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Supported by: www.efficientdacenter.org Project consortium: Module 5 Netzwerk Equipment Technischer und operativer Rahmen.

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Präsentation zum Thema: "Supported by: www.efficientdacenter.org Project consortium: Module 5 Netzwerk Equipment Technischer und operativer Rahmen."—  Präsentation transkript:

1 Supported by: Project consortium: Module 5 Netzwerk Equipment Technischer und operativer Rahmen

2 Supported by: 2 Ausgangssituation Netzwerk Equipment und Energiebedarf Netzwerke in Rechenzentren: verursachen ca. 8% bis 12 % des Energiebedarfs der IT-Ausstattung werden generell über lange Zeiträume eingesetzt (4-7 Jahre) sind ein potent. Flaschenhals für die Gesamtleistung & Energieeffizienz

3 Supported by: 3 Netzwerk Attribute Kundenanforderungen Grundlegende Leistungsparameter: Hohe Bandbreite, geringe Latenzzeit (Auswahl der Netzwerktechnologie) Skalierbarkeit und Agilität (Netzwerkarchitektur und -management) Flexibilität zur Unterstützung div. Services (Konsolidierung, Anforderungen bestehender Systeme) Sicherheit (zunehmende Bedeutung und beeinflusst den Overhead) Hohe Verfügbarkeit und Redundanz (QoS-Anforderungen) Verwaltbarkeit und Transparenz (wird durch Virtualisierungslösungen unterstützt) Langfristige Rentabilität Kostenoptimierung (CAPEX und OPEX reduzieren)

4 Supported by: 4 technische PerformanceEnergie Performance Verbesserungsziel Die richtige Balance finden hoch gering Balance zwischen technischer Performance und Energiebedarf

5 Supported by: 5 Rechenzentren Netzwerke Funktionales Model

6 Supported by: 6 Rechenzentren Netzwerke Basis Netzwerkarchitektur & Komponenten

7 Supported by: 7 Netzwerk Energieprofil Einflussfaktoren für die Energieprofil des Netzwerkes: Netzwerkarchitektur (Technologie, Anzahl der Layer, Attribute) Netzwerktopologie (inklusive Verkabelung und Switchtopologie) Gerätespezifikationen (Komponenten, Funktionen und Konfigurationen) Virtualisierung, lastadaptives Management (geeignete Standards und Protokolle)

8 Supported by: 8 Verbesserungsstratgie und Ziele Die drei grundlegenden Verbesserungsziele: Verringerung der physischen Komponenten (Geräteanzahl): Verringerung der Leistungsaufnahme der entsprechenden Geräte Systemoptimierung auf Rack- und Raumebene

9 Supported by: 9 Verringerung der physischen Komponenten Verringerung der physischen Komponenten (Geräteanzahl): Router-, Switch-, Portkonsolidierung (Virtualisierung, Multifunktionalität, Dienste) Weniger Netzwerklayer durch all-IP Technologien (z.B. FCoE) Erstellen einer einheitlichen Netzwerkstruktur Einführung der aktuellen Breitbandtechnologie (10/40Gbit/s)

10 Supported by: 10 Netzwerk-Virtualisierung System-Virtualisierung inkl. des Netzwerkes bedeutet: Virtuelle Router (Software mit Routingfunktionalität, mehrere Systeme auf einer realen Maschine) Virtuelle Links (logische Verbindungen der virtuellen Router) Virtuelle Netzwerke (virtuelle Router verbunden durch virtuelle Links) Vorteile der Netzwerk-Virtualisierung Managementschnittstellen sind flexibler Reduzierte Anschaffungskosten durch Softwareeinsatz Verbesserte Leistung der Anwendungen durch vereinfachte Diensterweiterung und -zuordnung Potentiell verringerter Stromverbrauch durch Gerätekonsolidierung

11 Supported by: 11 Netzwerk-Virtualisierung Best Practice Netzwerk-Virtualisierung in Verbindung mit Konsolidierung Router: Verringerung der physischen Router um über 50% verringerter Energiebedarf um annährend 60% Firewall: Zentralisierte Firewalls basierend auf logischen Netzwerkstrukturen reduzieren den Firewall bezogenen Energiebedarf auf bis zu 60% klassischer Aufbau Untrusted Network zentralisierte Firewalls mit VMs Untrusted Network VM

12 Supported by: 12 Konsolidierung auf der Geräteebene Zusammenbringen der “traffic classes” Technologieimplementierung für hohe Bandbreite / Geschwindigkeit und “converged Network Adapter” (CAN) führt zu: Reduzierung von Netzwerkgeräten, Verkabelung und Gateways Darus resultiert ein geringerer Gesamtenergiebedarf

