مقالات شبکه و اخبار روز تکنولوژی

data consistency مجموعی از اعتبار1، صحت2، کاربردپذیری3 و انسجامِ4  داده‌ها در میان اپلیکیشن‌ها و در سراسر سیستم عامل است. نمی‌توان اذعان نداشت که حضور data consistency در فرآیند بکاپ از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. به عبارت دیگر، آیا داده‌هایی که از آنها بکاپ گرفته شده است، کاربردی‌اند؟ آیا در وضعیتی هستند که بتوانند یک نقطه بازیابی قابل اطمینان را فراهم نمایند؟ به طور کلی چند گزینه مختلف وجود دارد که برای ایجاد بکاپ کاربردی به ذهن خطور می‌کند و ممکن است به گوش شما رسیده باشد : crash-consistent و application-consistent. هر کدام از این انواع بکاپ چیست؟ چه زمانی به بکاپ application-consistent به جای crash-consistent نیاز دارید؟

 

 

Crash-consistent

بکاپ‌های crash-consistent امکان بکاپ‌گیری بی‌تناقض از فایل‌های روی دیسک را به شما می‌دهند. یک بکاپ crash-consistent از تمامی فایل‌ها در زمانی معین snapshot می‌گیرد. این بدان معناست که هر کدام از فایل‌هایی که به یکدیگر وابسته هستند، در نقطه زمانی مشابهی قرار دارند و بنابراین تناقضی در نسبت آنها با یکدیگر وجود ندارد. عبارت crash-consistent به این واقعیت اشاره دارد که گرفتن بکاپ همچون به دست آوردن نقطه بازیابی (recovery point) در لحظه‌ای است که سرور crash می‌کند یا خاموش یا reset می‌شود.

ممکن است تصور کنید که نرم‌افزار بکاپ چگونه قادر به گرفتن snapshot از کل مجموعه داده‌ها در نقطه زمانی مشابهی است. این توسط به‌کارگیریِ سرویس Volume Shadow Copy از سیستم‌عامل مایکروسافت قابل انجام است، سرویسی که بخشی از اکثرِ سیستم‌عامل های ویندوزِ امروزی به شمار می‌آید.

سرویس Volume Shadow Copy یا همان VSS به سرعت عملیات‌های I/O بر روی یک volume را معلق می‌کند، عملیات‌هایی که در آن زمان برای اجرا در صف قرار گرفته بودند، همچنین VSS بلوک‌هایی از volume که در حال حاضر مورد استفاده بودند را ثبت می‌کند. تمامی اینها، تنها در چند ثانیه به انجام می‌رسند. بنابراین از اینکه چه بلوک‌هایی در طول آن نقطه زمانیِ snapshot در حال استفاده بودند، آگاهی دارد. نرم‌افزار بکاپ، سپس در فرصتی مناسب، می‌تواند از تمامیِ داده‌های فیزیکی بر روی دیسک حتی پس از تغییر انجام شده بر بلاک‌ها کپی بگیرد زیرا از اینکه در آن snapshot کدام بلاک‌ها مورد استفاده بوده‌اند، آگاه است.

بکاپ crash-consistent بسیار بهتر عمل می‌کند نسبت به بکاپ قدیمیِ inconsistent که اساسا تنها کپی‌ای از فایل‌های روی دیسک به شمار می‌آید. در این صورت، اگر فایل‌ها در مدت زمان بکاپ تغییر کنند، فایل‌هایی که به یکدیگر وابسته هستند در وضعیت inconsistent قرار می‌گیرند چرا که فایلی که به فایل دیگر وابسته است ممکن است در طول فرآیند بکاپ تغییر کرده باشد.

با وجود امتیازاتی که بکاپِ crash-consistent نسبت به بکاپ inconsistent دارد، در عین حال نقصی بسیار قابل توجه دارد. بکاپ crash-consistent قادر نیست در رابطه با وجود consistency در سطح داده‌های اپلیکیشن‌ اطمینانی را به دست دهد، داده‌هایی که ممکن است در memory قرار داشته باشند یا جزو عملیات I/O معلق شده باشند. این به ویژه در رابطه با اپلیکیشن‌های مرتبط با database همچون Microsoft SQL Server یا Microsoft Exchange صدق می‌کند. چگونه می‌توانیم از وجود consistency در داده‌های اپلیکیشن خود مطمئن شویم؟ برای کسب این اطمینان از بکاپ application-consistent استفاده می‌کنیم.

Application-consistent

برخلاف بکاپ crash-consistent، بکاپ application-consistent این توانایی را دارد که اطلاعات اپلیکیشن را هم در memory و هم در عملیات‌هایِ معلق I/O مشاهده کند. بکاپ‌های application-consistent این تواناییِ مشاهده اطلاعات را با استفاده از VSS writer ها (VSS writer به ابزارهای بکاپ‌گیری اطلاع می‌دهد که چگونه از آن اپلیکیشن و داده‌هایش بکاپ تهیه نماید) به دست می‌آورند. پیش از این گفته شد که سرویس Volume Shadow Copy، چگونه در سطح volume عمل می‌کند. VSS writerها در سرویس Volume Shadow Copy از مایکروسافت، مولفه‌هایی ویژه‌ی اپلیکیشن هستند که به هنگام ایجاد یک shadow copy، مسئله consistency را برای داده‌های اپلیکیشن تضمین می‌کنند.

VSS writer در مایکروسافت یا third party writer به VSS اجازه خواهد داد نه فقط بر روی فایل‌های دیسک همچنین بر داده‌های اپلیکیشنی خاص کنترل داشته باشد و به آن اپلیکیشن‌ها اجازه خواهد داد که بکاپی همراه با consistency در اختیار داشته باشد. به عنوان مثال، Microsoft SQL Server ممکن است علاوه بر عملیات I/Oای که معلق شده‌اند، داده‌هایی را در اختیار داشته باشد که در memory مقیم هستند. یک بکاپ‌گیریِ crash-consistent معمولی از فایل‌های روی دیسک، اگرچه در سطح فایل consistent است، اما داده‌های مقیم در آن مکان‌ها را از دست می‌دهد. در صورتی که در استفاده از بکاپ application-consistent، وجود VSS writer برای Microsoft SQL Server اجازه خواهد داد که اطلاعات موجود در memory تخلیه شود و عملیات I/O معلق شده با ترتیب میان‌کنشیِ درستی بر روی دیسک تخلیه شوند، بنابراین بکاپ‌گیری از دیسک به همراه داده‌های اپلیکیشن اطلاعات میان‌کنشیِ یکدستی را دربرمی‌گیرد.

تفاوت مهم دیگر میان بکاپ application-consistent و crash-consistent در حجم کاری است که باید به هنگام بازیابی انجام دهید. از آنجایی که در بکاپ crash-consistent داده‌های اپلیکیشن ممکن است consistent نباشند، باید از رویه‌ای برای بالا آوردن اپلیکیشن در وضعیتی consistent پیروی نمایید. این فرآیند برای محصولات مختلفی همچون Microsoft Exchange یا Microsoft SQL تغییر می‌کند. در صورتی که با استفاده از بکاپ application-consistent، داده اپلیکیشن هم‌اکنون consistent است چرا که VSS writer پیش از اینکه فرآیند snapshot صورت گیرد، نسبت به تمامیِ تراکنش‌های درون memory و عملیات‌های معلقِ I/O قرار گرفته در دیسک اطمینانی را به دست می‌دهد. در سناریوی جبران یک حادثه (disaster recovery) برای داده‌های اپلیکیشن به ویژه برای سرورهای دیتابیس، برخورداری از روش بکاپی آگاه به اپلیکیشن بسیار مفید خواهد بود نسبت به بکاپ‌گیری crash-consistent از سرورهای اپلیکیشن.

شما می‌توانید با استفاده از دستور vssadmin list writers، وضعیتِ VSS writerها را در ویندوز مشاهده کنید. در تصویر زیر، می توانیم VSS SqlServerWriter را مشاهده نماییم. Vssadmin یک ابزار عیب‌یابی قدرتمند برای VSS writerها است و بسیاری از قابلیت‌ها از طریق command line در دسترس هستند.

در تصویر زیر Microsoft Exchange writer دیده می‌شود.

در تصویر زیر دستوراتی آورده شده است که در ابزار vssadmin پشتیبانی می‌شوند.

مقایسه بکاپ crash-consistent و application-consistent

در جدول زیر مقایسه بکاپ crash-consistent و application-consistent آورده شده است:

OPERATION	CRASH-CONSISTENT	APPLICATION-CONSISTENT
Consistent point in time backup of files	Yes	Yes
Utilizes Volume Shadow Copy for block-level backup	Yes	Yes
Application consistency	No	Yes
Aware of in memory and pending I/O	No	Yes
Utilizes VSS writers	No	Yes
Requires no special steps for application data restore	No	Yes

نتیجه‌گیری

در صورتی که در رابطه با بررسیِ تفاوت میان انواع بکاپ همچون crash-consistent و application-consistent کوتاهی شود، امکان دارد با نتایجی غیرمنتظره وحتی داده‌هایی مخدوش روبرو شوید. در رابطه با چگونگی مدیریت داده‌های اپلیکیشن (همچون Microsoft SQL Server یا Microsoft Exchange) تفاوتی آشکار میان بکاپ‌های crash-consistent و application-consistent وجود دارد. بکاپ‌های crash-consistent نسبت به داده‎های موجود در حافظه ناآگاهند. بکاپ‌های آگاه به اپلیکیشن نسبت به این نوع از داده‌های موقتی آگاه هستند و برای مدیریت آنها به بکارگیری VSS writer (به عنوان مولفه‌ای از VSS service در ویندوز) مجهز می‌شوند تا از طریق تخلیه memory و عملیات I/O معلق شده درون دیسک، اپلیکیشن‌ها را به درستی غیرفعال کنند و اجازه دهند به درستی بکاپی برخوردار از transactional consistency ایجاد شود.

1. Validity
2. Accuracy
3. Usability
4. Integrity

در بخش اول این مقاله، خانواده سوئیچ‌ های Nexus سیسکو را معرفی کردیم. در این مقاله به بررسی سیستم عامل سوئیچ‌ های Nexus سیسکو و مقایسه این سری سوئیچ ها با سوئیچ های Catalyst می‌پردازیم. در انتهای این مقاله موقعیت های مناسب برای استفاده از هر کدام از سری سوئیچ های Nexus سیسکو را بررسی خواهیم کرد.

 

 

 

سیستم عامل سوئیچ‌ های Nexus سیسکو (NX-OS)

 

نرم‌افزار NX-OS سیسکو، سیستم عاملی  برای کلاس دیتاسنتر می‌باشد که از پایه برای ماژولار، انعطاف پذیر و کارآمد بودن ساخته شده است. این سیستم عامل برای اجرا در دیتاسنترهای حساسی مناسب است که تحمل خطا و قابلیت اطمینان در آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردارند.

معماری سیستم عامل NX-OS می‌تواند سه عملکرد اصلی دیتاسنتر را با داشتن توانایی پردازش پروتکل‌های ذخیره سازی و پروتکل‌های لایه دویی و لایه سه‌ای ارائه کند. هر یک از این سرویس‌ها در NX-OS به صورت یک پردازش محافظت شده مستقل اجرا می‌شود. در واقع هر پردازش non-kernel در فضای محافظت شده‌ی مموری خود اجرا می‌شود، که این موضوع قابلیت تحمل خطا را ارائه می‌کند به طوریکه هر مشکلی در آن پردازش به وجود آید در همان پردازش ایزوله می‌شود. برای مثال اگر یک سرویس لایه دویی مانند RSTP 1 از کار بیوفتد، تاثیری روی سرویس‌های دیگر که همزمان در حال اجرا هستند مانند سرویس لایه سه‌ای EIGRP نمی‌گذارد. باید به این نکته هم اشاره کنیم که NX-OS بر پایه کرنل Linux می‌باشد، بنابراین از مزیت‌های ارائه شده توسط مطمئن‌ترین سیستم عامل بهره‌مند می‌باشد.

