「ビッグデータ」がもたらす課題 分散コアがネットワークの新たな方向性を導く

クラウドコンピューティングの時代では、データセンターの規模は数万台のサーバーにまで拡大します。しかし、大規模データセンターのクラスターコンピューティング環境では、ノード間の通信帯域幅が大きなボトルネックになりつつあります。 IT システム アーキテクトは、パフォーマンスの向上、コストとエネルギー消費の削減、シームレスな水平拡張のサポートを実現するために、これらのサーバー ネットワークを接続するより優れた方法を模索しています。分散コア ネットワークは、これらの課題に対処するための新しいアイデアと方法を提供します。

ビッグデータの課題

「ビッグデータ」と呼ばれる非常に大規模なデータセットを処理する Web サイト、ポータル、検索エンジン、分析アプリケーションの数が増えています。ビッグデータとは、一般的に使用されているソフトウェア ツールが許容される経過時間内にキャプチャ、管理、処理できる能力を超えるサイズのデータ​​ セットです。ビッグデータのサイズは数 TB から数 PB のデータ セットに及ぶため、大量のデータをリアルタイムまたはほぼリアルタイムで処理するには高性能なシステムが必要です。ビッグデータに適用可能なテクノロジには、超並列処理 (MPP) データベース、データ マイニング グリッド コンピューティング、Apache Hadoop フレームワーク、分散ファイル システム、分散データベース、Map Reduce アルゴリズム、クラウド コンピューティング プラットフォーム、インターネット、アーカイブ ストレージ システムなどがあります。ビッグデータでは通常、巨大なコンピューティング クラスターと高度なテクノロジおよびアルゴリズムを使用してデータ セットを削減し、データがサーバーに出入りする方法を制御するため、コンピューターを接続するための高速で高性能なネットワーク アーキテクチャが必要です。現在、ネットワーク ベンダーは、大規模なコンピューティング クラスターをサポートする新しいネットワーク アーキテクチャ構成でこれらの要求に応えています。従来の階層型ネットワーク (図 1) は、コア層、集約層、アクセス層に分かれており、従来のワークロードを処理するデータ センターに適用できる可能性があります。

図1 従来の3層データセンターアーキテクチャ

通信が南北方向（つまり、データセンター内外の通信）に支配されていた時代は、データセンターの従来の 3 層アーキテクチャには依然として利点がありました。ただし、通信が東西方向で行われる場合 (図 2 に示すように、コンピューティング クラスターや仮想化コンピューティングなど) は、分散コア アーキテクチャが非常に適しています。

図2 次世代データセンタートラフィックモデル

#p#分散コアネットワークアーキテクチャ

分散コア ネットワークは、Dell Force10 が特別に開発した高性能ネットワーク構造です。図 3 に示すように、ネットワーク パフォーマンスは 160 TB/秒以上にアップグレードできます。分散コア アーキテクチャは、「リーフ スパイン アーキテクチャ」とも呼ばれます。これには 2 種類のノードが含まれます。1 種類のノードはサーバーとトップオブラック デバイスを接続し (リーフ ノード)、もう 1 種類のノードはスイッチを接続します (スパイン ノード)。リーフ スパイン システム アーキテクチャは、任意の 2 つのポート間で非常に低いレイテンシと非ブロッキング パフォーマンスを提供し、3 レベルの Clos ネットワークを実現します。

図3 オープン分散コア大規模データセンターネットワークアーキテクチャ

分散コアアーキテクチャの利点

• コストを節約します。分散コア アーキテクチャは、複数の低コストのイーサネット スイッチを使用することで大幅にアップグレードできるため、従来の高価なシャーシ スイッチング システムや個別のカードのアップグレードが不要になります。
•高性能。あらゆるポイントツーポイント通信では、帯域幅が 100% 均等に共有されます。
• クラスターのワークロードの最適化。どのホストも、ネットワーク カードの帯域幅を 100% 使用して、ネットワーク上の他のホストと通信できます。
• 超弾性冗長性。ネットワーク ノードの再起動や交換は、スイッチング アーキテクチャ全体の信頼性には影響せず、パフォーマンスへの影響は、従来のデュアル コア アーキテクチャの 50% ではなく、ノードの総数のうちの 1 つだけです。
•柔軟なコントロールプレーン。分散コア アーキテクチャは、標準のイーサネット ベースの TRILL (Transparent Interconnection of Lots of Links) プロトコルまたは IP プロトコル (OSPF および BGP) を使用して相互接続できます。