13 Supported by: 13 Initial Situation: Two separate network technologies with respective hardware (switches) Verbesserung: einheitliche Netzwerktechnologie (IP-basierend) mit reduzierter Hardware (Switch) LAN und SAN Konsolidireung Einheitliche Protokolle

14 Supported by: 14 Ausgangssituation: Klassisches SAN (FC or IB) Packetverlust möglich hoher Overhead  Geringe Übertragungseffizienz Verlustfrei kleiner Overhead  Hohe Übertragungseffizienz

15 Supported by: 15 Verbesserungsoption: Netzwerkkonsolidierung (IP-basiert) IP-based (Ethernet)

16 Supported by: 16 Vollständig konsolidierte Netzwerkarchitektur

17 Supported by: 17 Leistungsaufnahme der Geräte Verringerung des Stromverbrauchs der Netzwerkgeräte durch: Durchschnittlichen Stromverbrauch (Moore`s law) Power Management (derzeit noch nicht verfügbar) Netzteil (Effizienz, Redundanz) Passive und aktive Kühlung (Kupfer-Kühlkörper, regelbare Lüfterdrehzahl)

18 Supported by: 18  Positive Effekte hoher Techologiedynamik  Mikro/Nanoelektronik (Moore), Kommunikationstechnik (Shannon), …  Aber: Kosten und echnology gaps  Implementierung geeigneter Schnittstellen (AVT/MST), wertvolle (selten) Materialen… Moores Law

19 Supported by: 19 3Com Switch 4800G 48-Port 3Com Switch 4800G 24-Port 2x uplinks and 1x 10G XFP transceiver Vergleich von 3Com Switch 4800G 24/48-Port Energieprofil Geräteauswahl Switchtopologie und geeignete Dimensionierung

20 Supported by: 20 Ausstattung:   8 W pro 10GE Schnittstelle,   Geringer Stromverbrauch für 10GE   Verbessterte Kühlungseffizienz mit regelbarer Lüfterdrehzahl (die Drehzahl wird automatisch an die bestehenden Bedingungen angepasst) Offenlegung von Informationen Produktbeschaffung(Energieffizienz) Juniper Switch-EX4500 Quelle: Juniper 2011

21 Supported by: 21 Netzteileffizienz   Ausgangssituation: –Viele Netzteile in installierten Netzwerkgeräten haben eine potent. Effizienz von unter 80% –Netzteile mit einer Energieeffizienz von über 90% bereits am Markt verfügbar   Energy Star und 80 Plus –Energy Star für Servernetzteile setzt bereits Effizienzanforderungen von 90% –80 Plus Programm hat noch höhere Anforderungen –Empfehlung für 80 Plus Gold / Plantinum   Effekte –Reduzierter Stromverbrauch –Geringerer Kühlungsaufwand –Absenkung der TCO

22 Supported by: 22 Power Management Energy Efficient Ethernet Abschalten von Ethernet Transceivers (PHYs) in Zeiten mit geringen Datenaufkommen Vergleichbar mit Wake-on-LAN Konzept 1000BASE-T und 10GBASE-T Transceiver neue LPI Modes wurden definiert Hauptmerkmale: Abschalten der Transmitter und drei von vier Rreceivern Aufnahme eines Refresh-Zyklus Definition eines Alarmsignals für schnelle Reaktivierung Aktuell noch nicht für Netzwerkgeräte für Rechenzentren verfügbar

23 Supported by: 23 Best Practice EE Netzwerkgerätevergleich Source: (Lippis 2011) better

24 Supported by: 24 Systemoptimierung auf Rack- und Raumebene Switchtopologie (ToR, EoR) geeignete Verkabelung (Luftstrom, Kabelart, Schnittstelle) Position im Rack (Kühlungskonzept) Virtualisierung und Steuerung

25 Supported by: 25 End-of-Row Switchtopologie optimale Ressourcenausnutzung

26 Supported by: 26 Top-of-Rack Switchtopologie optimale Ressourcenausnutzung

27 Supported by: 27 Geeignete Verkabelung Verbesserung v. Luftstrom und Kühlung

28 Supported by: 28 Verkabelung Kupfer Kupfer twisted pair: Geringe Kosten: im Vergleich zu Glasfaserlösungen Begrenzte Reichweite: z.B. geeignete Entfernung für 10GE sind ca. 10m Geringer Strombedarf: z.B. 10GE “small form factor pluggable (SFP) nur 0.1W (auf 10m) 10GbE Kupferkabel PHY aktuell ca. 10W pro Port Weniger robust: z.B. Kabel kann während der Installation einfacher brechen als vergleichbares Glasfaserkabel)

29 Supported by: 29 Verkabelung Glasfaserleiter Glasfaserleiter: Hoher OpEx : aktive Komponenten (Photonik) Hohe Performanz: Geschwindigkeit, Bandbreite über lange Distanzen (300m) Energieverbrauch: mit 10GbE Port benötigen Glasfaserleiter 1-2W Sehr robust: unter Berücksichtigung von Isolation, Biegeradius und entsprechenden Netzwerkgeräten Besonders geeignet für Core-Switching-Netz, während Kupfer die erste Wahl für Serververbindungen mit TOR-Switchen ist.

