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1、 白皮书1 统一交换助力节省电力与冷却成本 您可以从中学到什么 在本白皮书中，一名思科客户比较使用基于Cisco Nexus 5000系列交换机的思科统一交换技术对数据中心扩展以支持1650台服务器，与使用独立LAN和SAN设计来实现相同目标在电力和冷却成本方面的差异。通过部署统一交换网络，客户节省41%的电力和冷却成本，每年可节省75,114美元。统一交换网络仅需要三分之一的网络适配器，能够大量减少所需的接入层交换机数量，可释放出能够容纳172台服务器的机柜空间。 概述 统一交换网络的时代已经来临，这为客户构建数据中心网络提供更多的选择。过去，企业在处理每一种流量类型时，需要使用诸如LAN和
2、SAN等技术，以及进程间通信（IPC）机制，建立不同的物理网络。现在，Cisco Nexus 5000系列交换机能够支持在机柜一级进行I/O整合，通过服务器与接入层之间的同一链路传输LAN、SAN和IPC流量，并使用相同的驱动程序软件、管理软件和数据中心最佳实践来支持LAN和SAN。 这一应用说明阐述相比使用独立LAN和SAN设计，在接入层部署统一网络能够实现的电力和冷却成本节省。文章介绍一名思科客户在设计网络以扩展数据中心来支持1650台新服务器时取得的计算结果。在最初的设计方案中，客户计划为每一台服务器配备大量的接口和线缆，以支持多个LAN与SAN连接。在思科展示可作为独立LAN和SAN设
3、计替代方案的统一交换网络之后，客户计算通过在机柜一级进行I/O整合能够实现的电力和冷却成本节省。这些结果显示采用统一交换网络能够带来出色优势。 ? 相比使用独立LAN和SAN设计所需的成本，通过整合网络的接入层和SAN聚合层，客户能够节省41%的电力和冷却成本。以1650台服务器和相关的支持性基础设施为基础进行计算，这即意味着每年可节省高达75,114美元。 ? 统一交换网络仅需要三分之一的网络适配器，不仅能够节省资本和运营开支，同时还可以消除大量潜在的故障点。 ? 统一交换网络在机柜方面仅需要三分之一的线缆和接入端口，将每台服务器的互联数量从9个减少为3个。 通过使用统一交换网络，网络基础设
4、施功耗可降低60,216瓦特。以客户的每台服务器功耗为500瓦进行计算，这些节省能够再支持120台服务器，即现有服务器数量的7.2%。大多数组织都会选择部署更多计算资源，而不是更多网络设备。除了功耗节省之外，迁移到统一交换网络还能够带来更多优势：它可带来万兆以太网具备的全部优势，包括： ? 从千兆以太网迁移到万兆以太网能够将带宽增加10倍。即使使用一个万兆以太网链路来替换多个千兆以太网连接，统一网络仍然能够为未来增长提供充足空间。通过保持快速增长并及时响应不断变化的业务情况，企业可以获得重要战略优势，有效保持其竞争力。 ? 统一交换网络支持“先布线、后使用（wire once, use lat
5、er）”模式。在这一模式下，每一台服务器2白皮书都将采用标准的万兆以太网，之后将根据需要，通过Cisco Nexus 5000系列交换机配置来支持LAN、SAN和IPC协议。用于统一网络的服务器可在以后轻松改变用途，而无须重新对机柜进行部署，或安装新的I/O适配器。 ? 统一交换网络拥有更少的故障点、更少需要维护的网元、以及更低的人为错误几率。所有这些最终可以显著提升可靠性和可用性。 服务器连接要求 一名思科客户计算在数据中心内部署1650台4机柜单元（4RU）服务器所需的成本。最初的计划是部署165个机柜，每个机柜上安装10台服务器。EoR千兆以太网或光纤通道交换机负责提供所需的LAN和SA