Dell Force10 Z9000 分散コアスイッチ

ほとんどのコア スイッチ、特に大規模なシャーシ スイッチ システムは、水平スケーリングをサポートするためにリーフおよびスパイン ノード アーキテクチャで構成するにはサイズが大きく、コストがかかることから、分散コア設計には適していません。 Dell Force10 Z9000 コア スイッチング システムは、リーフおよびスパイン ネットワーク向けに特別に設計されています。 Z9000 は、32 個の 40GbE ポート (128 個の 10GbE ポート) を備えた 2U、800W ラック スイッチであり、特に大規模なスケールアウト アーキテクチャを構築する場合、競合するシャーシ ベースのスイッチに比べてコストがわずかです。 Z9000 は最大 64 個のスパイン ノードと 128 個のリーフ ノードをサポートできます。各 Z9000 は 2.5TB/秒のスイッチング容量を備えており、非常に小さなスペースと低消費電力で 160TB/秒の巨大なネットワーク コアを作成できます。ネットワーク設計のサイズは次のように計算できます。

•ネットワークデバイスノード数: 3N/2
•アクセス可能なネットワークポート数: N2/2

N = ネットワーク ノードあたりのスイッチ ポート数。各 Z9000 スイッチは 128 個の 10 ギガビット イーサネット ポートで構成され、N = 128 です。最大ネットワーク サイズを取得するには、次のように計算を代入します。

•ネットワークデバイスノードの数: 192=3x128/2
• アクセスできるネットワークポートの数: 8192 = 128x128/2

図4 Z9000分散コア機器構成図

各 Z9000 は約 800 ワットの電力を消費しますが、これは競合するコア スイッチの電力消費量の 20 分の 1 です。この機能により、データセンターのユーザーは、大規模なコア ネットワークのアップグレードを使用する際に、厳しい電力予算内で柔軟に対応できます。 Z9000 は高さがわずか 2U で、競合他社のコア スイッチの 10 分の 1 の高さであるため、大規模なアップグレードでもコンピュータ ルームのスペースを有効活用できます。

Z9000 は、標準ベースのレイヤー 3 およびレイヤー 2 コントロール プレーン テクノロジーを柔軟に使用します。 OSPF と BGP によって制御されるレイヤー 3 では、ECMP はリーフとスパイン アーキテクチャ全体でトラフィックを分散でき (現在 64 ルートをサポート)、BGP マルチパスはリーフ ノードとスパイン ノード間の負荷分散に使用でき、OSPF マルチドメイン設計は LSA ブロードキャスト ドメインを制限し、ルーティング効率を向上させることができます。 Z9000 がレイヤー 2 転送のみを実装する必要がある場合、TRILL コントロール プレーンはネットワーク アーキテクチャ全体のマルチパス制御を実装できます。要約すると、レイヤー 3 またはレイヤー 2 のどちらのシナリオでも、Z9000 ベースの分散コア アーキテクチャは完全な柔軟性とスケール制御を提供します。

#p#分散コアネットワークアーキテクチャ経済

3:1 のコンバージェンス比を想定すると、Z9000 アーキテクチャは 160TB/秒のネットワーク アーキテクチャに拡張でき、最大 24,000 台の 10G イーサネット サーバーをサポートできます。ただし、Z9000 アーキテクチャに基づくソリューションの競争上の優位性は、最終的には分散コアの経済的要因にあります。分散コアは、わずかなコスト、電力消費、ラック スペースで、データ センターのネットワーク アーキテクチャの経済性を根本的に再定義します。このソリューションはより経済的に実行可能であるため、分散コア ソリューションはお客様に広く使用されています。

図5 Z9000スケールアウトアーキテクチャの消費電力比較

図6 Z9000スケールアウトアーキテクチャのフットプリントの比較

要約すると、分散コア アーキテクチャは、優れたスケーラビリティ、より高い帯域幅、および弾力性を提供し、大量のデータを処理し、大規模なコンピューティング クラスターを使用するデータ センター ネットワークの基盤として機能します。 Dell Force10 は、Dell の一貫したオープン、高性能、コスト効率に優れたエンタープライズ レベルのソリューション コンセプトに準拠しています。 Dell が開発した Z9000 は、分散コア アーキテクチャ向けに特別に設計された唯一のコア スイッチであり、小規模から大規模までさまざまな規模の水平拡張アーキテクチャ ソリューションのコストを最適化します。

著者について

Li Haiping、メールアドレス: [email protected]、Sina Weibo「行云流水万泉河」は、IT 業界で 20 年近くのマーケティングと管理の経験があり、清華大学を卒業し、香港科技大学で MBA を取得し、CCIE#4435 (R&S、SNA/IP) を取得しています。応用経済学、ビジネス管理、IT 業界の発展を熱心に研究しており、IT ビジネス分析とビジネス統合、クラウド コンピューティングとアプリケーション アーキテクチャ、仮想化とインフラストラクチャのビジネス開発と管理で長年の経験を持っています。彼は、DMTF、SNIA、PCI-SIG、SATA など、数多くの国際的な IT 業界団体の会員です。現在は、Dell Greater China の次世代データセンター ブレード サーバーおよびネットワーク ビジネスを担当しており、中国の顧客が新しいテクノロジーを開発し、Dell のグローバルな顧客ベスト プラクティスを適用するよう積極的に推進しています。