برای رسیدن به مصرف بهینه پردازنده و مموری، اکثر امکانات NX-OS به صورت پیش فرض فعال نیستند. پس اگر نیاز باشد که یک تکنولوژی مانند UDLD به کار گرفته شود، این قابلیت باید به صورت دستی فعال شود. نکته ای که در مورد لایسنس NX-OS وجود دارد، NX-OS بازه‌ی 120 روزه‌ای را برای تست در نظر گرفته است. در واقع این بازه‌ی زمانی مشتریان را قادر میسازد تا بتوانند امکانات را قبل از خرید لایسنس، تست کنند.

متخصصانی که با محیط CLI سیستم عامل قدیمی‌تر IOS آشنایی دارند، برای استفاده از کارکردهای پایه NX-OS با مشکلی مواجه نخواهند شد. از طرفی برای کسانی که تجربه‌ی کار با IOS را دارند، نرم افزار رسمی سیسکو Cisco IOS to NXOS Configuration Converter می‌تواند استفاده از NX-OS را ساده‌تر کند. این نرم‌افزار آنلاین رایگان می‌باشد و از پیکرندی IOS سوئیچ‌های Catalyst 4900 و سوئیچ های Catalyst 6500 پشتیبانی می‌کند، که می‌توانند به پیکربندی در سیستم عامل NX-OS برای سوئیچ‌های Nexus 3000، سوئیچ های Nexus 5000، سوئیچ های Nexus 7000 و سوئیچ های Nexus 9000 تبدیل شوند.

 

 

تفاوت‌های اصلی میان Nexus NX-OS و Catalyst IOS

 

تفاوت‌های عمده‌ای میان این دو وجود دارد که قبل از اینکه با NX-OS کار کنید باید با آنها آشنا باشید. این تفاوت‌ها شامل موارد زیر می‌شود:

• NX-OS از مدل لایسنس دهی feature-based استفاده می‌کند. امکاناتی مانند UDLD  و FCoE  که به صورت پیش فرض فعال نیستند و آنها را می‌توان با دستورات پیکربندی فعال کرد. تا زمانی که قابلیتی را فعال نکنیم، دستورات پیکربندی برای آن قابلیت در دسترس نخواهند بود.
• NX-OS از قابلیت VDC بر روی پلتفرم Nexus 7000 پشتیبانی می‌کند. این قابلیت یک دستگاه سخت افزاری را قادر میسازد تا به چند دستگاه منطقی تقسیم شود. به صورت پیش فرض سوئیچ از Default VDC استفاده می‌کند.
• به صورت پیش فرض، Telnet غیر فعال و SSHv2  فعال می‌باشد.
• کاربر مدیر پیشفرض admin می‌باشد. دیگر امکان ورود به دستگاه با پسورد به تنهایی وجود ندارد.
• NX-OS از یک kickstart image و یک system image استفاده می‌کند. کرنل لینوکس توسط kickstart image ارائه می‌شود و system image عملکردهای لایه 2/3 و امکاناتی مانند OTV، DHCP و … را ارائه می‌کند.
• NX-OS از قابلیت Checkpoint & Rollback پشتیبانی می‌کند. این قابلیت شما را قادر میسازد تا اسنپشات‌هایی از پیکربندی دستگاه ایجاد کنید و بتوانید تغییرات در هر لحظه‌ای که می‌خواهید، بدون وقفه‌ای در کارکرد دستگاه، برگردانید.
• تمامی اینترفیس‌های Ethernet با نام Ethernet شناخته می‌شوند. دیگر اثری از نامگذاری‌های FastEthernet، GigabitEthernet، TenGigabitEthernet وجود ندارد.
• نامگذاری EtherChannel در IOS به Port-Channel در NX-OS تغییر یافته است.
• دستور Write memory دیگر در دسترس نیست و به جای آن می‌توان از دستور copy running-config startup-config استفاده کرد.
• در NX-OS دستورات show در هر دو مود exec و config به یک فرم استفاده می‌شوند. در IOS برای استفاده از دستور Show در مود config باید قبل از آن از دستور do استفاده کنیم. برای مثال:
• دستور show حتی در مود configuration هم help را ارائه می‌کند.
• از Slash برای نمایش Subnet mask آدرس‌های IPv6 و IPv4 پشتیبانی می‌شود.
• دو مدل پیکربندی برای پروتکل‌های مسیریابی وجود دارد: IGP که مدل interface-centric را دنبال می‌کند. BGP که مدل neighbor-centric را دنبال می‌کند.

برای هر موردی، دستور alias موجود در NX-OS می‌تواند برای ساخت یک نام مستعار و میانبر استفاده شود. برای مثال، برای استفاده از دستور write بر روی NX-OS برای ذخیره سازی پیکربندی در حال اجرا، از دستور زیر می‌توان استفاده کرد:

این alias باعث می‌شود با اجرای دستور write، دستور copy running-config startup config اجرا شود.

 

 

 

مقایسه سوئیچ های رده بالای Nexus و Catalyst

 

محصولات خانواده سوئیچ های Nexus سیسکو به طور عمده برای محیط‌ های دیتاسنتر طراحی شده‌اند و نسبت به سوئیچ های core کاتالیست مزایای زیر را ارائه می‌کنند:

• Interface: سوئیچ‌های سری Nexus 7000 از پورت‌های 100GbE پشتیبانی می‌کنند. سوئیچ‌های core کاتالیست 6500 و 6800 تا پورت هایی با سرعت 40GbE ارائه می‌کنند.
• Capacity: بیشترین ظرفیت ارائه شده توسط سری Nexus 7000 (سوئیچ Nexus 7700) برابر 42Tbps و سری Nexus 9000 (سوئیچ Nexus 9500) برابر 60Tbps می‌باشد. در سمت دیگر، بشترین ظرفیت ارائه شده توسط کاتالیست 6800 بسیار کمتر از این مقدارها و برابر 6Tbps می‌باشد.
• Port Scalability: با توجه به تراکم بالای پورت ها (1G، 10G، 40G) ، خانواده سوئیچ‌های Nexus نسبت به سوئیچ‌های Catalyst 6500/6800 از مقیاس پذیری بالاتری برخوردار هستند.
• High Availability: محصولات خانواده Nexus می‌توانند از تکنولوژی vPC استفاده کنند، که یکی از رایج‌ترین قابلیت های HA سوئیچ های Nexus و مشابه Catalyst VSS mode می‌باشد. این قابلیت برای ارائه‌ی multi-chassis link aggregation استفاده می‌شود. تفاوت اصلی میان این دو این است که vPC برخلاف VSS روی یک control plane اتکا نمی‌کند، یعنی دو سوئیچ Nexus به صورت مجزا فعالیت های خود را انجام می‌دهند.
• قابلیت VDC موجود درNexus 7000 توانایی تقسیم کردن این سوئیج به چندین سوئیچ منطقی را ارائه می‌کند. این سوئیچ های منطقی که مستقل ازهم می‌باشند، جز اتصال از طریق کابل فیزیکی راهی برای ارتباط با یکدیگر ندارند (پورتی که در یک VDC می‌باشد به پورتی که در VDC دیگری است از طریق کابل متصل شود). برای سوئیچ هایی که بر پایه SUP1 یا SUP2 می‌باشند بیشترین تعداد VDC که پشتیبانی می‌شود برابر 4 و برای سوئیچ هایی که بر پایه SUP2E می‌باشند برابر 8 می‌باشد. قابلیت VDC در واقع برای هر سوئیچ منطقی یک control plane جداگانه به کار می‌گیرد. تکنولوژی مجازی قابلیت VDC، مزیت یکپارچه سازی چند سوئیچ Nexus را ارائه می‌کند.
• سوئیچ های سری Nexus 5000 و 7000 و 9000 از Fabric Extenderهای سری Nexus 2000 پشتیبانی می‌کنند. این ویژگی منحصر به فرد سوئیچ های Nexus می‌تواند مدیریت، کارکرد و گسترش شبکه‌ی دیتاسنتر را ساده کند.
• سوئیچ های سری Nexus 7000 می‌توانند از تکنولوژی های مختلف DC interconnection پشتیبانی کنند در حالیکه سوئیچ های Catalyst 6500/6800 این توانایی را ندارند. در واقع سری Nexus 7000 از تکنولوژی های OTV، VXLAN و Fabric path پشتبانی می‌کند.
• NX-OS سیستم عامل قدرتمند تری نسبت به IOS می‌باشد. NX-OS از پایه برای ماژولار، انعطاف پذیر و کارآمد بودن ساخته شده است.
• سوئیچ های سری Nexus 7000 و 5000 با توجه به پشتیبانی آنها از پروتکل های ذخیره سازی اطلاعات (FC و FCoE)، می‌توانند شبکه‌ی Converge LAN/SAN را ارائه کنند. سوئیچ های Catalyst 6500/6800 از این پروتکل ها پشتیبانی نمی‌کنند.
• سوئیچ های Nexus همانند سوئیچ های Catalyst 6500/6800 از service module line card ها مانند FWSM و WiSM پشتیبانی نمی‌کنند.
• سوئیچ های Nexus برخلاف سوئیچ های Catalyst 6500/6800 از قابلیت NAT پشتیبانی نمی‌کنند.

 

 

 

موارد استفاده سوئیچ‌ های Nexus سیسکو

 

در این بخش به بررسی موقعیت های مناسب برای استفاده از خانواده سوئیچ‌ های Nexus سیسکو در معماری های مختلف دیتاسنتر می‌پردازیم.

معماری دیتاسنتر Single Tier

سوئیچ سیسکو سری Nexus 7000 در معماری دیتاسنتر Single tier می‌تواند در هر دو لایه access و core استفاده شود. در لایه access، ارتباط میان سرورها را می‌توان با linecard های 48 پورت Gigabit Ethernet که راهکاری ارزان قیمت می‌باشد یا linecard های 32 پورت 10Gigabit Ethernet (اگر پورت های 10GE نیاز باشد)، برقرار کرد.

 

 

دیتاسنترهایی که معماری single tier دارند می‌توانند با اتصال Cisco Nexus 2000 fabric extender ها به سوئیچ های Nexus 7000 گسترش یابند تا ارتباط بین سرورها را برقرار کنند. نکته ای که باید به آن اشاره کرد این است که Nexus 2000 فقط برای برقرای ارتباط میان سرورها و هاست ها باید استفاده شود (برای ارتباط میان سوئیچ ها استفاده نمی‌شود). این کانفیگ، راهکاری با طراحی ToR8 برای سرور ها ارائه می‌کند و لایه های access، aggregation و core را در یک لایه خلاصه می‌کند که سوئیچ Nexus 7000 به عنوان مرکز مدیریتی عمل می‌کند. اگر محدودیت بودجه وجود داشته باشد، Nexus 9000 بهترین جایگزین Nexus 7000 می‌باشد. برای دیتاسنتر های کوچک، یک جفت سوئیچ Nexus 5000 در single tier راهکار کم هزینه و مناسبی می‌باشد.

 

 

 

معماری دیتاسنتر Tow Tier

در این معماری Nexus 2000 fabric Extender ها به سوئیچ های سری Nexus 5000 متصل می‌شوند. سوئیچ Nexus 5000 به عنوان سوئیچ لایه access با طراحی EoR عمل می‌کند و از طریق لینک های مختلفی به دو سوئیچ Nexus 7000 متصل می‌شود. این توپولوژی شامل لایه‌ی access و لایه‌ی ترکیبی از دو لایه‌ی aggregation و core می‌شود.

