ハドロンコライダー、10ポイントの風とスイッチ

Habréには、データセンターとコンピューティングクラスターのトピックに関するトピックがすでにかなりありましたが、巨大なFacebookや、たとえばモスクワインターネットエクスチェンジが動作する機器に興味がありますか？ SKIF-MSUチェビシェフの基礎は何ですか？また、ラージハドロンコライダーがネットワークで使用する「グランド」は何ですか？ 彼らが言うように、猫へようこそ！



ご注意 たくさんの写真とテキスト。

わずかな歴史的余談

その名前-「Force10」-同社はまず、創業者の一人であるSom Sikdarに負うところが大きい。 実際、これは非常に強い嵐です。 創業以来、同社は高性能コンピューティングクラスタおよび企業のデータ処理センター（DPC）のソリューションを専門としてきました。 長さはわずか10年の「伝記」ですが、グローバルネットワーク業界にとって重要なイベントとなった数十のイベントをカウントできます。最初の5 Tbpsパッシブバックプレーン、最初のマルチプロセッサスイッチ、データセンター用の最初のラックマウントギガビットスイッチ、 1260 x GEポート、オープンスタンダードに基づく最初の10/40 GE工場、最初の2.5 Tbit / s 2RUネットワークコアスイッチ。



Force10スイッチを使用しているクライアント、たとえばFacebookのソーシャルネットワークなどの大規模なインターネット企業、およびインターネットトラフィック交換ポイント（ドイツのDE-CIXおよびモスクワのMSK-IX ）。 Force10の別のコンシューマーセグメントは、特にスーパーコンピューター業界の高性能コンピューティングクラスターです。 アナリストによると、世界のTop40スーパーコンピューターの30％はForce10機器を使用しています。 特に、ロシア連邦とベラルーシのSKIF-GRIDスーパーコンピュータープログラムとForce10テクノロジーを使用した国家教育プロジェクトの枠組みの中で、 SKIF-MSUチェビシェフスーパーコンピューターが作成されました。 2009年秋のモスクワ州立大学、ロシア科学アカデミーソフトウェアシステム研究所、およびTプラットフォーム企業の共同開発は、最も強力なCISコンピューターのトップ50のリストで2位になりました。 一般的に、T-PlatformsはForce10チームの通常のパートナーであり、これらの高性能スイッチングソリューションを多くのプロジェクトで使用しています。



さらに、Force10製品は、高性能スイッチングを必要とする多くのエンタープライズネットワークを構築しています。 顕著な例は、欧州原子力センターCERNのネットワークです。 陽子が加速される大型ハドロン衝突型加速器の27キロメートルのトンネルでの実験では、年間約15ペタバイトのデータが生成されます。 それらはすべて、世界中の約500の研究所や大学を含むコンピューター研究所にすぐに配布されます。 CERNラボキャンパスのバックボーンは、10個のGE Force10 Eシリーズスイッチを使用して構築されたコアに基づいています。



2011年8月、同社はデルに買収され、対応する製品ラインはDell Force10と呼ばれました。これにより、デルは40 GEネットワークの先進セグメントで世界市場のリーダーになりました。 デルとForce10テクノロジーの合併によるDell Force10ソリューションの現在の市場ポジショニングは、以下のように説明できます。または最大のインターネット検索サイト。

オープンソリューションとStormアーキテクチャ

Dell Force10製品市場のニッチな定義には、高性能とオープンという2つのキーワードがあります。 Dell Force10製品ファミリは、オープンアーキテクチャを中心に構築されたデータセンター向けのオープンソースの高性能スイッチングソリューションです。 これは、オープンスタンダードのサポート、他のメーカーの機器と統合する能力を意味し、それによって顧客の投資を保護します。



すべてのDell Force10スイッチは、同じモジュラーオペレーティングシステムFTOS （Force Tenオペレーティングシステム）で動作し、第2および第3レベル（レイヤー2およびレイヤー3）でのスイッチングをサポートし、高いパフォーマンスとフォールトトレランスを備えています。 Force10ファミリのさまざまな製品で同じアプリケーションを実行できるようにする機器抽象化のレベルを実装します。 つまり、同じコードを繰り返し使用することが可能であり、アプリケーションとシステム機能の展開を高速化します。



