Módulo 5 Equipamento de rede

1. Módulo 5Equipamento de rede Versão1.006 de Outubro de 2011

2. Estruturatécnica e operacional Equipamento de rede e Consumo de energia Arquitetura de Rede Básica & Componentes

3. Situação atual • Equipamento de rede e Consumo de Energia • Rede dos “Data Centre”: • São responsáveispor8 a12 %do Consumo de Energia • São tipicamenteutilizadassemalteraçõesdurante um longoperíodo(4–7 anos) • São um potencialpotencialpara o desempenho global & eficiênciaenergética

4. AtributosdaRede • Exigências do cliente (ver rodapé) • Parâmetrosbásicos do desempenho: • Banda larga, baixalatência (seleçãodatecnologia de rede) • Escabilidade e agilidade (arquitetura e gestão de rede) • Flexibilidadeparaapoiardiferentesserviços (consolidação, legado de requisitos) • Segurança (com importânciacrescente e com influêncianasdespesasgerais) • Alta disponibilidade e redundância (requisitosQoS) • Gestão e transparência (esteaspeto é apoiadoporsoluções de virtualização) • Viabilidadea longoprazo • Otimização de custos(reduzir o CAPEX e o OPEX)

5. Melhoria do objetivo • Encontrar o equilíbrio adequado Equilíbrio do desempenho técnico e consumo de energia Alto Desempenhotécnico Desempenho de energia baixo

6. Redes de “Data Centre“ • Modelo Funcional

7. Redes do “Data Center“ Arquitetura Básica de Rede& Componentes

8. Desempenho Energético da Rede • Aspectos que influenciam o desempenho energético de rede: • Arquitetura de rede (tecnologia, número de camadas, atributos) • Topologia da rede (incluindo cablagem e topologia de “switch”) • Especificações de equipamentos (componentes, funções e configurações) • Virtualização, gestão adaptável de carga (normas adequadas, protocolos)

9. Melhorias de Estratégia e de Metas • Trêsobjetivos de melhoria: • Redução de componentes físicos (número de equipamentos) • Redução do consumo de energia do equipamento • 3. Sistema de otimização do nível de rack e de sala

10. Melhoria de estratégias e de metas Redução de componentesfísicas (número de equipamento)

11. Redução de Componentes Físicos • Redução de componentesfísicos (número de equipamento): • “Router”, “switch”, porta de consolidação (virtualização, multifuncional, serviços). • Menornúmero de “layers” de níveis de através de todas as tecnologias IP (por ex.FCoE) • Criarumaestrutura de redeunificada • Lançamentodamaisrecentetecnologia de bandalarga(10/40Gbit/s)

12. Virtualização de rede • Virtualização de sistema, incluindoosmeios de rede: • “Router” virtual (software com funcionalidade de “router”, múltiplossistemasnumamáquina real) • Links virtuais (interligaçãológica do “router”) • Redesvirtuais (“Routers” virtuaisligadospor links virtuais) • Vantagensdavirtualizaçãodarede • “Interfaces” de gestãosãomaisflexíveis • Redução do custo de aquisiçãoatravésdautilização de software • O desempenho das aplicaçõesaumentouatravésdaextensãoe daatribuição de um serviçosimplificado • Diminuição do potential consumo de energiaatravésdaconsolidação de equipamento.

13. Virtualização da redeMelhores práticas • Virtualização de redecombinada com a consolidação • Router: • Redução de routers físicosem de 50% • O consumo de energiareduziuaproximadamenteaté 60% • Firewall: • Firewalls centralizadosbaseadosemtecidos de redelógicareduzem o consumo de energiarelacionado com a firewall até 60%. VM VM VM Centralized Firewall with VMs Classic Environment Untrusted Network Untrusted Network

14. Consolidação do nível de equipamento • Fusão de classes de tráfego • Implementaçãodabandalarga/ tecnologia de velocidade e de adaptadorde redeconvergente(CAN, converged Network Adapter ) leva a: • Redução do equipamento de rede, de cablagem e de “gateways” • Resulta num baixoconsumo total de energia.