 

 

 

معماری دیتاسنتر Three Tier

با توجه به لایه access و محل قرار گرفتن سوئیچ های Nexus 5000 و Nexus 2000 این معماری مانند معماری دیتاسنتر tow tier می‌باشد. با این حال تعدادی سوئیچ Nexus 7000 برای لایه aggregation استفاده می‌شود. لایه core هم از یک جفت سوئیچ Nexus 7000 تشکیل شده است.

 

 

 

 

 

 

سوئیچ های Nexus 9000، با توجه به عملگرد استثنایی و مجموعه‌ی جامعی از ویژگی ها، پلتفرم های تطبیق پذیری هستند که می‌توانند در راهکارهای مختلفی مانند معماری لایه ای access-aggregation-core، معماری Leaf and spine و compact aggregation layer استفاده شوند.

سوئیچ multilayer سیسکو سری MDS 9000 می‌تواند ارتباط SAN در لایه access و storage core را ارائه کند. در ارتباط میان SAN و زیرساخت LAN برای پشتیبانی از FCoE باید از سوئیچ های سری Nexus 7000 یا 5000  و سوئیچ MDS 9000 استفاده شود.

 

 

 

خلاصه

در این مقاله خانواده سوئیچ های Nexus سیسکو را معرفی کردیم، تفاوت های میان سوئیچ های Nexus و Catalyst و سیستم عامل های آنها را بررسی کردیم، و اینکه چگونه معماری های Single tier، tow tier و three tier از پلتفرم Nexus استفاده می‌کنند را بررسی کردیم.

1. Rapid Spanning Tree Protocol
2. Unidirectional Link Detection
3. Fiber Channel over Ethernet
4. Secure Shell version 2
5. Supervisor 2 Enhanced
6. Firewall Service Module
7. Wireless Service Module
8. Top of Rack
9. End of Row

این مقاله بررسی و مقایسه دقیقی را از طراحی دیتاسنتر Top of Rack و End of Row، دو طرح فیزیکی معروف در دیتاسنترها، ارائه می‌دهد. همچنین یک طرح جایگزین دیگر با استفاده از Fabric Extender بررسی می‌شود.

 

 

طراحی دیتاسنتر Top of Rack

شکل 1 – طراحی دیتاسنتر ToR

در طراحی دیتاسنتر Top of Rack، سرورها به یک یا دو سوییچ اترنتِ نصب شده درون هر rack، متصل می‌شوند. عبارت “Top of Rack” در حالی برای این طراحی برگزیده شده است که عملا نیازی به انتخابِ مکان فیزیکی سوییچ در بالای rack نیست. مکان قرارگیری سوییچ می‌تواند پایین یا در میانه ی rack باشد. اگرچه قرارگیری در بالای rack رایج ترین وضعیت است، چرا که دسترس‌پذیری و مدیریت کابل آسان تر خواهد بود. در برخی مواقع این طراحی دیتاسنتر را “In-Rack” هم می‌نامند.

سوییچ ToR اغلب جایگیری فضای اندکی (1RU-2RU) دارد و fixed configuration است. مشخصه‌های کلیدی و جاذبه‌ی طرح ToR در این است که تمامی کابل‌بندی مسی برای سرورها درون rack قرار می‌گیرد، به طوری که از patch cable های کوتاه RJ45 برای ارتباط سرور تا سوییچِ درون rack استفاه می‌شود. سوییچ اترنت از طریق فیبر، rack را به شبکه دیتاسنتر  پیوند می‌دهد، فیبری که مستقیما میان rack تا ناحیه aggregation مشترک دایر است.

همانطور که گفته شد، هر rack از طریق فیبر به دیتاسنتر متصل می‌شود. بنابراین نیازی به زیرساخت‌های جاگیر و پرهزینه برای دایر کردنِ کابل‌بندی مسی میان rack ها و دیتاسنتر نیست. حجم بالای کابل‌های مسی به عنوان باری اضافی بر تجهیزات دیتاسنتر به شمار می‌آیند. علاوه بر این کابل‌های مسیِ جاگیر تعیین مسیر را سخت خواهد کرد، جریان هوا را مسدود می‌کند و به طور کلی به تخصیص تعداد rack ها و زیرساخت‌های بیشتری برای مدیریت کابل و patching نیاز دارد. پیاده سازیِ مسافتی طولانی از  کابل‌های مسی twisted pair همچنین می‌تواند محدودیت‌هایی را بر روی سرعت دسترسیِ سرور و تکنولوژی شبکه قرار دهد. طراحیِ دیتاسنتریِ ToR از ایجاد این مسائل جلوگیری می‌کند چرا که هیچ نیازی به زیرساخت کابل‌بندیِ مسی بسیار نیست. این اغلب فاکتوری کلیدی در انتخاب طراحی دیتاسنتر ToR در مقابل EoR به شمار می‌آید.

هر rack همچون یک واحد ماژولار و مجزا درون دیتاسنتر در نظر گرفته و مدیریت می‌شود. بنابراین نیازی به زیرساخت پر هزینه و اضافی برای اجرای کابل‌بندی میان rack ها و دیتاسنتر نیست. هر بهبودی در شبکه یا مشکلات پیش آمده برای سوییچ‌های rack تنها بر روی سرورهای موجود در همان rack تاثیر می‌گذارد و تاثیری بر ردیف سرورها در rack های مختلف نخواهد داشت. با توجه به اینکه ارتباطات سرور درون rack، با کابل‌های مسی خیلی کوتاهی برقرار می‌شود، در نتیجه در این مورد که از چه کابلی و با چه سرعتی استفاده نماید، انتخاب‌ها و انعطاف‌پذیری بیشتری برایش وجود دارد . به طور مثال کابل مسی 10GBASE-CX1 برای پشتیبانی از اتصال‌های سرور با سرعت 10G و مصرف توان و هزینه‌ای کمتر استفاده می‌شود. کابل 10GBASE-CX1 حداکثر مسافتی به اندازه 7 متر را پشتیبانی می‌کند که به خوبی برای طراحی دیتاسنتر ToR کارایی دارد.

از آنجایی که فیبر قابلیت منحصری در حمل سیگنال‌های با پهنای باند بیشتر در مسافت‌هایی طولانی‌تر دارد، بنابراین انعطاف‌پذیری بهتر و سرمایه‌گذاریِ حمایت شده‌تری را برای هر rack نسبت به کابل مسی فراهم می‌کند. اتصالات شبکه با سرعت‌های 40G و 100G به راحتی در زیرساخت‌های فیبر پشتیبانی می‌شود.

شکل 2 – طراحی دیتاسنتر ToR به همراه blade server

دراثر بکارگیری سرورهای blade به همراه ماژول‌های سوییچِ یکپارچه‌شده و با انتقال مفهوم ToR به درون blade enclosure، فیبر به‌ محبوبیت بیشتری دست‌یافت. یک انکلوژر blade server ممکن است 2، 4 یا بیشتر از ماژول‌های سوییچینگ و چندین سوییچ FC را دارا باشد. این منجر به افزایش تعداد سوییچ‌هایی می‌شود که باید مدیریت شوند.

یکی از مهمترین پیامدها در طراحی دیتاسنتر ToR، افزایش دامنه مدیریت است. چرا که هر سوییچ در rack یک control plane مجزا دارد که باید مدیریت شود. در یک مرکز داده بزرگ با تعداد rack های بالا، به هنگام افزایش تعداد سوییچ های با پنل مدیریتی مجزا درون دیتاسنتر، طراحی دیتاسنتر ToR سریعا به یک سربار مدیریتی تبدیل می‌شود.

دیتاسنتری را در نظر بگیرید که حاوی 40 عدد rack و 2 عدد سوییچِ ToR در هر rack است. درنتیجه 80 عدد سوییچ تنها برای فراهمسازی اتصالات دسترسی به سرورها (علاوه بر سوییچ‌های core و distribution موجود) استفاده می‌شود. به این معناست که 80 کپی از نرم افزار سوییچ را در اختیار دارید که به بروزرسانی نیاز دارند. 80 عدد از فایل‌های کانفیگ که باید ایجاد شوند. 80 عدد سوییچ مختلف که در فرآیند STP در لایه 2 شرکت دارند. و در نهایت 80 مکان مختلف برای configuration که می‌تواند منجر به خطا شود.

هنگامی که یک سوییچ ToR دچار خطا شود، سوییچ جایگزین به اطلاعاتی در رابطه با چگونگی دسترسی صحیح نیاز دارد. همچنین تنظیمات موجود در سوییچ پیشین باید در آن جایگزین شوند (با فرض اینکه آخرین archive موجود صحیح باشد). درنتیجه ممکن است نیاز به اجرای آزمایش‌های درستی‌سنجی و عیب‌یابی داشته باشد.

طرح ToR اغلب به تراکم پورت بالاتری در سوییچ‌های aggregation نیاز دارد. به مثال 80 عدد سوییچ باز می‌گردیم. باتوجه به اینکه هر سوییچ یک اتصال به سوییچ aggregation دارد، هر سوییچ aggregation نیاز به 80عدد پورت خواهد داشت. هرچه تعداد پورت‌های بیشتری بر روی سوییچ aggregation وجود داشته باشد، احتمال رویارویی با محدودیت‌های مقیاس‌پذیری بیشتر خواهد شد.

یکی از این محدودیت‌ها ممکن است در پورت‌های منطقی STP رخ دهد که مجموعی از پورت‌های aggregation و VLANها است. به فرض، اگر نیاز به پشتیبانی از 100 عدد VLAN در یک دامنه‌ی L2 واحد از طریق PVST 1 بر روی تمامیِ 80 پورت از سوییچ‌های aggregation باشد، می‌تواند منجر به ایجاد 8000 پورت منطقیِ STP به ازای هر سوییچ aggregation شود. اغلب سوییچ‌های ماژولار قوی این مقدار را می‌توانند مدیریت کنند.