FTOSソフトウェアは、モジュールベースで構築されたフリーのオープンソースオペレーティングシステムであるNetBSDに基づいて開発されており、柔軟性が高く、信頼性が高く、ポータブルで効率的です。 FTOSは、Dell Force10シリーズのスイッチの最新モデルでさえ動作するキャリアクラスのオペレーティングシステムです。



グラフィカルユーザーインターフェイスを備えたDellのOpenManage Network Managerは、Dellネットワークソリューションの管理に使用されます。 さらに、大規模なインストールおよび仮想化環境では、FTOS機能はOpen Automationと呼ばれる優れたデータセンター自動化ソフトウェアによって補完されます。これにより、システム全体の管理が簡素化され、効率が向上します。



仮想化の急増に伴い、データセンターは変化に迅速に対応する必要があります。 ただし、管理タスクはますます複雑になっています。ITマネージャーは、対応するストレージリソースとネットワークを備えた数百、数千の仮想マシンに対処する必要があります。 データセンターのインフラストラクチャは、アプリケーション要件に迅速に適応し、対応する必要があります。 さらに、サーバー、ストレージシステム、およびネットワークを個別に管理することはできなくなりました。単一の動的な環境が必要です。 実際、Open Automationはこれらの問題を解決することを目的としています。







実際、Open Automationは相互接続されたネットワーク管理ツールのセットであり、一緒にまたは別々に使用できます。

• スイッチの自動構成（ベアメタルプロビジョニング）-インストール時間を短縮し、構成エラーを排除し、ネットワークスイッチを自動的に構成することにより構成を標準化します。
• スイッチでのスクリプトの実行（スマートスクリプト）-強力なPerl / Pythonスクリプト環境を使用して、ネットワークの監視と管理を改善します。
• VM / VLANの自動移行（仮想サーバーネットワーク）-仮想ローカルエリアネットワーク（VLAN）と仮想マシン（VM）の自動移行を提供することにより、仮想化環境でのネットワーク管理を簡素化します。
• プログラムによる管理の統合—サードパーティのツールを使用してスイッチを管理し、標準の管理インターフェイスをサポートします。

Dell Force10製品ライン

Dell Force10製品ラインは、主に4つのカテゴリ（シリーズ）で構成されています。

1）Eシリーズモジュラースイッチ。

2）モジュラーCシリーズスイッチ。

3）ラックマウント型トップオブラックSシリーズスイッチ。

4）分散コアを構築するためのZシリーズ。

Dell Force10スイッチEシリーズ

Eシリーズには、オーバーサブスクリプションなしで最大140 10 GEポート、または4：1オーバーサブスクリプションで560 10GEを含むハイエンドモジュラースイッチが含まれます。 1260 GEポートを1つのシャーシで提供できることは注目に値します。これは、モジュラースイッチのスケーリングに関する業界で唯一の数字です。 10 GEポートは高密度であるため、これらのスイッチはデータセンターのコアとして機能するのに最適です。







24RUフォームファクターのExaScale E1200i Eシリーズスイッチのモジュラーシャーシには、次のものが含まれます。

• パッシブ銅バックプレーン5 Tbps。
• 3.5 Tbit / sモジュラースイッチングファクトリ。
• インターフェイスカード用の14スロット、スロットあたり125 Gb / s。
• 6 AC電源。

シャーシの耐障害性は、電源とファンの冗長性、プロセッサモジュールの冗長性（1 + 1）、スイッチングファクトリの冗長モジュール（9 + 1）によって保証されます。



シャーシは、インターフェイスカードでの分散処理に加えて、レイヤー2、レイヤー3、および制御プロトコル用の個別のプロセッサを含む分散アーキテクチャに基づいています。







16RUフォームファクターのExaScale E600iモジュラーシャーシは、2.7 Tbit / sのパッシブバックプレーンを提供し、インターフェイスカード用に7スロット（スロットあたり125 Gbit / s）を備えています。 スイッチングファクトリのモジュールは予約済み（4 + 1 1.75 Tbit / s）、プロセッサモジュール（1 + 1）、電源（3 + 1 AC）です。

