenergiebedarf

  13. LAN und SAN Konsolidireung • Einheitliche Protokolle Verbesserung: einheitliche Netzwerktechnologie (IP-basierend) mit reduzierterHardware (Switch) Initial Situation: Two separate network technologies with respective hardware (switches)

  14. Ausgangssituation:KlassischesSAN (FC or IB) • Verlustfrei • kleiner Overhead •  Hohe Übertragungseffizienz • Packetverlust möglich • hoher Overhead •  Geringe Übertragungseffizienz

  15. Verbesserungsoption: • Netzwerkkonsolidierung (IP-basiert) IP-based (Ethernet)

  16. Vollständig konsolidierte • Netzwerkarchitektur

  17. Leistungsaufnahme der Geräte • Verringerung des Stromverbrauchsder Netzwerkgeräte durch: • Durchschnittlichen Stromverbrauch (Moore`s law) • Power Management (derzeit noch nicht verfügbar) • Netzteil (Effizienz, Redundanz) • Passive und aktive Kühlung (Kupfer-Kühlkörper, regelbare Lüfterdrehzahl)

  18. Moores Law • Positive EffektehoherTechologiedynamik • Mikro/Nanoelektronik(Moore), Kommunikationstechnik(Shannon) , … • Aber: Kostenund echnologygaps • ImplementierunggeeigneterSchnittstellen(AVT/MST), wertvolle (selten) Materialen…

  19. Geräteauswahl • Switchtopologie und geeignete Dimensionierung Vergleich von 3Com Switch 4800G 24/48-Port Energieprofil 3Com Switch 4800G 48-Port 3Com Switch 4800G 24-Port 2x uplinks and 1x 10G XFP transceiver

  20. Offenlegung von Informationen • Produktbeschaffung(Energieffizienz) Ausstattung: • 8 W pro 10GE Schnittstelle, • Geringer Stromverbrauch für 10GE • Verbessterte Kühlungseffizienz mit regelbarer Lüfterdrehzahl (die Drehzahl wird automatisch an die bestehenden Bedingungen angepasst) Juniper Switch-EX4500 Quelle: Juniper 2011

  21. Netzteileffizienz • Ausgangssituation: • Viele Netzteile in installierten Netzwerkgeräten haben eine potent. Effizienz von unter 80% • Netzteile mit einer Energieeffizienz von über 90% bereits am Markt verfügbar • Energy Star und 80 Plus • Energy Star für Servernetzteile setzt bereits Effizienzanforderungen von 90% • 80 Plus Programm hat noch höhere Anforderungen • Empfehlung für 80 Plus Gold / Plantinum • Effekte • Reduzierter Stromverbrauch • Geringerer Kühlungsaufwand • Absenkung der TCO

  22. Power Management EnergyEfficient Ethernet • Abschalten von Ethernet Transceivers (PHYs) in Zeiten mit geringen Datenaufkommen • Vergleichbar mit Wake-on-LAN Konzept • 1000BASE-T und 10GBASE-T Transceiver neue LPI Modes wurden definiert • Hauptmerkmale: • Abschalten der Transmitter und drei von vier Rreceivern • Aufnahme eines Refresh-Zyklus • Definition eines Alarmsignals für schnelle Reaktivierung • Aktuell noch nicht für Netzwerkgeräte für Rechenzentren verfügbar

  23. Best Practice • EE Netzwerkgerätevergleich better better Source: (Lippis 2011)

  24. Systemoptimierung auf Rack- und Raumebene • Switchtopologie (ToR, EoR) • geeignete Verkabelung (Luftstrom, Kabelart, Schnittstelle) • Position im Rack (Kühlungskonzept) • Virtualisierung und Steuerung