برای مثال، کاتالیست 6500 در مجموع از 10000 پورت PVST و 1800 پورت به ازای هر line card پشتیبانی می‌کند. همچنین سوییچ Nexus 7000 در مجموع از 16000 پورت PVST بدون هیچ محدودیتی به ازای هر line card پشتیبانی می‌کند. این مسئله چیزی است که به هنگام رشد دیتاسنتر از لحاظ  تعداد پورت‌ها و VLANها، باید به آن توجه شود. محدودیت ممکن دیگر، درتعداد پورت‌های فیزیکی است، آیا سوییچِ aggregation ظرفیت کافی برای پشتیبانی از تمامیِ سوییچ‌های ToR را داراست؟ از لحاظ پشتیبانی از اتصالات 10G برای هر سوییچ ToR چطور؟ سوییچ aggregation چگونه برای پورت‌های 10G مقیاس‌دهی را انجام می‌دهد؟

خلاصه‌ای از مزایای طرح ToR:

• به زیرساخت کابل‌بندی مسی زیادی نیاز ندارد
• هزینه‌های کابل‌بندیِ کمتری دارد. زیرساخت‌های کمتری برای کابل‌بندی و patching تخصیص داده می‌شود. مدیریت کابل بهتری دارد.
• ارائه معماریِ ماژولار و قابل انعطاف به ازای هر rack. ارائه بروزرسانی ها/تغییرات آسانتر به ازای هر rack
• پشتیبانی از زیرساخت فیبر
• طول کابل‌های مسی کمتر که منجر به مصرف توان و هزینه کمتر می‌شود

خلاصه‌ای از نقاط ضعف در طرح ToR:

• سوییچ‌های بیشتری برای مدیریت کردن وجود دارد. در سوییچ aggregation به پورت‌های بیشتری نیاز است
• وجود نگرانی‌هایی در رابطه با مقیاس‌پذیری (تراکم پورت در سوییچ aggregation، پورت‌های منطقی STP)
• افزایش ترافیک‌های لایه 2ای server-to-server در aggregation
• Rackها در لایه 2 با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. نیاز به نمونه‌های STP بیشتر برای مدیریت است
• Control plane مجزا به ازای هر سوییچ (هر 48 پورت). نیاز به مجموعه مهارت‌های برتری برای جایگزینیِ سوییچ

طراحی دیتاسنتر End of Row

شکل 3 – طراحی دیتاسنتر EoR

قفسه‌های سرور (یا همان rackها) اغلب در یک ردیف، کنار یکدیگر تنظیم می‌شوند. هر ردیف ممکن است شامل، به طور مثال 12 عدد rack باشد. عبارت “End of Row” برای توصیف یک rack یا قفسه‌ای به کار می‌رود که به منظور فراهم‌نمودن اتصال شبکه برای سرورهای درون آن ردیف، در یکی از دو انتهای ردیف سرورها قرار دارد. هر قفسه‌ای از سرورها در این طرح دسته‌ای از کابل‌های مسی twisted pair (اغلب cat6 یا 6A) دارد. این دسته کابل‌ها، شامل 48 عدد یا بیشتر از کابل‌های مجزایی هستند که به سمت قفسه‌های EoR مسیریابی می‌شوند. Rackهای EoR در شبکه، ضرورتا نیازی ندارند که در انتهای ردیف قرار گیرند. امکان طرح‌هایی که در آنها شمار کمی از rack های شبکه در ردیف‌های کوچکی قرار گیرند، وجود دارد. تا اتصال مسی “End of Row” را برای بیش از یک ردیف از سرورها تامین کنند.

در طرحی دیگر ممکن است بیش از دو دسته از کابل‌های مسی برای هر rack وجود داشته باشد. درون قفسه‌ی سرورها دسته‌ای از کابل‌های مسی، اغلب به یک یا بیشتر از patch panelهای fixed دربالای rack متصل شده‌اند. هر سرور از patch cable مسیِ RJ45 کوتاه برای اتصالِ خود به patch panel موجود در rack استفاده می کند. دسته کابل‌های مسی از هر rack به‌واسطه‌ی ladderهایی دربالای ردیف که حامل این دسته‌ها هستند، به‌سمت EoR rack مسیردهی می‌شوند. همچنین دسته کابل‌های مسی می‌توانند از زیر کف اطاق به همراه هزینه‌ای برای ایجاد جریان هوای خنک، مسیردهی شوند.

در طرح بالا، با توجه به مقدار کابل‌ مسی مورد نیاز، رایج است که یک rack را برای patching کابل‌های مسی تخصیص می‌دهند. این rack در مجاورت rack ای قرار می‌گیرد که شامل سوییچ EoR است. بنابراین امکان دارد دو rack شبکه در هر EoR وجود داشته باشد. یک rack برای patching و rack دیگر برای سوییچ شبکه استفاده می‌شود. بازهم برای اتصال یک پورت از سوییچ شبکه به پورت متناظرش در patch panel از RJ45 patch cable استفاده می‌شود. پورتِ متناظر بر روی patch panel است که اتصال به سرور را برقرار می‌کند. وجود حجم بالایی از RJ45 patch cableها در طرح EoR، می‌تواند منجر به ایجاد مشکل در مدیریت کابل‌ها شود. و نبود یک طراحی دقیق، سریعا منجر به یک فضای آشفته و غیر قابل مدیریت می‌شود.

نوع دیگری از این طرح را به نام “Middle of Row” می‌شناسند. این طرح شاملِ تعیین مسیر کابل مسی از هر server rack به جفتی از EoR rack است. که در کنار یکدیگر و در میانه‌ی ردیف قرار می‌گیرند. این روش طول کابل‌ها به سمت rack های انتهایی را به شدت کاهش می‌دهد. اما در صورت رخداد حادثه‌ای در میانه‌ی ردیفِ rackها (مانند چکه‌کردن آب از سقف)، این پتانسیل وجود دارد که کل ردیف از بروز آن متاثر شود. این حادثه می‌تواند منجر به اختلالِ همزمان هر دو سوییچ‌های دسترسی به سرورها در جفت rack میانی شود.

شکل 4 – طراحی دیتاسنتر Middle of Row

سوییچ در شبکه EoR اغلب یک پلتفرم مبتنی بر شاسیِ ماژولار است که از هزاران اتصال سرور پشتیبانی می‌کند. معمولا برای supervisor engine و منابع تغذیه امکان افزونگی وجود دارد. و درمجموع از مشخصه‌های HA بهتری نسبت به یک سوییچ در طرح ToR برخوردارند. سوییچ EoR ماژولار باید طول عمر زیادی، حداقل 5 تا 7 سال (یا حتی بیشتر از این) داشته باشد. معمولا رایج نیست که یک سوییچ EoR پی در پی تعویض شود، یک بار درون rack قرار داده می‌شود و هر بروزرسانی اضافی، معمولا در سطح بروزرسانیِ اجزای آن همچون یک line card یا supervisor engine جدید است.

سوییچ EoR اتصال را برای صدها سرور در یک ردیف برقرار می‌سازد. بنابراین برخلاف طرح ToR که در آن هر rack یک واحد مدیریت مجزای خود را دارد، در طرح EoR کل ردیف سرورها همچون یک واحد همبسته یا “Pod” درون دیتاسنتر تلقی می‌شوند. بروزرسانی‌ها یا تعمیر مشکلات پیش‌آمده در شبکه برای یک سوییچ EoR، می‌تواند بر کل ردیف سرورها تاثیر گذارد. شبکه دیتاسنتر موجود در این طرح به جای “به ازای هر rack”در طرح ToR، “به ازای هر ردیف” مدیریت می‌شود.

طرح ToR توپولوژی لایه 2 را از سوییچ aggregation تا هر rack مجزا تعمیم می‌دهد. این منجر به افزایش فضای لایه 2 و در نتیجه اجرای یک فرآیند STP بزرگتر می‌شود. از سویی دیگر، طرح EoR توپولوژیِ کابل‌بندی در لایه 1 را از سوییچ EoR تا هر rack تعمیم می‌دهد. این منجر به ایجاد فضای کمتری برای لایه 2 و در نتیجه قابلیت مدیریت بیشتر در آن می‌شود. و همچنین نودهای STP کمتری در این توپولوژی به وجود می‌آیند.

طرح EoR از لحاظ کابل‌بندیِ دیتاسنتر، یک مدل مدیریتیِ به ازای هر ردیف (per row) است. همانطور که گفته شد دو سوییچ ماژولار به ازای هر ردیف از سرورها وجود دارد، که در مقایسه با طرح ToR سوییچ‌های کمتری باید مدیریت شوند. در مثال پیشین 40 عدد rack در نظر گرفته شده بود، حال فرض می‌کنیم که 10 عدد rack در هر ردیف وجود دارد. در نتیجه 4 ردیف خواهیم داشت که هر کدام دو سوییچ EoR در اختیار دارند. در نتیجه به جای 80 عدد سوییچ موجود در طرح ToR تنها 8 عدد سوییچ باید مدیریت شوند. همانطورکه می‌بینید، از لحاظ تعداد سوییچ‌های مجزایِ نیازمند به مدیریت، طرح EoR امتیاز مهمتری نسبت به ToR در اختیار دارد. این اغلب یک فاکتور کلیدی برای انتخاب EoR نسبت به ToR به شمار می‌آید.

با وجود اینکه طرح EoR تعداد سوییچ‌های کمتری را در زیرساخت خود بکار می‌برد، این ضرورتا به معنای هزینه‌ی سرمایه‌گذاری کمتر برای شبکه نیست. به طور مثال، هزینه‌ی یک line card با 48 عدد پورت در یک سوییچِ ماژولارِ EoR اگر هم‌قیمت نباشد، تنها اندکی کمتر از هزینه لازم برای یک سوییچ ToR با 48 عدد پورت مشابه است. هرچند هزینه قرارداد نگهداری در طرح EoR به دلیل وجود تعداد کمتری از سوییچ‌های مجزا، اغلب کمتر خواهد بود.

خلاصه‌ای از مزایای طرح EoR:

• نیاز به سوییچ‌های کمتر برای مدیریت. دارای پتانسیلی برای بهره‌مندی از هزینه‌ی سوییچ و نگهداری کمتر
• پورت‌های کمتر مورد نیاز در aggregation
• Rackها در لایه 1 به یکدیگر متصل می‌شوند. وجود پورت‌های STP کمتر برای مدیریت (به ازای هر ردیف، به جای هر rack).
• پلتفرمی ماژولار با دسترس‌پذیری بالاتر و طول عمر بیشتر برای دسترسی به سرور
• برخورداری از control plane واحد به ازای صدها پورت (به ازای هر سوییچ ماژولار)
• نیاز به مهارت کمتر برای جایگذاری یک line card با 48 پورت نسبت به جایگزینی با یک سوییچ 48 پورت

خلاصه‌ای ازنقاط ضعف در طرح EoR:

• نیاز به زیرساختی پر هزینه
• نیاز به زیرساخت بیشتر برای patching و مدیریت کابل
• ارائه معماری‌ای با قابلیت انعطاف کمتر به ازای هر ردیف. تغییرات یا بروزرسانی‌ها بر کل ردیف تاثیر می‌گذارد

طراحی دیتاسنتر ToR Fabric Extender

شکل 5 – استفاده از Fabric Extender برای طراحی دیتاسنتر

همچون یک line card در سوییچِ ماژولار، fabric extender تنها یک دستگاه data plane است که تمامی هوشمندی در سطح control plane خود را از سوییچِ master خود دریافت می‌کند. ارتباطِ میان یک fabric extender و سوییچ master آن مشابه با ارتباط میان line card و supervisor engine مرتبط با آن است، تنها با این تفاوت که fabric extender به سوییچ master خود از طریق اتصالات از راه دور فیبر متصل می‌شود. این به شما اجازه خواهد داد که line cardها را از سوییچ ماژولار EoR جدا کنید، بدون اینکه مدل مدیریتی در سوییچ EoR واحد را از دست بدهد. سوییچ master و تمامی fabric extenderهای متصل شده به آن از طریق یک سوییچ مدیریت می‌شوند. هر fabric extender به سادگی تعداد پورت‌های اضافیِ remote (همچون یک remote line card عمل می‌کنند) را برای یک سوییچ master واحد فراهم می‌کند.

برخلاف سوییچ ToR رایج، ToR fabric extender سوییچی نیست که به صورت مجزا قابل مدیریت باشد. هیچ فایل تنظیمات، آدرس IP و نرم‌افزاری برای fabric extender وجود ندارد که نیاز به مدیریت داشته باشد. علاوه بر این، هیچ توپولوژی لایه 2ای از fabric extender به سوییچ master آن وجود ندارد، همه چیز در لایه 1 است. بنابراین، هیچ توپولوژی STPای میان سوییچ master و fabric extenderهای آن وجود ندارد، همانطور که هیچ توپولوژیِ STP میان یک supervisor engine و line cardهای آن وجود ندارد. پروتکل لایه 2ای STP تنها میان سوییچ master و سوییچ aggregation متصل به آن در upstream وجود دارد.

طرح fabric extender از توپولوژی فیزیکی ToR در کنار توپولوژی منطقیِ EoR پشتیبانی می‌کند، بهترینِ هر دو طرح. در این طرح سوییچ‌های بسیار کمتری برای مدیریت کردن (همچون EoR)، بدون نیاز به زیرساخت کابل مسی بزرگ وجود دارد.

