Ученые-компьютерщики из Калифорнийского университета в Сан-Диего создали программное обеспечение, которое, как они надеются, приведет к созданию центров обработки данных, логически функционирующих как единые сети plug-and-play, которые будут масштабироваться до масштабов современных сетей центров обработки данных. Программная система PortLand представляет собой отказоустойчивую сетевую структуру центра обработки данных уровня 2, способную масштабироваться до 100 000 узлов и более.
PortLand полностью совместим с существующим аппаратным обеспечением и протоколами маршрутизации и обещает поддержку крупномасштабных сетей центров обработки данных за счет повышения собственной масштабируемости, обеспечения базовой поддержки виртуальных машин и миграции, а также значительного сокращения административных издержек. Важно то, что он устраняет зависимость от одного связующего дерева, изначально используя многопутевую маршрутизацию и повышая отказоустойчивость. Ученые-компьютерщики сообщают об этом прогрессе в области сетей центров обработки данных 18 августа 2009 года на SIGCOMM, главной конференции по компьютерным сетям.
«С PortLand мы разработали набор алгоритмов и протоколов, которые сочетают в себе лучшее из сетевых структур уровня 2 и уровня 3», - сказал Амин Вахдат, старший автор статьи SIGCOMM и профессор компьютерных наук в Инженерная школа Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Сегодня крупнейшие центры обработки данных содержат более 100 000 серверов. В идеале мы хотели бы иметь возможность запускать любое приложение на любом сервере, сводя при этом к минимуму объем необходимой конфигурации и состояния сети».
По мере того, как мегацентры обработки данных обслуживают все больше и больше мировых потребностей в вычислениях и хранении данных, сети центров обработки данных становятся все более важными, говорят ученые-компьютерщики. Загрузка главной страницы любого активного пользователя Facebook, например, обычно требует более 1000 серверов за 300 миллисекунд или меньше.
В поисках путей улучшения сети центра обработки данных Вахдат и его команда аспирантов инженерной школы Джейкобса пересмотрели давние компромиссы между сетями уровня 2 и Ethernet, которые маршрутизируют по MAC-адресам, и уровнями. 3 сети-которые маршрутизируют по IP адресам.
Их результат: PortLand, система алгоритмов и протоколов, которая устраняет ограничения масштабируемости и пути маршрутизации существующих подходов уровня 2 и позволяет избежать проблем с администрированием и виртуализацией, вызванных реализацией сетей уровня 3 в средах центров обработки данных.
Современные центры обработки данных часто работают в сетях уровня 3, но это требует огромного количества человеко-часов для настройки и обслуживания сетей. Сети уровня 3 также запрещают прямое внедрение миграции виртуальных машин, что ограничивает гибкость и усилия по снижению энергопотребления и затрат в центре обработки данных.
«Наша цель - позволить операторам центров обработки данных управлять своей сетью как единой структурой, - сказал Вахдат, руководитель Центра сетевых систем Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Мы работаем над созданием сети, которую администраторы смогут представить как один массивный коммутатор на 100 000 портов, беспрепятственно обслуживающий более миллиона виртуальных конечных точек».
Распознавание местоположения
Одним из ключевых нововведений PortLand является протокол определения местоположения, открывающий возможности масштабируемой сети уровня 2. Коммутаторы автоматически определяют свое местоположение в топологии центра обработки данных без вмешательства человека. Затем эти коммутаторы назначают «псевдо-MAC»-адреса (PMAC) каждому из серверов, к которым они подключаются. Эти адреса PMAC, а не MAC-адреса, используются внутри сети для пересылки пакетов.
В сетях с PortLand поведение сервера остается прежним. Когда сервер хочет связаться с сервером на другой стороне центра обработки данных, этот первый сервер по-прежнему отправляет «ARP», который является запросом MAC-адреса компьютера, с которым он хочет связаться, на основе его Айпи адрес.
Но теперь, вместо широковещательной рассылки этого запроса по всей сети, коммутатор, получивший ARP, взаимодействует со службой каталогов, которая возвращает адрес PMAC, а не традиционный MAC-адрес.
"Мы заменили широковещательную рассылку поиском сервера. И мы переадресовываем на основе адресов PMAC, а не MAC-адресов. На последнем переходе, выходном переходе, коммутатор перезаписывает PMAC, чтобы он был его фактическим MAC-адресом, " сказал Вахдат, действующий председатель Международной корпорации научных приложений (SAIC) в инженерной школе Джейкобса. «По сути, мы прозрачно используем встроенную иерархию сетей центров обработки данных».
При добавлении новых машин или перемещении виртуальных машин новые адреса PMAC генерируются автоматически.
"Важно то, что все переключатели готовы к использованию - немодифицированный "торговый кремний"," сказал Вахдат.
Я думаю, что PortLand будет полезен в реальном мире. Цель состоит в том, чтобы создать сетевую структуру, которая позволит вам купить любой сервер или коммутатор, подключить его и заставить его просто работать», - сказала Радхика Ниранджан Майсор, аспирантка компьютерных наук Калифорнийского университета в Сан-Диего и первый автор статьи SIGCOMM. Майсур представил эту работу на SIGCOMM 2009 в Барселоне, Испания, 18 августа 2009 г.
Полный прототип PortLand в настоящее время работает в сети Департамента компьютерных наук и инженерии Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего.
«Студенты получают хорошую работу и проходят стажировку благодаря этому проекту, потому что у них есть навыки работы с сетями центров обработки данных. Компании ищут этот набор навыков», - сказал Вахдат.
Доклад «PortLand: масштабируемая отказоустойчивая сетевая структура центра обработки данных уровня 2», подготовленный Радхикой Ниранджан Майсор, Андреасом Памборисом, Натаном Фаррингтоном, Нельсоном Хуангом, Пардис Мири, Сивасанкаром Радхакришнаном, Викрамом Субраманья и Амином Вахдатом из Департамент компьютерных наук и инженерии Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего был представлен на SIGCOMM'09, 17-21 августа 2009 г., в Барселоне, Испания.