15. Consolidação de LAN e SAN • Protocolo unificado Improvement: Unified network technology (IP-based) with reduced hardware (switches) Initial Situation: Two separate network technologies with respective hardware (switches)

16. Situação inicialSAN clássico (FC or IB) • Com perdas • Baixasobrecarga • altaeficiência de transmissão • Possívelperda de embalagem • Alta sobrecarga •  Inferior eficiência de transmissão

17. Opção de melhoria: • Consolidação da rede (IP-based) IP-based (Ethernet)

18. Integralmente consolidadas • Arquitetura de rede

19. Melhoria de estratégias e metas Redução do consumo de energia do equipamento

20. Consumo de energia dos equipamentos • Redução do consumoenergético do equipamento: • Consumomédio de energia (lei de Moore) • Gestão de energia (aindanãodisponível) • Fonte de alimentação (efficiência, redundância) • Refrigeraçãopassiva e ativa (Dissipadores de calor de cobre, velocidadevariáveldos ventiladores)

21. Lei de Moore • Efeitospositivos de altatecnologiadinâmica • Micro/Nanoelétronic a(Moore), tecnologia de comunicação(Shannon) , … • Mas:oscustos e as lacunas tecnológicas • Implementam interfaces (AVT/MST), materiaisvaliosos(raros) … Roadmap of Semiconductor Technology

22. Seleção de Equipamentos • Topologia do “switch“ e Dimensão Adequada Comparação de 3Com Switch 4800G 24/48-Perfil da porta de alimentação 3Com Switch 4800G 48-Port 3Com Switch 4800G 24-Port 2x uplinks and 1x 10G XFP transceiver

23. Divulgação de informações • Aquisição de equipamento (Eficiência energética) Características: • 8 W por10GE interface, • Solução de baixapotênciapara 10GE • Melhorar a eficiência de refrigeração com ventiladoresredundantes de velocidadevariável, queajustamautomaticamente a suavelocidade com base nascondiçõesexistentes. Juniper Switch-EX4500 Fonte: Juniper 2011

24. Eficiência do PSU • Situaçãoinicial: • A maior parte das fontes de energiaemequipamento de redefuncionam com menos de 80% de eficiência • 90% daeficiência das fontes de energiajáexiste. • Energy Star e80 Plus • A Energy Star estabelecerequisitosacima dos 90% parafontes de alimentação do servidor. • 80 Plus Program estabelecemrequisitosmaisexigentes • Recomendaçãopara 80 Plus Ouro/Plantina • Efeitos • Consumo de energiareduzido • Menoresforço de refrigeração • TCO inferior Source: Cisco 2011

25. Gestão de energiaEficiênciaenergéticada Ethernet • Desligarostransceptores de Ethernet (PHYs) emperíodos com baixataxa de transmissão de dados. • Foramdefinidostransceptores de 1000BASE-T e 10GBASE-T com novosmodelos de LPI • As principaiscaracterísticassão: • Permitirque se desliguemostransmissores e três dos quatrorecetores • Incluir um ciclo de atualização • Definição de um sinal de alertaparaquedesperterapidamente • Nãoestãodisponíveisatualmentepara o equipamento de rede do “data center”.

26. Melhores práticas • Comparação de Equipamento de Rede EE better better Source: (Lippis 2011)

27. Melhoria de estratégias e de metas Otimização do sistema do nível de rack e de sala

28. Otimização do sistema do nível de rack e da sala • Otimização do sistema do nível de rack e de sala: • Topologia do “switch”(ToR, EoR) • Cablagemadequada (fluxo de ar, tipo de cabo, interface) • Posição no Rack (conceito de refrigeração) • Virtualização e controlo

29. Topologia do Switch do End-of-RowUtilização de Recursos

30. Topologia do Switch Top-of-Rack Utilização de Recursos

31. Topologia do SwitchTop-of-RackVantagem e desvantagem • Top-of-Rack (ToR): cadarack tem um “switch” dedicado; • Vantagem:Comutaçãodescentralizadaparaambientesdensos de servidor (consolidação I/O) quereduz o esforço de cablagem.Umadistância do cabomaiscurta entre o servidor e o “switch” melhora a velocidade de transmissão e reduz o consumo de energiaparaestatransmissão; • Desvantagem:Se oToRé utilizadonumacomputaçãomenosdensa (poucosservidores num rack), o sistema é excessivamentedimensionado. A eficiênciaenergética é baixa, devido à qualidade inferior das portasdisponíveis.