از لحاظ صرف هزینه نیز مزایایی وجود دارد. همانطورکه گفته شد، fabric extender به پردازنده، حافظه و flash storage برای اجرای control plane نیاز ندارد، مولفه‌های کمتری و در نتیجه هزینه‌های کمتری درکار است. Fabric extender به طور تقریبی 33 درصد ارزانتر از سوییچ ToR معادل آن است.

هنگامی که fabric extender دچار خطا شود، هیچ فایل کانفیگی وجود ندارد که نیاز به بازیابی و جایگزینیِ آن باشد. همچنین هیچ نرم‌افزاری نیست که نیاز به بارگذاری داشته باشد. Fabric extender از کار افتاده به سادگی خارج‌شده و دستگاهی جدید در مکان آن نصب‌شده و به همان کابل‌های پیشین متصل می‌شود. سطح مهارت مورد نیاز تنها به اندازه شخصی خواهد بود که از چگونگی استفاده از پیچ گوشتی مطلع باشد، بتواند کابل های موجود را بکشد و دوباره وصل کند و وضعیت سبز شدنِ چراغ‌ها را مشاهده نماید. Fabric extender جدید تنظیمات و نرم‌افزارش را از سوییچ masterی دریافت می‌کند که به آن متصل شده‌است.

شکل 6 – طراحی دیتاسنتر ToR Fabric Extender

در طرح بالا، ToR fabric extenderها از فیبر برای اتصال میان rack تا سوییچ master خود (Nexus 5000)، جایی در ناحیه aggregation، استفاده می‌کنند. سوییچ Nexus 5000 همچون هر سوییچ EoR معمولی، به یک سوییچ aggregation وصل می‌شود.

توجه داشته باشید که حداکثر 12 عدد fabric extender توسط یک سوییچ master واحد (Nexus 5000) می‌توانند مدیریت شوند.

شکل 7 – طراحی دیگری از ToR Fabric Extender

در شکل بالا، ToR fabric extenderها از کابل فیبر میان rackهای دیگر تا EoR rack استفاده می‌کنند. این EoR rack شامل سوییچ master می‌شود. سوییچ master، در اینجا همان سوییچ Nexus 5000، اتصالات 10GE unified fabric (در برخی مدل‌ها از Nexus 5000 تا پهنای باند 40GE نیز پشتیبانی می‌شود) را برای دسترسی به سرور می‌تواند فراهم کند.

معمولا رایجتر آن است که کابل فیبر را از هر rack تا یک ناحیه aggregation مرکزی بکشند (همچون شکل 6). با این وجود در طرح نشان داده شده در شکل 7، کابل‌های فیبر به جای کشیده شدن به سمت ناحیه‌ی aggregation، به سمتِ EoR rack می روند. این نحوه کابل‌بندی منجر به دستیابی به استقرارهایی از fabric extender می‌شود که راهی برای حفظ گروه‌بندی منطقی ردیف‌ها است. به این وسیله که سوییچِ master به جای قرارگیری در ناحیه aggregation، درون ردیف جایگذاری می‌شود.

خلاصه‌ای از مزایای ToR fabric extender:

• وجود سوییچ‌هایی کمتر برای مدیریت کردن. استفاده از پورت‌های مورد نیازِ کمتری در ناحیه EoR) aggregation)
• rackها در لایه 1 از طریق فیبر متصل می‌شوند. وجود نمونه‌های STP کمتر برای مدیریت کردن (EoR)
• استفاده از control plane واحد به ازای صدها پورت. مهارت مورد نیاز کمتر برای جایگزینی در صورت خرابی (EoR)
• کابل‌های مسی درون rack باقی می‌مانند، نیاز به زیرساخت کمتر برای کابل‌های مسی است (ToR)
• هزینه کابل‌بندیِ کمتر. تخصیص زیرساخت کمتری برای کابل‌بندی و patching. مدیریت آسانترِ کابل‌ها (ToR)
• معماری ماژولار و انعطاف‌پذیر به ازای هر rack. تغییرات/بروزرسانی های آسان به ازای هر ToR) rack)
• کابل‌بندی مسیِ کوتاه تر به سمت سرورها، اجازه مصرف توان و هزینه کمتری را خواهد داد.

استقرار طرح‌های دیتاسنتر درون Podها

انتخاب طراحی دیتاسنتر ToR یا EoR تمام آنچه که می‌تواند باشد، نیست. یکی از مواردی که همه‌ی طرح‌های بالا در آن مشترک هستند، اتصال هر یک از آنها به یک ناحیه‌ی aggregation از طریق فیبر است. این ناحیه aggregation به ناحیه EoR pod همانگونه خدمات می‌دهد که به ناحیه ToR pod خواهد داد. هنگامی که دیتاسنتر از طریق طراحی podها (podها واحدهایی ماژولار، مجزا و مشابه از عناصر دیتاسنتر هستند) رشد می‌کند، این امر انعطاف‌پذیری را در انتخاب طرح ممکن می‌سازد. برخی از podها ممکن است طرح EoR copper cabling را به کار بندند در حالی که pod دیگری طرح ToR fiber را استفاده می‌کند و هر pod از طریق فیبر به ناحیه aggregation مشترکی متصل می‌شود.

شکل 8 – استفاده از podها در طراحی دیتاسنتر

نتیجه‌گیری

نمونه‌هایی از طراحی دیتاسنتر که در اینجا مورد بررسی قرار گرفتند، استقرارهایی رایج برای معماری دیتاسنتر به شمار می‌آیند. با توجه به اینکه هر نوع دارای مزایا و نقاط ضعف است، به سختی می‌توان گفت که کدام یک طرح بهتری است. به واقع، طرحی که با توجه به شرایط شما مناسب‌ترین است، برای شما بهترین به شمار می‌آید.

1. یک پروتکل ارائه شده از سوی سیسکو است که به ازای هر VLAN مجزا، پروتکل STP را به اجرا در می آورد

خانواده کاتالیست 9000

پلتفرم جدیدِ catalyst 9000 از شرکت سیسکو  نسل جدیدی از سوییچ ها در خانواده کاتالیست است که در لایه های access ،distribution و core از محیط های enterprise قرار می گیرند. این سری از سوییچ های سیسکو اولین پلتفرمی هستند که به منظور بهره گیری از ویژگی های SD طراحی شده اند. پلتفرم کاتالیست 9000 پیشرفت های مهمی را در زمینه امنیت، اینترنت اشیا، cloud و mobility ارائه می دهد. استفاده از تراشه های UADP ASIC در پلتفرم کاتالیست 9000 ،کارایی بسیار بالایی را در اختیار می گذارد، همچنین مجموعه ای از ویژگی های جدید را به این پلتفرم می افزاید.

 

خانواده کاتالیست 9000 بر مبنای معماریِ ASIC مشترکی (UADP ASIC) ساخته شده اند. UADP به زیرساخت های شبکه اجازه خواهد داد تا در طول زمان، خود را با تکنولوژی ها، گرایش های رواج یافته در صنعت و نیازهای کاری جدید تطبیق دهند. همچنین پلتفرم های کاتالیست 9000 بر اساس معماری پردازنده ی x86 چند هسته ای 64 بیتی ایجاد شده اند. این معماریِ مشترک در پردازنده ها، پردازش نرم افزاریِ قابل پیش بینی و مدیریت control-plane را فراهم می کند.

هر پلتفرم کاتالیست 9000 بر پایه ی سیستم عامل Cisco IOS XE ماژولار و متن باز اجرا می شود. این امر، قابلیت انتقال را در سراسر پلتفرم های enterprise از سیسکو (شامل سوییچ های کاتالیست، روترهای ISR/ASR و کنترل کننده های Wireless LAN) بهبود می بخشد. سیستم عامل Cisco IOS XE مجموعه ای شناخته شده از API ها را فراهم می کند، مدیریت را بهبود می بخشد و فرآیند های اتوماسیون و قابلیت برنامه پذیری را تسهیل می سازد.

گرایش های رواج یافته در صنعت

گرایش های متداولی که امروزه در صنعت دیده می شوند در چهار گروه اصلی دسته بندی می شوند:

گرایش به IoT

دگرگونی دیجیتالیِ عملکردها و فرآیندهای کاری شامل اتصال دستگاه های جدید، سنسورها و ماشین ها به منظور بهبود بارآوری، کاهش خطرات و افزایش امنیت می شود. میلیاردها اتصال  machine-to-machine در طول چند سال آینده پدیدار می شوند که به هوشمندیِ machine learning بر پایه تحلیل ها و سیاست های کاری نیازمندند. شبکه های enterprise به پشتیبانی از این هجومِ اتصالِ دستگاه های جدید نیاز خواهند داشت.

گرایش به Mobility

وایرلس و Mobility ، بازار زیرساخت های شبکه ی enterprise را به حرکت در آورده اند. اپلیکیشن های سیار و BYOD امکان دسترسی به داده های هماهنگ را از طریق تلفن های هوشمند، تبلت ها و لپ تاپ های شخصی برای کارمندان فراهم می کنند. Mobility در حال حاضر یک امتیاز راهبردی به شمار می آید. این روشی غالب است برای اینکه کارمندان و ویزیتورها به اینترنت و شبکه ای هماهنگ دسترسی یابند. Mobility بخش جدایی ناپذیری از شبکه های enterprise در آینده خواهد بود.

گرایش به cloud

شبکه های enterprise از طریق خدمات cloud مجموعه IT داخلی خود را گسترش می دهند. زیرساخت های cloud از طریق انتقال بارهای کاری میان منابع در محل و منابع بیرون از محل، عناصر فیزیکی و مجازی را با یکدیگر ترکیب می کنند.

گرایش به امنیت

همه ی این اتصالات جدید از پیامدهای امنیتیِ بسیاری سرپوش بر می دارند. هر اتصال جدید حامل یک حمله ی بالقوه است. حملات، شدیدتر و پیچیده تر می شوند، آنها اغلب از طریق رمزنگاری پنهان می شوند. شبکه های campus باید از طریق تشخیص ناهنجاری ها و رفتارهای مخربِ بالقوه، در برابر این اتصالات جدید امن بمانند.

موارد استفاده در کسب و کار

سوییچ های کاتالیست 9000 از طریق پیشرفت نوآوری هایی در IoT ، Mobility ، cloud و امنیت برتری سیسکو را در شبکه سازی گسترش می دهند. در ادامه برخی از آنها شرح داده می شود.

مورد استفاده برای IoT

دستگاه های جدید بسیاری وجود دارند که به شبکه متصل می شوند، همچون سنسورها، سیستم های آلارم، سیستم های HVAC (فن آوری های مربوط به سرمایش، و تهویه مطبوع) و … که در گذشته به شبکه متصل نمی شدند. پلتفرم های کاتالیست 9000 به همراه Cisco ISE به طور خودکار قادر خواهند بود که این دستگاه ها را پروفایلبندی نمایند، امنیت و segmentation را فراهم کنند و سیاست هایی را بر آنها اعمال نمایند.

دستگاه ها خدمات خود را از طریق پروتکل (Bonjour (mDNS اعلام می کنند. سرویس DNA در پروتکل Bonjour قابلیت مشاهده ی این خدمات را در سراسر مکان ها و سگمنت های شبکه ارائه می دهد و سیاست هایی را بر مبنای این خدمات اعمال می کند.

برخی از دستگاه های IoT همچون روشنایی های LED به توانی همیشگی نیاز دارند. کاتالیست 9000 از PoE بی وقفه و Fast PoE پشتیبانی می کند تا در زمانی که سوییچ reload می شود، چراغ ها را روشن نگاه دارد.