Dell Force10スイッチCシリーズ

Cシリーズは、データセンターとコア企業ネットワークを統合するためのモジュラーシャーシです。 ポートあたりの低コストが特徴です。 オーバーサブスクライブすることなく、最大64個の10 GEポートと384 GEポートをサポートできます。 顧客はこのスイッチをトラクターと呼び、トラクターの電源を入れて一度セットアップすると、トラクターのように「耕す」ようになりました。



C150およびC300モデルには、パッシブ銅バックプレーン、インターフェイスカード用の4つまたは8つのスロット（スロットあたり96 Gb / s）があります。 スループットは、それぞれ768ギガビット/秒と1.536テラビット/秒です。 冗長電源、統合スイッチングファクトリーを備えたプロセッサモジュール、ファン。



Cシリーズのインターフェイスカードのリストには、36の10/100/1000ポート、8つのGE SFPポート、2つの10GE SFP +ポートという、異なるタイプのポートを備えた興味深いバージョンのFlexMediaカードがあります。







Cシリーズモジュラースイッチは、データセンターでの行末スイッチとしての使用や、集約目的に最適です。 すべてのCシリーズスイッチングシステムはPower over Ethernetをサポートしているため、キャンパスネットワークおよびワイヤリングクローゼットに配置できます。

Dell Force10 Sシリーズスイッチ

Sシリーズは、ギガビットイーサネットおよび10GEを介したサーバー接続を提供する、スタック可能なTop-of-Rackスイッチで構成されています。



Sシリーズ製品ラインは、主にデータセンターのデータセンターアクセスレベルスイッチとして使用するために設計された1/10/40 GE固定構成システムで構成されています。 範囲には、44個の10/100 / 1000Base-Tポートと低スイッチング遅延を備えたS55モデル、増加したパケットバッファーを備えたS60モデル、および1/10 GE Top-of-Rackスイッチポートの最高密度の提供とサポートを目的としたS4810が含まれます。 40 GE。



S55およびS60モデル（トップオブラックギガビットスイッチ）には、サーバーを接続するための44個の10/100/1000銅線ポートと、最大4個の10 GEポートがあります。 S55およびS60モデルは、Open Automation機能をサポートしています。



S60スイッチのパケットバッファーサイズは1.25 GBです。これは、ネットワーク業界全体のラックマウントギガビットスイッチのユニークなメトリックです。 このような機能を備えたスイッチは、一方ではトラフィックの大きなバーストを特徴とし、他方ではビデオ、iSCSI、Memcache、Hadoopなどのパケット損失にとって重要なアプリケーションに特に適しています。



ノンブロッキングアーキテクチャのS4810ラックマウントトップオブラックスイッチは、640 Gb / s（全二重）スループットと700 nsの低レイテンシを提供し、サーバーを接続する48 10 GEポートと4 40 GEポートを備えています。 スプリッターケーブルを使用して、ポート40 GEを4ポート10 GEに変換すると、スイッチには64ポート10 GEがあり、フルスピードでオーバーサブスクリプションなしで動作します。 128K MACアドレスをサポートし、レイヤー2およびレイヤー3スイッチング、IPv4およびIPv6ルーティングを提供します。 自動化と仮想化（Open Automation）の組み込みサポート、およびSANとLAN（DCB、FCoE）の収束のサポート。







S4810スイッチは、10または40 GEポートを使用してスタックできます（最大スタック帯域幅160 Gbps）。 スタックごとに最大6つのスイッチの結合がサポートされています。 特別なスタックモジュールは必要ありません。



Virtual Link Trunking（VLT）テクノロジーもサポートされます。これにより、集約チャネルを使用してサーバーとスイッチを2つのS4810スイッチに接続し、フォールトトレランスを確保し、ネットワーク内のすべてのチャネルでトラフィックを分散できます。







4月下旬に発表され、ラスベガスで開催されたInterop 2012で最初に発表されたDell PowerEdge M1000eブレードシャーシ用のDell Force10 MXLブレードスイッチは、業界初のブレード形式の40 GEポートスイッチです。 高性能および高密度の要件に基づいて仮想ネットワークアーキテクチャの一部として作成され、従来の仮想ネットワーク構造とパブリックおよびプライベートクラウド環境の両方で最新のワークロードをサポートできます。