32. Cablagem adequada • Melhorar o fluxo de ar e a refrigeração

33. Cablagem • de cobre • Cobretorcidoem par: • Custosmaisbaixosemcomparação à fibra • Alcancelimitado: por ex., distãnciaprática de 10GE é de cerca de 10m • Baixoconsumo de energia: por ex., 10GE pequenpformato (SFP small form factor pluggable), apenas 0.1W (em10m) • 10GbE cabo de cobre PHY consome, hoje, emdia, tipicamente10W porporta • Menosáspero: por ex., durante a instalação, o cabopodepartir(amassar)maisfacilmente do que a fibra

34. Cablagem • Fibra ótica • Fibraótica: • AltaOpEx(custosiniciais): componentesativos (fotónico) • Maiordesempenho: velocidade, largura de banda de longadistência (300m) • Consumo de energia: comporta de10GbE as fibrasóticasconsomem1-2W • Muitoresistente: contudoconsidera-se o isolamento, o rádiodacurvatura e o equipamento de rede • Aplicávelpara a camada de mudança central, entretanto o cobremantém-se a primeiraopçãoparaligar o servidor com “switches” de top-of-rack.

35. Cablagem • Comparação entre a Fibra e o Cobre

36. Processo de melhoria

37. Processo de melhoria • Passo a passo • Etapas: • Definição de metas de melhoria(responsivo, convergente e inteligente) • Planeamentodaarquitetura de rede(technologia) • Aquisição de equipamento de rede (gestão de energia) • Implantação e cablagemadequada (impactosobre o fluxo de ar e refrigeração) • Equilíbrio e virtualização

38. Processo de melhoriaConfiguração da meta de melhoria • Tarefas: • Medição/Monitorização do consumoespecífico de energia(pré-requisito): • Componentesindividuais • Respetivosparâmetrostérmicos e técnicos (fluxo de ar, temperatura, velocidade do ventilador) • Definição de valores-alvo: • Eficiênciaenergética (alvo TEER/ECR) • Gestão de energia (aindanãodisponível, objetivo a longoprazo) • Temperaturalimite (por ex., definição de limites de acordo com a ASHRAE)

39. Processo de melhoria • Planeamento da arquitetura de rede • Tarefas: • Definição de umalista de parâmetros-alvopara: • Desempenhotécnico (A interoperabilidadeconstituiumaquestãolegado) • Desempenho(eco) energético • Projeçãodessesparâmetros de desempenho en equipamentosorientadospara as especificaçõestécnicas: • Nesteponto,a decisão tem que ser feitanatecnologia de redebásicapararedesindividuais (Acesso de SAN e de LAN) • Tipo/número de portas de rede • Transferência de dados • Funcionalidade e serviçosadicionais(virtualização e controlo)

40. Processo de Melhoria • Aquisição de EquipamentoEficiente • Funções: • Triagem de mercadode acordo com especificaçõesidentificadas • OrientaçõesparaosContratosPúblicos(FraunhoferCC LAN) • Consulta • Solicitações de testes relacionados com a energia/dados de benchmark (TEER) • Compararofertas (há um guiapara a avaliação/seleção)

41. Perspetiva • Exemplosespecíficos de melhorespráticas (dados reais/casospráticos) • Exemplospara a redução de hardware (virtualização) • Gestãoenergéticadarede (“standby” e estado de marchalenta) • Além do Estado-de-arte(todas as óticas, encapsulamento) • Ranking de opções de melhoria

42. Discussão Questõesrelativasaomódulo

43. Questões/Discussõesrelativasaomódulo • Quais são, para si, as principais barreiras para a eficiência energética em equipamentos de rede? • Quaissãoosaspetosprincipaisqueinfluenciam o desempenhoenergético do equipamento de rede? • Quais são as três metas de melhoria para a eficiência energética no equipamento de rede? • Qual é a vantagem e a desvantagem principal da utilização da Topologia de “Switch“ Top-of-Rack?

44. Sugestõesparaumaleituracomplementar Documentostécnicos Publicaçõesonline Etc.

45. Sugestões para uma leitura complementar • 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. Sugestões para uma leitura complementar • 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