به منظور پشتیبانی از اپلیکیشن های صوتی و تصویری پیشرفته، سوییچ های کاتالیست 9000 از استانداردهای زمانبندیِ IEEE 1588 و AVB پشتیانی می کنند.

مورد استفاده برای Mobility

شبکه های بی سیم و باسیم سابقا از طریق گروه های مختلفی ایجاد و به کار انداخته شده اند. سوییچ های کاتالیست 9000 از طریق SD-Access هماهنگی مرکزی و تضمینِ واحدی را برای شبکه باسیم و بی سیم ارائه می دهند. این به شبکه اجازه خواهد داد به هنگام افزوده شدنِ کلاینت های بی سیم بیشتری به شبکه، بدون محدودیتها، به طور پیوسته قابل ارتقا باشد. Access Point ها مستقیما به سوییچ های کاتالیست 9000 متصل می شوند.

سیاست های اعمال شده بر شبکه باسیم و بی سیم در این معماری شبکه یکسان است. تقسیم بندی شبکه و سیاست های مبتنی بر گروه، میان ترافیک شبکه های بی سیم و باسیم یکسان است و منجر به تسهیل عملیات ها می شود.

کاتالیست 9000 بیشترین ظرفیتِ PoE و mGig در صنعت را ارائه می دهد که به مشتریان اجازه ی ایجاد محیط های بی سیمِ متراکم و به کارگیری از استاندارد 802.11ac Wave 2 را می دهد.

کاتالیست 9300

سری سوییچ های catalyst 9300 از خانواده کاتالیست 9000 ، پلتفرمی enterprise و پیشرو از شرکت سیسکو است که دارای سوییچ هایی Fixed و stackable است. پهنای باندِ حاصل از stack کردن برابر با 480Gbps خواهد بود و حداکثر هشت دستگاه می توانند در یک فرآیند stack در کنار یکدیگر قرار گیرند.

بررسی پلتفرم

همه ی مدل ها در کاتالیست 9300 از فرم فاکتوری برابر با 1RU به همراه دو منبع تغذیه و فن هایی افزونه بر خوردارند. مدل های مختلف اتصالات و مقیاس های متنوعی را پیشنهاد می دهند. این مدل ها می توانند در چهار زیرمجموعه دسته بندی شوند. هر زیر مجموعه مدل های 24 پورت و 48 پورت مسی دارد:

1. مدل های Data-only : برای دستگاه هایی همچون دسکتاپ ها و پرینترهایی بهینه سازی شده اند که تنها به اتصالات 10Mbps تا 1Gbps نیاز دارند.
2. مدل های PoE+/PoE : قابلیتی مشابه با مدل های Data را به اضافه ی پشتیبانی از +30W PoE فراهم می کنند. همه پورت ها از PoE+/PoE پشتیبانی می کنند و همه پورت ها می توانند همزمان به همراه +PoE فعال باشند.
3. مدل های UPoE : این مدل ها قابلیت مشابهی همچون مدل های +PoE را به اضافه ی پشتیبانی از 60W PoE فراهم می کنند. هر کدام از پورت ها می توانند به صورت UPoE تنظیم شوند، اما حداکثر PoE موجود به ازای هر سوییچ برابر با 1800W است.
4. مدل های mGig : اتصالاتی را با سرعت های متعدد، حداکثر 10Gbps بر روی پورت های mGig فراهم می کنند. Access Point های بی سیمی که از استاندارد 802.11ac Wave 2 پشتیبانی می کنند، معمولترین دستگاه هایی هستند که به اتصال mGig نیازمندند، اما اتصالات باسیم به دسکتاپ ها نیز می توانند از فواید آن بهره مند شوند. همه پورت ها بر روی این مدل ها از UPoE پشتیبانی می کنند اما کل PoE موجود به ازای هر سوییچ 1800W است. بنابراین دو مدل متفاوت در این زیر مجموعه وجود دارد:

• • 24port mGig: همه ی این 24 پورت از سرعت های 5Gbps، 2.5Gbps، 1Gbps، 100Mbps و 10Gbps پشتیبانی می کنند.
  • 48port mixed mGig: در این مدل 36 پورتِ ابتدایی از سرعت های 5Gbps، 2.5Gbps، 1Gbps، 100Mbps و 12 پورت دیگر از تمامیِ محدوده سرعت های mGig پشتیبانی می کنند.

ماژول های شبکه

همه سوییچ های 9300 یک اسلات اختیاری برای ماژول های uplink شبکه دارند. 4 نوع از ماژول های uplink موجود است. علاوه بر این پورت های بر روی این ماژول ها به اتصالات uplink محدود نمی شوند، آنها همچنین برای اتصال به هاست ها می توانند استفاده شوند.

• 4 پورت 1G RJ-45 (پشتیبانی از سرعت های 100Mbps، 10Mbps و 1Gbps)
• 4 پورت mGig (بدون PoE)
• 8 پورت 10G SPF+/SPF
• 2 پورت +40G QSFP
• 2 پورت 25G SFP28

سوییچ های کاتالیست 9300 با ماژول های uplink در سوییچ کاتالیست 3850 سازگارند. اگرچه ماژول های uplink در سویچ های کاتالیست 9300 با سوییچ کاتالیست 3850 سازگار نیستند.

معماری

مدل های بدون پورت mGig ،تنها یک UADP 2.0 ASIC واحد را به کار می برند. مدل های mGig از دو عدد UADP 2.0 ASIC بهره می برند.

قابلیت stack کردن

کاتالیست 9300 توانایی stack نمودنِ حداکثر هشت سوییچ را با یکدیگر دارد، آنها را با یکدیگر ترکیب می کند تا به عنوان یک سوییچ منطقیِ واحد عمل کنند. این مسئله به مهندسان شبکه اجازه ی مدیریت، کانفیگ و عیب یابیِ سوییچ های stack  شده را به عنوان یک سوییچ واحد می دهد.

سیستم عامل Cisco IOS XE موجود بر روی کاتالیست 9300 از stack نمودنِ ترکیبی میان هر مدل از کاتالیست 9300 پشتیبانی می کند. آنها از طریق کابل های stacking ویژه ای که به پشت هر سوییچ متصل می شود، به صورت فیزیکی در یک توپولوژی Ring به یکدیگر پیوند می خورند. کاتالیست های 9300 که stack شده اند کارایی سوییچینگ بسیار بالایی را برای حداکثر 448 پورت ارائه می دهند. همه سوییچ های در stack باید نسخه مشابهی از Cisco IOS XE و license را اجرا نمایند. در اینجا از تکنولوژی stackwise-480 استفاده می شود. Stackwise-480 پهنای باندی برابر با 480Gbps دارد. سوییچِ stack واحد از طریق یک سوییچ active که توسط سوییچ های دیگر انتخاب شده است، مدیریت می شود.

منبع تغذیه و فن

گزینه های موجود برای منبع تغذیه ی این کاتالیست شامل 350W AC ، 715W AC، 1100W AC و 715W DC می شود. منابع تغذیه می توانند در هر ترکیبی به طور مثال AC و DC استفاده شوند.

StackPower

کاتالیست 9300 قابلیت ایجاد یک منبع مشترک از power را با استفاده از کابل های stack power مجزا دارد. به هنگام رخدادِ خطا در یک منبع تغذیه یا ترسیم توان PoE بیشتر، سوییچ می تواند از توان این منبع مشترک بهره ببرد تا از بار بیشتری پشتیبانی نماید. Stack power در دو مد می تواند به کار بسته شود: مد power-sharing یا مد redundant.

 

کاتالیست 9400

سری catalyst 9400 از خانواده کاتالیست 9000 ، یک پلتفرم سوییچینگِ ماژولار و enterprise است که حداکثر 9Tbps از پهنای باند را پشتیبانی می کند. همچنین توان منحصر به فردی را در استقرارهای پر تراکم از PoE ارائه می دهد. سری کاتالیست 9400 پیشرفته ترین HA را از طریق قابلیت هایی همچون وجود دو سوپروایزر و افزونگیِ N+1/N+N در منبع تغذیه فراهم می کند. یک سیستم واحد حداکثر به 384 پورتِ access قابل ارتقا خواهد بود.

بررسی پلتفرم

سوییچ های کاتالیست 9400 حداکثر پهنای باندی به اندازه 480G به ازای هر اسلات فراهم می کند. سه مدل با تراکم های مختلف وجود دارد: شاسی های 4 اسلات، 7 اسلات و 10 اسلات. هر سه شاسی دو اسلات سوپروایزر را با حداکثر دسترس پذیری فراهم می کند. این شاسی ها برای پشتیبانی از بیش از 720G پهنای باند بین دو اسلات سوپروایزر طراحی شده اند . شاسی قابلیت فراهم نمودن بیش از 4800W PoE به ازای هر اسلات را به هنگام افزایش نیاز به power خواهد داشت.

معماری

کاتالیست 9400 مبتنی بر یک معماری متمرکز است، به این معنا که همه عملیاتِ forwarding، سرویس ها و صف بندی ها بر روی سوپروایزر انجام می شود در صورتی که line card ها تنها شامل قطعات ASIC و PHY (چیپ مورد نیاز برای پیاده سازی عملیات لایه فیزیکی) هستند. سادگیِ این طرح متمرکز اجازه خواهد داد که ارتقای ویژگی ها بدون هیچ گونه پیچیدگی، از طریق ارتقای سوپروایزر انجام گیرد در حالی که line card های موجود حفظ می شوند. این مسئله منجر خواهد شد که صرفه جویی چشمگیری در سرمایه به کاربسته صورت گیرد.

سوپروایزها

در حال حاضر دو نوع از سوپروایزرها برای کاتالیست 9400 موجود است: Sup-1 و Sup-1XL. هر دوی این سوپروایزرها از سه عدد UADP 2.0 XL ASIC استفاده می کنند. این سه عدد ASIC از طریق یک اتصال 720G ASIC برای انتقال بسته ها میان ASIC ها به هم متصل شده اند.

Sup-1 در همه مدل ها از شاسی، پهنای باندی برابر با 80Gbps را به ازای هر اسلات فراهم می کند و برای استقرارهای access بهینه شده اند.

Sup-1XL در شاسیِ 10slot پهنای باندی برابر با 80Gbps در هر اسلات، در شاسیِ 7slot پهنای باندی برابر با 120Gbps در هر اسلات و در شاسیِ 4slot پهنای باندی برابر با 240Gbps را در اختیار می گذارد. Sup-1XL همچنین از مدل های استقرار مختلفی همچون access، distribution، core، SD-Access یا NAT پشتیبانی می کند.

UADP اینترفیس های SLI دارد که line card ها را به backplane سوییچ متصل می کند. هر SLI ،با نرخی برابر با 10G، گروهی از پورت های پنل جلویی از سوییچ را تحت عنوان SLI port group تجمیع می کند. سوپروایزرهای آتی خواهند توانست SLI ها را با نرخ سرعت بالاتری اجرا نمایند و پهنای باند بیشتری را برای line card های موجود فراهم کنند.

Uplink های سوپروایزر

هر دو سوپروایزرِ Sup-1 و Sup-1XL از 8 پورتِ SFP+/SFP و 2 پورتِ +QSPF در پنل جلویی برخوردارند. معماریِ Sup-1 و Sup-1XL پهنای باندی به اندازه 80G را برای uplink فراهم می کند و از اینترفیس های 1G/10G/40G پشتیبانی می کند. اینترفیس های 1-8، از 1G/10G SFP+/SFP و اینترفیس های 9 و 10 از 40G QSFP پشتیبانی می کنند.

Line Card ها

سوییچ های کاتالیست 9400 برای برآوردنِ نیاز به اتصال های گوناگون، line card های مختلفی را ارائه می دهد.

