Por Ron Tellas
A medida que avanza la tecnología, más tráfico del centro de datos se mueve de un servidor a otro en lugar de entrar y salir del centro de datos.
Debido a que las redes tradicionales se diseñaron con un patrón de tráfico norte-sur en mente (tráfico que se mueve entre el centro de datos y el resto de la red), los centros de datos se están alejando de esta arquitectura convencional de tres niveles y se están moviendo hacia la columna vertebral arquitectura Leaf-Spine.
La arquitectura tradicional de tres niveles
Históricamente, los centros de datos se basaban en una arquitectura jerárquica de tres niveles. Este enfoque segmenta los servidores en «pods» e implementa tres capas separadas:
1. Capa central: considerada la columna vertebral de la red, con routers de alto rendimiento que combinan redes separadas geográficamente. Los routers de esta capa mueven datos rápidamente, con switches que cambian los paquetes lo más rápido posible.
2. Capa de distribución / agregación: implementa listas de acceso y filtros para proporcionar una definición de límites y definir la política de red. Incluye switches de capa 3 de gama alta para garantizar que los paquetes se enruten correctamente entre subredes y VLAN.
3. Capa de acceso: donde los switches de acceso se conectan y garantizan que los paquetes se entreguen a los dispositivos.
La arquitectura jerárquica de tres niveles acomoda el tráfico entre servidores conectados al mismo switch pero el tráfico entre diferentes switches de acceso debe transmitirse a través de niveles de switches de nivel superior en un patrón norte-sur.
Este patrón de tráfico puede introducir diferencias en la velocidad y la latencia creadas por conexiones adicionales entre switches. Esto conduce a problemas de rendimiento en los centros de datos con grandes flujos de datos debido a la dependencia de tecnologías como la virtualización, las redes definidas por software y los recursos informáticos y de almacenamiento compartidos que admiten aplicaciones emergentes urgentes y con uso intensivo de datos.
En centros de datos más pequeños donde la velocidad y la latencia no son absolutamente críticas, la arquitectura jerárquica tradicional de tres niveles aún puede tener sentido por ahora.
El cambio a la arquitectura Leaf-Spine
Para reducir la latencia y mejorar las comunicaciones de servidor a servidor, muchos centros de datos están realizando la transición a una arquitectura Leaf-Spine (una topología de red de dos capas).
Esta topología conecta cada leaf switch con todos los demás leaf switches dentro de la estructura. La ruta se elige aleatoriamente para que la carga de tráfico se distribuya uniformemente entre los switches de nivel superior. Si uno de los switches falla, el rendimiento solo se degrada ligeramente.
Este enfoque reduce la cantidad de switches necesarios y admite rutas directas entre dispositivos. La introducción de un patrón de tráfico este-oeste (interno) mejora significativamente el rendimiento en entornos de servidores virtualizados donde los recursos a menudo se distribuyen entre muchos servidores. Permite que los datos tomen atajos desde donde están hasta donde realmente se dirigen.
Con una arquitectura Leaf-Spine sin importar a qué life switch esté conectado un servidor, el tráfico siempre cruza la misma cantidad de dispositivos para llegar a otro servidor (a menos que el otro servidor esté en la misma hoja). Esto mantiene una latencia predecible porque, para llegar a su destino, una carga útil solo necesita saltar a un spine switch y otro leaf switch.
Cableado para admitir la arquitectura Leaf-Spine
Con el cambio a una arquitectura de columna vertebral, el diseño general de la infraestructura de cableado también está experimentando un cambio: muchos centros de datos grandes están pasando a implementaciones EoR (fin de fila) y cableado estructurado.
En este diseño, los switches se colocan en un gabinete y se conectan a servidores en toda una fila mediante cableado de categoría 6A de par trenzado balanceado. Esto permite que dos servidores seguidos experimenten una comunicación de baja latencia porque están conectados al mismo switch. Las implementaciones de EoR requieren distancias de aproximadamente 30 m para llegar a los servidores en gabinetes adyacentes.
Para implementaciones de EoR de 25 Gbps de larga distancia, los ensambles de cable óptico activo (AOC) y el cableado de fibra óptica con transceptores separados también son opciones. Los AOC incorporan transceptores ópticos en conectores y utilizan cable de fibra óptica para soportar distancias de hasta 100 m. Los AOC pueden parecer menos complejos y ofrecer un consumo de energía ligeramente menor, pero también presentan algunos inconvenientes:
No tienen que cumplir con los estándares de interoperabilidad de la industria.
Sus transceptores integrados no son compatibles con varias generaciones de aplicaciones, lo que significa que deberán reemplazarse cuando se requiera una actualización.
La tendencia actual es implementar conexiones cruzadas donde los paneles de conexión que reflejan los puertos del leaf switch se conectan mediante cableado permanente a los paneles de conexión que reflejan los puertos del spine switch. Las conexiones entre leaf y spine se realizan en paneles de conexión mediante cables de conexión. Esto crea una conectividad de «todos a todos» donde cualquier puerto spine se puede conectar a cualquier puerto leaf.
Acerca del autor: Ron se unió a Belden en 2016 para ayudar a definir la hoja de ruta de la tecnología y las aplicaciones en la empresa. Antes de esto, desarrolló cables y conectividad para Panduit y Andrew Corp. Ron Tellas es un experto en la materia en diseño de RF y propagación electromagnética. Como director de tecnología y aplicaciones, Ron se centra en las redes de área local. Representa a Belden en el comité ISO WG3, TIA TR42 Premises Cabling Standards, IEEE 802.3 Ethernet Working Group y se desempeñó como miembro del comité del NFPA 70 Code-Making Panel 3. Ron es el inventor de 16 patentes estadounidenses. Tiene una licenciatura en ingeniería eléctrica de la Universidad de Purdue, una maestría en ingeniería eléctrica del Instituto de Tecnología de Illinois y una maestría en administración de empresas de la Universidad de Purdue.
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