6、N连接。 如果使用传统的LAN和SAN架构，客户需要为每一台服务器提供九个数据连接，以实现以下目的（见图1）： ? 两个4Gbps SAN连接，通过两个光纤通道主机总线适配器（HBA）提供；SAN必须能够支持每台服务器1.3Gbps的持续数据速率。 ? 两个针对生产网络的1Gbps以太网连接，通过两个独立的网卡（NIC）提供；这一网络必须能够支持最低达1.2Gbps的持续流量。 ? 两个针对备份网络的1Gbps以太网连接，通过两个NIC提供。 ? 一个针对VMware Service Console的1Gbps以太网连接，用于管理每一台服务器上使用的VMware ESX Server软件；这一
7、连接通过服务器内建的板上局域网（LOM）端口提供。 ? 一个针对VMkernel端口的1 Gbps以太网连接。 ? 一个用于支持服务器“lights-out”（远程）管理功能的10/100-Mbps以太网连接；无论I/O是否统一，这一连接均为必须要求。因此在计算每一种网络设计的电力和冷却成本时，这一端口，以及用于支持该端口的交换机基础设施，被排除在外。 图 1. 图 1. 如果使用传统LAN和SAN架构，每一台服务器将需要九条数据线缆和六个独立接口 111111 个通过 LOM 提供的 10/100 Mbps Lights-Out 管理连接 1 个通过 LOM 提供的 1 Gbps 以太网 V
8、Mkernel 连接2 个通过 NIC 提供的 1 Gbps 以太网生产连接2 个通过 NIC 提供的 1 Gbps 以太网备份连接2 个通过 HBA 提供的 4 Gbps 光纤通道连接 1 个通过 LOM 提供的 1 Gbps 以太网 VMware Service Console 连接 3白皮书本应用说明的以下部分详细比较独立LAN和SAN设计与统一交换网络架构，并计算在电力和冷却成本方面的差异。通过比较两种服务器配置，结论显而易见。随着服务器端口的减少，所需的上游网络基础设施也相应减少。相比千兆以太网，万兆以太网可提供更高的吞吐率和更低的延迟，能够在当今带来卓越性能的同时，为未来增长提供充
9、足空间。线缆、交换机和适配器的减少，将可以使得网络更加可靠，并能够使用“先布线、后使用”的模式进行配置。 传统LAN和SAN模式所需的线缆、NIC和HBA的数量决定其成本和复杂性的居高不下。在这些方案中，必须为每台服务器安装和布置九条线缆。同时，企业还必须为这些服务器配置NIC和HBA，并提供相应的上行交换机端口和容量。如果每一个NIC耗电3瓦特，每一个HBA耗电5瓦特，以1650台服务器为基础计算时，即使是这些低功耗组件的耗电量，也达到36.3千瓦（kW）。 相比之下，基于万兆以太网的统一交换网络能够轻松满足每一台服务器的I/O要求，并在同一网络链路上传输LAN和SAN流量。统一交换网络的服
10、务器端由融合网络适配器（CNA）提供支持。这一适配器能够为服务器操作系统带来一个4 Gbps光纤通道HBA和一个万兆以太网NIC，让统一交换网络成为一个透明的存在。这意味着服务器操作系统可以使用相同的接口和管理软件，同时CNA能够在万兆以太网链路上合并传输两种流量类型。当配置两个单端口CNA用于支持冗余时，每一台服务器也仅需要三条线缆：其中两条用于支持统一交换网络，一条用于支持服务器lights-out管理功能（见图2）。尽管现在的CNA在功耗方面要超过之前引述的独立组件，但本次分析中使用第二代CNA，根据制造商提供的数据其功耗仅为5瓦特。 图2. 图2. 使用统一交换网络（而非独立LAN和S
11、AN设计）仅需要为每台服务器配备三条线缆和两个CAN 独立的局域网和存储域网络架构 传统上，支持各服务器的I/O和网络要求的方法是创建独立的并行局域网和存储域网络。每一个网络均有其各自的接入层、聚合层和核心层，并拥有足够数量的端口和上行带宽来处理各服务器的多条局域网和存储域网络线缆。 11 个通过 LOM 提供的 10/100 Mbps 以太网 Lights-Out 管理连接2 个通过 CNA 提供的 10 Gbps 以太网统一阵列连接4白皮书存储域网络架构 客户提议的存储域网络架构通过2个独立的SAN，可在每一台服务器与5个双端口光纤通道存储阵列之间建立连接（见图3）： ? 每台服务器配有一