30 Supported by: 30 Verkabelung Vergleich von Glasfaser und Kupfer 10 GbE Medien Glasfaser (SR/LRM) Kupfer(Base-T) Stromverbrauch (PHY + Adapter) Watt Watt Entfernung300 m100 m Zukünftige Datenraten Gb/sec10 Gb/sec Dichte pro Rackeinheit3224 Kabeldichte10%100%

31 Supported by: 31 Optimierungsprozess Schritt-für-Schritt Maßnahmen: Auswahl von Verbesserungszielen (bedarfsgerecht, konvergiert und intelligent) Planung der Netzwerkarchitektur (Technologie) Beschaffung energieeffizienter Geräte (Power Management) Umsetzen geeigneter Verkabelung (Einfluss auf Luftdurchsatz und Kühlung) Lastausgleich und Virtualisierung

32 Supported by: 32 Optimierungsprozess Auswahl von Verbesserungszielen Tasks: Messen/Monitoren der spezifischen Leistungsaufnahme (Vorraussetzung): Individuelle Komponenten Entsprechende thermische und technische Parameter (Luftdurchsatz, Temperatur, Lüfterdrehzahl) Definition von Zielvorgaben: Energieefficienz (TEER/ECR) Power Management (Anmerkung: noch nicht verfügbar, Langzeitziel) Schwellwerttemperatur (z.B. Grenzbereich entsprechend ASHRAE)

33 Supported by: 33 Optimierungsprozess Planung der Netzwerkarchitektur Tasks: Festlegen vorrangiger Zielparameter für: Technische Performanz (hohe Bedeutung für Interoperabilität, Einbindung bestehender Technik) Energie (eco) Performanz Übertragung der Leistungsparameter in produktorientierte technische Spezifikationen: An diesem Punkt muss die Entscheidung für die grundlegende Netzwerktechnologie der individuellen Netzwerke geroffen werden (LAN, SAN, Access) Art, Anzahl der Netzwerkports Datendurchsatz Funktionalität und zusätzliche Dienste (Virtualisierung und Steuerung)

34 Supported by: 34 Optimierungsprozess Beschaffung effizienter Geräte Tasks: Marktanalyse entsprechend der indentifizierten Spezifikationen Öffentliche Beschaffungsrichtlinien Beratung Anforderung energiebezogener Test-/Benchmarkdaten (TEER) Vergleich verschiedener Angebote (existieren Guides für Auswahlprozesse)

35 Supported by: 35 Ausblick Spezifische “Best-Practice-Beispiele” (reale Daten/praktische Fälle) Beispiele für Reduzierung der Hardware (Virtualisierung) Netzwerk Power Management (Standby und geringer idle) Weiterentwicklungen nach dem Stand der Technik (vollständig optisch, Tunnel Konzepte) Klassifizierung der Verbesserungsoptionen

36 Supported by: 36 Weitere Literaturempfehlungen White papers Online Publikationen Etc

37 Supported by: 37 Weitere Literaturempfehlungen  Energy Consumption Rating Initiative –www.ecrinitiative.orgwww.ecrinitiative.org  Cisco Efficiency Assurance Program –www.cisco.com/assets/cdc_content_ elements/flash/dataCenter/eapwww.cisco.com/assets/cdc_content_ elements/flash/dataCenter/eap  IBM, Network solutions –http://www-03.ibm.com/systems/networking/http://www-03.ibm.com/systems/networking/  Energy Proportional Datacenter Networks Abts D.et al. (2010), Proceedings of the International Symposium on Computer Architecture, Saint-Malo –http://static.googleusercontent.com/external_content/untrusted_dlcp/research.go ogle.com/de//pubs/archive/36462.pdfhttp://static.googleusercontent.com/external_content/untrusted_dlcp/research.go ogle.com/de//pubs/archive/36462.pdf

38 Supported by: 38 Weitere Literaturempfehlungen  Government Data Center Network Reference Architecture, Using a High-Performance Network Backbone to Meet the Requirements of the Modern Government Data Center, Juniper (2010) –http://www.buynetscreen.com/us /en/local/pdf/reference-architectures/ en.pdfhttp://www.buynetscreen.com/us /en/local/pdf/reference-architectures/ en.pdf  ElasticTree: Saving Energy in Data Center Networks Heller B. et al. (2010) –http://www.usenix.org/event/nsdi10/tech/full_papers/heller.pdfhttp://www.usenix.org/event/nsdi10/tech/full_papers/heller.pdf


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