• ماژول های مسی RJ-45:

1. 1. 48port data line card: تمامیِ 48 پورت در این ماژول از 100Mbps، 10Mbps و 1Gbps پشتیبانی می کنند.
   2. 48port PoE+/PoE line card: تمامیِ ویژگی های data line card  پشتیبانی می شود، همچنین (PoE+(30W و (PoE(15.4W افزوده شده است.
   3. 48port UPoE line card: تمامیِ ویژگی ها در PoE+/PoE line card پشتیبانی می شود و افزون بر آن از (UPoE(60W نیز پشتیبانی می کند. همه ی 48 پورت درون اسلات می توانند همزمان UPoE را فراهم نمایند.
   4. 48port mGig line card: در اینجا 24 عدد پورت ابتدایی پورت های مسیِ RJ-45 با پهنای باند 10/100/1000Mbps هستند و 24 عدد پورت بعدی پورت های mGig هستند که از پهنای باندهای 5Gbps، 2.5Gbps، 1Gbps، 100Mbps و 10Gbps پشتیبانی می کنند. تمامی 48 پورت در این ماژول، (UPoE(60W)، PoE+(30W و (PoE(15W و همچنین به طور همزمان UPoE را فراهم می کنند.

• ماژول های فیبر SFP+/SFP:

1. 1. 24port SFP line card: از سرعت های 100Mbps و 1Gbps پشتیبانی می کنند.
   2. 48port SFP line card: تراکم پورتی دو برابر را نسبت به 24port line card ارائه می دهد.
   3. 24port SFP+/SFP line card: از سرعت های 1Gbps، 100Mbps و 10Gbps پشتیبانی می کنند. این پورت ها اتصالاتی 10G را به هاست ها، همچون uplink فراهم می کنند.

منبع تغذیه

منابع تغذیه برای کاتالیست 9400 دارای فرم فاکتور کوچکی هستند در صورتی که ظرفیت بالا و بازده موثری را فراهم می کنند. شاسی های 7slot و 10slot از هشت bay برای منبع تغذیه برخوردارند در حالی که شاسی 4slot چهار عدد bay را برای منبع تغذیه فراهم می کند.

سینیِ فن

سینیِ فن در کاتالیست 9400 شامل چندین  فن مجزا می شود که در مد افزونگیِ N+1 عمل می کنند. فن ها بر مبنای حرارت سیستم در سرعت های مختلفی کار می کنند. این مسئله منجر به استفاده موثری از توان می شود و سطوح نویز کمتری را فراهم می کند. سینی فن در کاتالیست 9400 می تواند از جلوی شاسی یه عقب آن جا به جا شود. این مسئله کمک فوق العاده ای را به فرآیند بهره برداری می کند و زمان توقف را کاهش می دهد چرا که با توجه به مدیریت کابل برای سیم بندی در یک اتاقک سیم بندی مرسوم، تعمیر نمودن سینیِ فن منجر به از جا درآوردن کابل ها از پنل جلوییِ شاسی می شود.

کاتالیست 9500

سوییچ های سری کاتالیست 9500 از خانواده کاتالیست 9000 ، سوییچ های لایه core و distribution با فرم فاکتور 1RU و fixed هستند. این سوییچ ها قابلیت های buffering و مقیاس فوق العاده ای را برای جداول (MAC/Route/ACL) ارائه می دهند. این پلتفرم حداکثر 3.2Tbps ظرفیت سوییچینگ و 2 میلیارد بسته به ازای هر ثانیه از forwarding را ارائه می دهد.

بررسی پلتفرم

پلتفرم کاتالیست 9500 شامل سوییچ هایی fixed مبتنی بر معماری UADP ASIC است. پلتفرم بر روی سیستم عامل Cisco IOS XE اجرا می شود که قابلیت برنامه ریزی دارند. همچنین از تمامی قابلیت های HA همچون افزونگی در منبع تغذیه و فن هایی با کارایی بالا و سرعت متغیر استفاده می کنند.

سوییچ های 100Gigabit

• C9500-32C: سوییچ هایی با 32 عدد پورتِ 100GE و 2 عدد UADP 3.0 ASIC
• C9500-32QC: سوییچ هایی با 32 عدد پورتِ 40GE یا 16 عدد پورتِ 100GE و یک عدد UADP 3.0 ASIC

سوییچ های 40Gigabit

• C9500-24Q: سوییچ هایی با 24 عدد پورتِ 40GE و 4 عدد UADP 2.0 ASIC
• C9500-12Q: سوییچ هایی با 12 عدد پورتِ 40GE و 2 عدد UADP 2.0 ASIC

سوییچ های 25Gigabit

• C9500-48Y4C: سوییچ هایی با 48 عدد پورتِ 25GE به اضافه ی 4 عدد پورت 100/40GE و 1 عدد UADP 3.0 ASIC
• C9500-24Y4C: سوییچ هایی با 24 عدد پورت 25GE به اضافه ی 4 عدد پورت 100/40GE و 1 عدد UADP 3.0 ASIC

سوییچ های 10Gigabit

• C9500-40X: سوییچ هایی با 40 عدد پورتِ 1/10GE و 2 عدد UADP 2.0 ASIC
• C9500-16X: سوییچ هایی با 16 عدد پورتِ 1/10GE و 1 عدد UADP 2.0 ASIC

معماری

سوییچ های کاتالیست 9500 منابع قابل کانفیگی را برای پشتیبانی از ویژگی هایی مشخص ارائه می دهد. معماری سوییچ شامل سه بخش اصلی می شود:

• UADP ASIC
• x86 CPU Complex
• اتصالات ASIC

UADP ASIC

خانواده ی سوییچ های کاتالیست 9500 بر اساس دو نوع UADP ASIC مختلف ساخته شده اند: UADP 2.0 و UADP 3.0. معماری هر دو ASIC مشابه است اما آنها از لحاظ ظرفیت سوییچینگ، قابلیت buffering، مقیاس پذیریِ forwarding، تراکم و سرعت پورت ها متفاوتند.

UADP 2.0 ASIC با استفاده از تکنولوژیِ 28 نانومتر ساخته شده است. این نوع دارای 2 هسته می باشد که هر هسته ی آن قابلیت پشتیبانی از حداکثر 120Gbps پهنای باند و مجموع آنها 240Gbps را دارند که حداکثر ظرفیت forwarding برابر با 375M بسته در هر ثانیه را در اختیار می گذارد. سوییچ هایی که شامل UADP 2.0 ASIC می شوند حداکثر از جداولی به اندازه 224K برای IPv4 یا 112K برای IPv6، همچنین 54K برای security ACL TCAM و 16MB برای دو عدد بافر مشترک پشتیبانی می کنند.

UADP 3.0 ASIC بر مبنای تکنولوژی 16 نانومتر ساخته شده است. این نوع نیز دارای 2 هسته است که هر هسته قابلیت پشتیبانی از حداکثر 800Gbps پهنای باند و در مجموع 1.6Tbps را دارند که حداکثر ظرفیت forwarding برابر با 1B بسته درهر ثانیه را دارد. سوییچ هایی که شامل UADP 2.0 ASIC می شوند حداکثر از جداولی به اندازه 416K برای IPv4 یا IPv6، همچنین 54K برای security ACL TCAM و 36MB برای بافر پشتیبانی می کنند.

X86 CPU Complex

سوییچ های سری 9500، همگی از CPU، memory و flash storage مشابهی استفاده می کنند. این سوییچ ها دارای پردازنده ی 4 هسته ای  2.4Ghz x86، همچنین 16GB DDR4 RAM و 16GB استوریج داخلی هستند.

اتصالات داخلی ASIC

سوییچ های کاتالیست 9500 از اتصالات داخلی ASIC با سرعت بالا برای ارتباطات میان ASIC ها استفاده می کنند. UADP 2.0 حداکثر 720Gbps پهنای باند برای اتصال داخلی دارد و UADP 3.0 حداکثر 800Gbps پهنای باند را برای اتصال داخلی میان دو ASIC فراهم می کند. بسته ها به پورت های محلی مستقر درون ASIC اختصاص داده می شوند تا از لینک های اتصالات داخلی ASIC استفاده نکنند.

ماژول های شبکه

سری کاتالیست 9500 از ماژول های شبکه قابل انتخاب برای پورت های uplink در سوییچ های مدلِ C9500-40X و C9500-16X پشتیبانی می کند. کانفیگ پیش فرض سوییچ شامل ماژول های شبکه نمی شود. همه ویژگی های نرم افزاری علاوه بر پورت های ماژول شبکه بر روی پورت های downlink از سوییچ نیز پشتیبانی می شود. این سوییچ ها از OIR (برداشتن و درج ماژول شبکه بدون اینکه تاثیری بر عملکرد سیستم داشته باشد) برای ماژول های شبکه پشتیبانی می کنند.

منبع تغذیه

این سوییچ ها از دو منبع تغذیه AC/DC small form factor platinum برای ظرفیت 650W، 950W و 1600W استفاده می کنند. منابع تغذیه در چنین ترکیب هایی می توانند قرار گیرند: دو منبع تغذیه AC، دو منبع تغذیه DC یا ترکیبی از AC و DC. این دو منبع تغذیه در مد load-sharing افزونه با یکدیگر کار می کنند که در آن هر منبع تغذیه تقریبا با 50 درصد از ظرفیت خود مشغول است. اگر یکی از منابع تغذیه دچار خطا شود، منبع دیگر می تواند توان کل سیستم را فراهم نماید. این سوییچ ها از OIR برای منابع تغذیه پشتیبانی می کند.

فن و سینی فن

سوییچ های کاتالیست 9500 به طور کلی دارای پنج فن مستقل یا دو سینی فن خواهند بود. هر فن مجزا در سرعت های متنوعی عمل می کند. سخت افزار قابلیت این را دارد که خود را با حداکثر یک خطا در فن مجزا یا سینی فن تطبیق دهد. فن های باقیمانده به طور خودکار سرعت خود را افزایش می دهند تا خنک سازی مطلوب را جبران و حفظ نمایند. این سوییچ ها از OIR برای فن ها یا سینی فن به مدت حداکثر 120 ثانیه پشتیبانی می کنند.

بسته های نرم افزاری و لایسنس

کاتالیست 9000 مدل لایسنس دهی جدید و ساده ای دارد. برای نسل پیشین این سوییچ ها انواع مختلفی از لایسنس ها (LAN Base، IP Base، IP service و Enterprise service) وجود داشتند که برای خانواده های مختلف از سوییچ های کاتالیست یکسان نبودند و این بر پیچیدگی می افزود. خانواده ی کاتالیست 9000 از بسته های نرم افزاری و مدل لایسنس مشابهی در سراسر پلتفرم های خود استفاده می کند. مدل جدید مزایای زیر را فراهم می کنند:

• تسهیل دسته بندی ویژگی ها
• راهکار مقرون به صرفه تری را به عنوان ویژگی ها ارائه می دهد
• از طریق افزودن ویژگی ها و پشتیبانی بیشتر هزینه های پیشِ رو را کاهش می دهد

بسته های نرم افزاری و لایسنس ها

کاتالیست 9000 دو بسته نرم افزاری را پیشنهاد می دهد:

• Essential: عملکرد شبکه پایه ای را برای بهره برداری شبکه فراهم می سازد.
• Advantage: شامل تمامیِ عملکردها در بسته Essential می شود. علاوه بر آن قابلیت های پیچیده ای همچون امنیت پیشرفته، دسترس پذیری، اتوماسیون و ضمانت را فراهم می کند.

با خریداری هر سوییچ کاتالیست 9000، یکی از این بسته های نرم افزاری باید انتخاب شوند.

