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Im Kampf gegen Leistungsengpässe, ein Kommentar von Thomas Pavel, LSI

Daueraufgabe Rechenzentrums-Beschleunigung

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Skalieren des Netzwerks im virtualisierten Rechenzentrum

Einer der häufigen Engpässe in aktuellen virtualisierten Rechenzentren ist die Steuerungsebene der Datenübertragung, das Switching Control Plane – ein Staupunkt, der die Netzwerkleistung beschränkt, wenn die Anzahl virtueller Maschinen steigt. Die Auslastung der Steuerungsebene kann auf vier Arten steigen, die in einigen Fällen miteinander in Beziehung stehen:

  • Die Server-Virtualisierung bedeutet wesentlichen zusätzlichen Steuerungs-Overhead, vor allem bei der Migration virtueller Maschinen.
  • Mehr und größere Server-Cluster, etwa für die Analyse umfangreicher Daten (Big Data), bedeuten mehr Datenverkehr für die Kommunikation zwischen Nodes.
  • Die explosionsartige Zunahme an CPU-Kernen – bedingt durch die Notwendigkeit, Engpässe bei der Verarbeitungsleistung der Server zu vermeiden – erhöht sowohl die Anzahl der VMs pro Server als auch die Größe der Server-Cluster.
  • Netzwerkarchitekturen in Rechenzentren werden flacher, während sie wachsen, um diese Änderungen zu berücksichtigen sowie um Latenzzeiten und Durchsatz trotz des unablässigen Wachstums zu wahren.

Diese Änderungen beanspruchen die Steuerungsebene sehr. Beispielsweise können während einer VM-Migration schnelle Änderungen an Verbindungen, ARP-Transaktionen und Routing-Tabellen vorhandene Lösungen für die Steuerungsebene überfordern. Daher sind vor allem in großen virtualisierten Umgebungen umfangreiche Migrationen von VM-Daten häufig nicht praktikabel: Sie erzeugen zu viel Overhead.

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Um solche Migrationen zu ermöglichen, muss die Steuerungsebene skaliert werden. Beim herkömmlichen Ansatz, der vertikalen Skalierung, werden die vorhandenen Lösungen für die Steuerungsebene innerhalb von Netzwerkplattformen durch zusätzliche oder leistungsstärkere Datenverarbeitungs- und/oder Beschleunigungsmodule ergänzt, um die Leistung zu erhöhen. Diese zusätzlichen Ressourcen bedeuten, dass CPU-Zyklen für andere Tasks frei bleiben, und verbessern so insgesamt die Netzwerkleistung.

Was ist in Software-defined Umgebungen anders?

In neuen Architekturen mit horizontaler Skalierung ist die Steuerungsebene von der Datenebene getrennt und führt ihre Aufgaben auf Standardservern aus. In einigen Fällen werden Tasks der Steuerungsebene in Teilaufgaben aufgeteilt, wie Erkennung, Verbreitung und Wiederherstellung, die dann auf diese Server verteilt werden.

Neue Architekturen wie Software Defined Networks nutzen die horizontale Skalierung für die Steuerungsebene. Mit diesen Architekturen können IT-Manager außerdem die Netzwerkschicht (Network Substrate) virtualisieren sowie den Datenverkehr im Rechenzentrum besser verwalten und sichern.

Sowohl in Architekturen mit vertikaler als auch mit horizontaler Skalierung können intelligente Mehrkern-Kommunikationsprozessoren die Leistung der Steuerungsebene drastisch verbessern. Sie kombinieren Allzweckprozessoren mit speziellen Hardwarebeschleunigungs-Modulen für bestimmte Zwecke. Einige Funktionen, wie Paketverarbeitung und Verwaltung des Datenverkehrs, können häufig ganz und gar auf Linecards mit solchen zweckgebundenen Kommunikationsprozessoren ausgelagert werden.

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