Dell Force10 MXLは、単一のデバイスに高いポート密度を備えています。32個の1/10 GEポートにより、ブレードサーバーを接続し、スイッチに接続されたすべてのブレードサーバーの非ブロッキングローカルスイッチングを実現します。 6つの外部40 GEポートまたは最大24の外部10 GEポートに拡張できます。



Dell Force10 MXLスイッチはスタッキングをサポートしており、単一のIPアドレスで管理される最大6台のスイッチをスタッキングできます。 40 GEポートがスタッキングに使用されます。



さらに、40 GE QSFP +、10 GE SFP +、または10GBase-Tポートを追加することにより、拡張インターフェイスモジュールを使用してMXLスイッチを簡単に拡張できます。 統合されたSAN / LANを構築するには、Dell Force10 MXLブレードスイッチを使用するのが良い方法です。 統合されたDCBおよびFCoEストレージソリューションを完全にサポートします。 MXLスイッチが注文可能になりました。

Dell Force10 Zシリーズスイッチ

Z9000スイッチは、分散コアを構築するように設計されています。 2RUのサイズで、32ポート40 GEを収容するか、ケーブルスプリッターの助けを借りて-128ポート10 GEを収容できます。 ノンブロッキングファクトリは、3μs未満の遅延で2.5 Tbit / sのスループットを提供できます。







同時に、スイッチの消費電力は非常に少なく、最大800ワット、つまり10 GEポートあたり6.25ワットです。 これは、デルが開発した新しい分散コアアーキテクチャの典型的な構成要素です。

分散コア

分散カーネルのアーキテクチャは、Spine（上部にある）とLeaf（下部にある）の2つのレベルで構成されています。 モジュラーシャーシで類推することができます-スイッチングファクトリーの役割がSpineスイッチによって行われ、インターフェイスカードの役割がリーフスイッチによって行われる、大きなモジュラーシャーシの形の分散コアを想像してください。



SpineスイッチとLeafスイッチ間の接続は40 GEインターフェイスを使用して行われ、10 GEはケーブルスプリッターを使用して使用することもできます。 このモジュラーシャーシの制御プロトコルは、各スイッチ（スパインとリーフの両方）で「存続」します。つまり、分散されます。 すべてのスイッチは、オープンスタンダードに基づいて相互に通信および対話します。 スケーリングは、工場のSpineおよびLeafにプラグアンドプレイスイッチを追加することによって行われます。 分散カーネルを使用すると、OSPF、BGPルーティングプロトコル、および複数のECMPパス間でトラフィックを分散するメカニズム（等コストマルチパス）に基づいてレイヤー3ファクトリを構築できます。 したがって、工場内のすべてのチャネルを使用することができます。 将来的には、TRILLプロトコル（多くのリンクの透過的な相互接続）をサポートすることも計画されています。これにより、ファクトリーで使用可能なすべてのチャネルのバランスを取るレイヤー2ファクトリーの作成が可能になります。



ファクトリーの設計に関係するタスクに応じて、オーバーサブスクライブおよびオーバーサブスクライブなしで分散コアを構築することが可能です。

あらゆる規模のデータセンターの工場

工場サイズ	リトル	平均	大きい
脊椎ノード	S4810	Z9000	Z9000
葉ノード	S4810	S4810	Z9000
ノード数	4脊椎/ 12葉	4背骨/ 32葉	16脊椎/ 32葉
相互接続工場	10 GbE	40 GbE	40 GbE
工場パフォーマンス	3.84 Tbps	10.24 Tbps	40.96 Tbps
利用可能な10GbEポート	576 3：1回の再登録	1,536 3：1回の再サブスクリプション	2,048ノンブロッキング

このアーキテクチャは、高い信頼性を提供します。 帯域幅の100 / nパーセント（nはスパインスイッチの数）は各スパインノードを通過します。 これは、16台のSpineノードで障害が発生した場合、2つのモジュラースイッチで構成される従来の設計の50％に比べて、93.75％の帯域幅が利用できることを意味します。



さらに、最小数のスパインノードとリーフノードから始めて、必要に応じて追加します（工場で再サブスクリプションなしで最大8192 10 GEアクセスポート）。 モジュラーシャーシ上に構築されたネットワークと比較して、分散コアは消費電力が少なく、占有するラックスペースも小さくなります。