  25. End-of-Row Switchtopologie optimale Ressourcenausnutzung

  26. Top-of-Rack Switchtopologie optimale Ressourcenausnutzung

  27. Geeignete Verkabelung • Verbesserung v. Luftstrom und Kühlung

  28. Verkabelung • Kupfer • Kupfer twisted pair: • GeringeKosten: im Vergleich zu Glasfaserlösungen • BegrenzteReichweite: z.B. geeignete Entfernung für 10GE sind ca. 10m • GeringerStrombedarf: z.B. 10GE “small form factor pluggable (SFP) nur 0.1W (auf 10m) • 10GbE Kupferkabel PHY aktuell ca. 10W pro Port • Weniger robust: z.B. Kabel kann während der Installation einfacher brechen als vergleichbares Glasfaserkabel)

  29. Verkabelung • Glasfaserleiter • Glasfaserleiter: • Hoher OpEx : aktive Komponenten (Photonik) • Hohe Performanz: Geschwindigkeit, Bandbreite über lange Distanzen (300m) • Energieverbrauch: mit 10GbE Port benötigen Glasfaserleiter 1-2W • Sehr robust: unter Berücksichtigung von Isolation, Biegeradius und entsprechenden Netzwerkgeräten • Besonders geeignet für Core-Switching-Netz, während Kupfer die erste Wahl für Serververbindungen mit TOR-Switchen ist.

  30. Verkabelung • Vergleich von Glasfaser und Kupfer

  31. Optimierungsprozess • Schritt-für-Schritt • Maßnahmen: • Auswahl von Verbesserungszielen (bedarfsgerecht, konvergiert und intelligent) • Planung der Netzwerkarchitektur (Technologie) • Beschaffung energieeffizienter Geräte (Power Management) • Umsetzengeeigneter Verkabelung (Einfluss auf Luftdurchsatz und Kühlung) • Lastausgleich und Virtualisierung

  32. Optimierungsprozess Auswahl von Verbesserungszielen • Tasks: • Messen/Monitoren der spezifischen Leistungsaufnahme (Vorraussetzung): • Individuelle Komponenten • Entsprechende thermische und technische Parameter (Luftdurchsatz, Temperatur, Lüfterdrehzahl) • Definition von Zielvorgaben: • Energieefficienz (TEER/ECR) • Power Management (Anmerkung: noch nicht verfügbar, Langzeitziel) • Schwellwerttemperatur (z.B. Grenzbereich entsprechend ASHRAE)

  33. Optimierungsprozess • Planung der Netzwerkarchitektur • Tasks: • Festlegen vorrangiger Zielparameter für: • Technische Performanz (hohe Bedeutung für Interoperabilität, Einbindung bestehender Technik) • Energie (eco) Performanz • Übertragung der Leistungsparameter in produktorientierte technische Spezifikationen: • An diesem Punkt muss die Entscheidung für die grundlegende Netzwerktechnologie der individuellen Netzwerke geroffen werden (LAN, SAN, Access) • Art, Anzahl der Netzwerkports • Datendurchsatz • Funktionalität und zusätzliche Dienste (Virtualisierung und Steuerung)

  34. Optimierungsprozess • Beschaffung effizienter Geräte • Tasks: • Marktanalyse entsprechend der indentifizierten Spezifikationen • Öffentliche Beschaffungsrichtlinien • Beratung • Anforderung energiebezogener Test-/Benchmarkdaten (TEER) • Vergleich verschiedener Angebote (existieren Guides für Auswahlprozesse)

  35. Ausblick • Spezifische“Best-Practice-Beispiele” (reale Daten/praktische Fälle) • Beispiele für Reduzierung der Hardware (Virtualisierung) • Netzwerk Power Management (Standby und geringeridle) • Weiterentwicklungen nach dem Stand der Technik (vollständig optisch, Tunnel Konzepte) • Klassifizierung der Verbesserungsoptionen

  36. WeitereLiteraturempfehlungen White papers Online Publikationen Etc

  37. WeitereLiteraturempfehlungen • 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

  38. WeitereLiteraturempfehlungen • 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

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