12、对4Gbps光纤通道HBA。每个端口使用光纤连接，与每一SAN接入层中的6个第三方光纤通道交换机之一建立连接。一个端口连接到6个SAN A接入层交换机中的一个；另一个端口连接到6个SAN B接入层交换机中的一个。 ? 12个接入层交换机中的每一个交换机通过55条8Gbps光纤通道链路，连接到SAN核心。 ? SAN核心包含4个交换机，每2个支持一个SAN。每个核心交换机通过80个4Gbps光纤通道连接，与客户由五个光纤通道存储阵列组成的集合相连接。 该存储网络支持每服务器端口平均1.55Gbps的持续吞吐率。它需要16个光纤通道交换机和共4280条光纤线缆。 图3. 图3. 提议的独立SAN架
13、构在其接入层和核心层使用16个第三方交换机 局域网架构 提议的局域网架构使用Cisco Catalyst6500系列交换机提供千兆以太网连接吞吐率。每台服务器为生产网络和备份网络分别提供有2块网卡，并使用LOM连接来支持服务器VMkernel和VMware Service Console连接。基础局域网用于支持独立的存储和备份网络： ? 每台服务器的2个生产局域网卡与成对的2个接入层Cisco Catalyst 6500系列交换机中的一个相连接。 ? 每台服务器的VMkernel和VMware Service Console端口与接入层相连接。 ? 每台服务器的2个备份局域网卡与一对备份网络接
14、入层交换机中的一个相连接。 ? 生产网络和备份网络接入层各包含8对互联的Cisco Catalyst 6500系列交换机。 ? 生产局域网聚合层通过一对Cisco Catalyst 6500系列交换机提供支持，这对交换机以对等方式进行互联。这些交换机配有思科ACE应用控制引擎模块，并直接连接到局域网核心。 ? 备份局域网聚合层通过一对Cisco Catalyst 6500系列交换机提供支持，它们与备份设备相连。 1 11 1 1111 1光纤通道存储系统第三方 光纤通道 交换机SAN A 核心到所有阵列的 80 个 4 Gbps 光纤通道第三方 光纤通道 交换机 SAN B 核心SAN A 接
15、入到核心的 55 个 8 Gbps 光纤通道SAN B 接入1 个 4 Gbps 光纤通道， 与 SAN 中的 SAN A 或 SAN B 相连 5白皮书? 服务器Lights-out管理端口与Cisco Catalyst 3750系列交换机相连（未显示）。 接入层和聚合层（不包括Lights-out管理）使用总共34个Cisco Catalyst 6500系列交换机。 图4. 图4. 提议的独立局域网架构分为两个并行网络：一个用于生产，一个用于备份 统一交换网络架构 思科提议的替代架构使用统一交换网络来将所有LAN和SAN流量从服务器传送到接入层中的Cisco Nexus 5020交换机（图
16、5）。统一交换网络通过以太网光纤通道（FCoE）传送光纤通道流量。FCoE采用一种基于标准的直接方法将光纤通道整合在以太网之中。LAN和SAN流量均通过基于以太网标准的通用统一交换网络进行传输。这些标准包括IEEE数据中心桥接，后者定义一组以太网扩展，可增强网络通过同一物理链路传送多个数据流的能力。 1111111 11 核心聚合层备份设备备份聚合备份接入生产接入每台服务器 4 个 1 Gbps 以太网连接，其中两条链 路到生产网络，1 条到服 务器，1 条到应用控制台服务器1Gbps 以太网连接， 将各服务器与 备份接入层相连。 6白皮书图5. 图5. 思科提议的统一网络使用Cisco Nexus 5020交换机来在机柜一级整合I/O，能够使每一台服务器减少6条线缆，也不再需要独立的SAN接入层交换机。 简化的服务器配置 统一交换网络可简化各服务器的I/O配置。6个网卡和HBA被2个单端口CNA所取代，可支持万兆以太网和FCoE连接到接入层交换机。以前每台服务器共需要9条线缆，现在只需3条即可。所有I/O（Ligh