در این مقاله قصد داریم خانواده سوئیچ‌ های دیتاسنتر سیسکو  که شامل سوئیچ های Nexus سیسکو  (Nexus 9000، Nexus 7000، Nexus 5000، Nexus 3000، Nexus 2000، Nexus 1000V) و سوئیچ MDS 9000 میشود را معرفی کنیم. پس از معرفی مختصر هر سری از این سوئیچ‌ها؛ تفاوت‌های بین سوئیچ‌های Catalyst و Nexus بررسی و commandها، نامگذاری و ظرفیت‌های سخت افزاری سیستم عامل Catalyst IOS  و Nexus NX-OS را مقایسه خواهیم کرد. برای اینکه بررسی کاملی داشته باشیم، برای هر کدام از مدل‌های سوئیچ‌های Nexus مناسب‌ترین موقعیت‌ها برای به کارگیری در دیتاسنتر را بررسی خواهیم کرد. در نهایت سوئیچ‌های high-end (رده بالا) خانواده Nexus و خانواده Catalyst را با هم مقایسه خواهیم کرد.

 

 

محصولات خانواده Nexus سیسکو

محصولات خانواده Nexus سیسکو به لطف قابلیت آنها در یکپارچه سازی اطلاعات، ذخیره سازی اطلاعات و خدمات شبکه در دیتاسنترهای کوچک و بزرگ بسیار محبوب واقع شده‌اند. با وجود Cisco Fabric Interconnect، آنها نه تنها می‌توانند این خدمات را ارائه کنند، بلکه می‌توانند پلتفرمی قابل برنامه ریزی که از محیط های مجازی به طور کامل پشتیبانی می‌کند را ارائه کنند. خانواده محصولات Nexus سیسکو تعدادی از مدل‌های مختلف Nexus را شامل می‌شود تا بتواند نیازهای هر دیتاسنتری را برطرف کند. در ادامه به معرفی مختصر این محصولات می‌پردازیم.

 

سوئیچ های سری Nexus 9000 سیسکو

این سوئیچ‌های دیتاسنتر می‌توانند در modeهای Cisco NX-OS Software یا ACI  ¹ کار کنند. امکانات اصلی سری جدید Nexus 9000 سیسکو شامل پشتیبانی از  FEX ² ،vPC ³ و ⁴ VXLAN می‌باشد. چند تفاوت کلیدی بین سوئیچ‌های سری Nexus 7000 و Nexus 9000 وجود دارد. سوئیچ‌های سری Nexus 9000 بر خلاف سری Nexus 7000، از ACI پشتیبانی می‌کند. از طرفی سوئیچ‌های Nexus 9000 از پروتکل‌های ذخیره سازی اطلاعات پشتیبانی نمی‌کنند، در حالیکه سوئیچ‌های Nexus 7000 از این پروتکل‌ها پشتیبانی می‌کنند؛ و سوئیچ‌های Nexus 9000 همانند سری Nexus 7000 از تکنولوژی  VDC پشتیبانی نمی‌کنند. در نهایت پیش بینی می‌شود که سری Nexus 9000 کامل کننده سری Nexus 7000 برای تحول دیتاسنترها به سمت ACI باشد.

 

سوئیچ‌های Nexus 9000 در مدل‌ها و پیکربندی های مختلفی در دسترس هستند:

Nexus 9200 series (1 RU) Cloud Scale standalone

(Nexus 9300 series (1 RU

Nexus 9300-EX (1 RU) Cloud Scale standalone/ACI

Nexus 9500-EX (1 RU) Cloud Scale Modules

(Nexus 9500 Cloud Scale switches (4, 8, 16 slots

 

مقایسه سوئیچ های سری Nexus 9000 سیسکو:

 

سوئیچ‌های سری Nexus 7000 سیسکو

این سوئیچ‌ها می‌توانند معماری دیتاسنتر end-to-end را روی تنها یک پلت فرم ارائه کنند که لایه‌های core، aggregation و access را شامل می‌شود. سوئیچ‌های سری N7k تراکم بالای پورت‌ها را با پهنای باند 10، 40، 100 Gigabit Ethernet ارائه می‌کنند. امکانات اصلی سوئیچ‌های سری Nexus 7000 شامل پشتیبانی از FEX، vPC، VDC، MPLS و Fabricpath می‌شود. علاوه بر اینها، N7K از تکنولوژی‌های نسبتا قدرتمند و پایداری برای DCI ⁵ مانند OTV و LISP پشتیبانی می‌کند. N9K از این تکنولوژی های توسعه یافته DCI پشتیبانی نمی‌کند، اما از تکنولوژی های جدیدتر DCI ،VXLAN ،BGP و EVPN که میتوانند برای پیاده سازی site-to-site DCI استفاده شوند، پشتیبانی می‌کند.

سوئیچ‌های Nexus 7000 از سری 7000 و 7700 (که نسخه‌ی جدیدتر 7000 می‌باشد) تشکیل شده است.

سری Nexus 7700 در مقایسه با سری Nexus 7000:

• برای هر slot پهنای باند بیشتری را ارائه می‌کند (1.3Tbps در مقایسه با 550Gbps)
• عملکرد بهتر و قابلیت پشتیبانی از 192 پورت (100GE (18 slot در مقایسه با 96 پورت (100GE (18 slot

Nexus 7000 در مدل هایی با تعداد 4، 9، 10 و 18 slot ارائه می‌شود، در حالیکه سری 7700 در مدل‌های 2، 6، 10 و 18 slot ارائه می‌شوند.

مقایسه سوئیچ‌های سری Nexus 7000 سیسکو:

 

سوئیچ های سری Nexus 5000 سیسکو

این سری از محصولات مناسب لایه access دیتاسنتر (End of Row) هستند، به طوریکه معماری آنها از مجازی سازی و محیط های Unified Fabric پشتیبانی می‌کند. سوئیچ های سری Nexus 5000 سیسکو (N5k) قابلیت پشتیبانی کامل از امکانات لایه 2 و 3 و پشتیبانی از VXLAN را برای توسعه‌ی شبکه‌ی دیتاسنتر دارند. این سوئیچ‌ها از اینترفیس‌های Fibre Channel، Ethernet و FCoE پشتیبانی می‌کنند. سیستم عامل پیش فرض موجود روی دستگاه شامل اکثر قابلیت‌های پلتفرم Nexus 5000 می‌شود، امکاناتی مانند مدیریت و امنیت لایه دویی. امکانات لایسنسی شامل routing لایه 3، IP multicast و امکانات enhanced Layer 2 مانند Cisco Fabric Path می‌شود.

سوئیچ های سری Nexus 5000 در دو پلتفرم در دسترس هستند: 10Gbps و 40Gbps. سری 5600 پلتفرم 10Gbps توانایی ارائه‌ی 2.56Tbps ظرفیت سوئیچینگ را دارد در حالیکه سری 5600 پلتفرم 40Gbps می تواند رقم چشمگیر 7.68Tbps را ارائه کند.

تمام مدل ها به جز (Nexus 5696Q (40Gbps، یک یا دو unit فضای رک را اشغال می‌کنند؛ درحالیکه Nexus 5696Q به 4 unit فضای رک نیاز دارد.

 

مقایسه سوئیچ های سری Nexus 5000 سیسکو:

 

سوئیچ های سری Nexus 3000 سیسکو

این سری از سوئیچ های Nexus سیسکو امکاناتی مانند latency کمتر از یک میکرو ثانیه، line-rate در unicastهای لایه 2 و 3، سوئیچینگ multicast و پشتیبانی از اینترفیس‌های 40Gigabit Ethernet را ارائه می‌کنند. سوئیچ های سری Nexus 3000 برای استفاده در محیط های latency-sensitive (محیط هایی که باید latency بسیاز کمی داشته باشند)، مورد استفاده قرار می‌گیرند. مانند HFT ⁶، برنامه های شبیه سازی تست تصادف خودروها و محاسبات High-Performance.

پلتفرم سوئیچ سیسکو Nexus 3000 بیش از 15 مدل دارد، تا تمام نیازهایی که یک سازمان میتواند داشته باشد را برطرف کند. سوئیچ های سری Nexus 3000 از سوئیچ هایی با پورت‌های 1GE شروع میشود و تا 32 پورت 100GE در سوئیچ Nexus 3232C گسترش می یابد. محیط های حساس به تاخیر مطمئنا از این سری سوئیچ ها بهره مند خواهند شد، زیرا آنها برای از بین بردن هر گونه تاخیر سوئیچینگ طراحی شده اند در حالی که در عین حال فضای بافر زیادی را برای هر پورت ارائه میکنند. از طرفی بعضی از مدل ها توانایی مانیتور کردن تاخیرشان را هم دارند.

 

مقایسه سوئیچ های سری Nexus 3000 سیسکو:

 

سوئیچ های سری Nexus 2000 سیسکو

این سوئیچ‌ها زیرساخت‌های شبکه‌ای دیتاسنتر موجود را همانند پیاده سازی Cisco ACI کامل می‌کنند. سوئیچ Nexus 2000 سیسکو (N2k) برای ارائه‌ی مدل‌های انعطاف پذیری برای گسترش دیتاسنتر و برطرف کردن نیازهای در حال افزایش سرورها از تکنولوژی FEX استفاده می‌کند. این سری از سوئیچ‌ها برای اضافه کردن پورت های access و server به یک دیتاسنتر، راهکار کم هزینه و انعطاف پذیری هستند. سوئیچ های Nexus 5000، Nexus 7000، Nexus 9000 می‌توانند parent سوئیچ‌های N2k باشند. با استفاده از تکنولوژی FEX، تمام پیکربندی‌ها و مدیریت دستگاه در سوئیچ parent انجام می‌شود. در واقع سوئیچ N2k به همراه تکنولوژی FEX به عنوان remote line card سوئیچ parent عمل می‌کند.

پلتفرم Nexus 2000 سیسکو بیش از 10 مدل ارائه می‌کند که از 24 پورت (1GE (Nexus 2224TP تا 48 پورت (1/10GE SFP/SFP+ (Nexus 2300 را دربر می‌گیرد.

 

 

سوئیچ های سری Nexus 1000V سیسکو

سری Nexus 1000V سیسکو (N1KV) یک سوئیچ software-based می‌باشد. این سوئیچ بر روی هایپروایزر VMware ESX کار می‌کند و سیستم عامل NX-OS را اجرا می‌کند. معماری Nexus 1000V دو جزء دارد: VEM ⁷ و VSM ⁸. این دو جزء با هم سوئیچ  Nexus 1000V را تشکیل می‌دهند، به طوریکه VSM لایه management plane  و VEM لایه data plane را اجرا می‌کند.

نکته‌ای که باید به آن اشاره کنیم این است که لایسنس Nexus 1000V Essential به صورت رایگان در دسترس است که می‌تواند امکانات لایه دویی مختلفی را ارائه کند.

 

SAN سوئیچ های سری MDS 9000 سیسکو

سوئیچ های مولتی لایر MDS 9000 سیسکو برای پشتیبانی از زیرساخت‌های ذخیره سازی (SAN) استفاده می‌شوند. این سری از سوئیچ‌ها پلتفرم director-class و سوئیچ های Fabric را ارائه می‌کنند. این سوئیچ ها از سیستم عامل NX-OS استفاده می‌کنند. در نهایت MDS 9000 می‌تواند fiber channel، خدمات ذخیره سازی اطلاعات و FCoE را ارائه کند.

 

ادامه مطالب را در قسمت دوم این مقاله بخوانید.

 

 

1.  Application Centric Infrastructure 
2. Fabric Extender Technology
3. virtual Port Channel
4. Virtual Extensible LAN
5. multi-DC interconnect
6. High-Frequency Trading 
7. Virtual Ethernet Module
8. Virtual Supervisor Module