分散コアの作成を簡素化するために、Dellは特別なソフトウェアDell Fabric Managerを開発しました。 分散カーネルの設計と管理に役立ちます。 特に、たとえば工場のスイッチ間でポートを接続するためのケーブル配線スキームの開発や、複数のスイッチからシステムを構成するなど、多くの労働集約的な機能が自動化されています。 Dell Fabric Managerは、ネットワークトポロジのグラフィカルな表現を使用した分散コアスイッチのリモート監視もサポートしています。



したがって、分散コアのアーキテクチャは、中規模のサイズ、電力要件、および価格で、最大160 Tbit / sの速度で最小スイッチング遅延を備えたデータセンター向けの高度にスケーラブルなLeaf-Spineファクトリーを提供します。

次に何が起こりますか？

明らかに、仮想化の傾向は現在ネットワークに広がっています。ハイパーバイザー環境は、仮想マシンのネットワーク機能を組み込み始めています。 このトレンドを実装する最初のステップは、vSwitch組み込み仮想スイッチ（たとえば、VMware ESXのvDSなど）の出現でした。 デルは、 Open Automationデータセンター自動化ソフトウェアに仮想化サポートを組み込みました。 ネットワークでの仮想化機能のより深い実装とデータセンター間の仮想化サポートに向けた次の論理ステップは、VxLAN（仮想拡張ローカルエリアネットワーク）およびNVGRE（Generic Routing Encapsulationを使用したネットワーク仮想化）テクノロジーに関連付けられています。



昨年8月、VMwareが率いる企業グループは、VxLANのIETF RFCプロジェクト-Virtual Extensible Local Area Networksを発表しました。 実際、これは、仮想マシンがレイヤー2 IDの抽象化を使用してレイヤー3の境界を越えて移動できるようにする仮想化標準の提案です。 9月、Microsoftが率いる別の企業グループが、NVGREのIETF RFCという別のプロジェクトを発表しました。 NVGREが提供するネットワーク仮想化環境は、Generic Routing Encapsulation（GRE）カプセル化プロトコルを使用して、プライベートおよびパブリッククラウドでの安全なマルチテナンシーと仮想マシンモビリティをサポートします。



Dell Corp.は、VxLANとNVGREの両方の仕様をサポートする予定であり、Dell Force10製品の関連技術のサポートに取り組んでいます。 この場合、Dellのお客様は、慣れ親しんだハイパーバイザーを使用できます。 さらに、デルは、主要なハイパーバイザーおよびOSベンダーと緊密に連携して、VxLANおよびNVGREの仕様をさらに改良することを期待しています。



ハイパーバイザー環境の仮想ネットワークに加えて、物理ネットワーク自体もオープンで標準ベースのソフトウェア定義ネットワーク（SDN）ネットワークに進化する必要があると考えています。 ソフトウェア構成のSDNのネットワークアーキテクチャは、2つの基本的なアーキテクチャ原則に基づいています。（1）コントロールプレーンとデータプレーンの分離、（2）次世代ハイパーバイザー環境での仮想ネットワークとの互換性。 アプリケーションがネットワーク機能を「認識する」将来のネットワークアーキテクチャは、仮想化環境で動作し、必要に応じて論理ネットワークを動的に作成します。 これらの論理ネットワークは重ね合わせられています。つまり、ソフトウェア制御の物理ネットワークインフラストラクチャ上で動作し、環境が物理か仮想かに関係なく、すべての必要なデータとアプリケーション、および追加のサービスをすべてのユーザーに配信するように設計されています。



デルでは、このアーキテクチャは仮想ネットワークアーキテクチャ（VNA）と呼ばれ、SDNネットワークの優先順位に従って製品とソリューションを開発します。



まあ、Dell Force10スイッチがビジネスにどのように役立つか興味がある場合は、お問い合わせください。 当社の専門家がアドバイスし、「何が何であるか」を確認し、問題を解決するためにForce10を実装することを考えます。 デルからMarat Rakayevに直接お問い合わせいただけるすべての質問： marat_rakaev@dell.com 。



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