Os picos de tráfego sobrecarregarão a rede do seu datacenter? Uma Nota Técnica da Dell

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1 Os picos de tráfego sobrecarregarão a rede do seu datacenter? Uma Nota Técnica da Dell

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3 Índice Uma Nota Técnica da Dell... i Dell... i Picos de tráfego do datacenter...2 Picos de tráfego desastrosos em cascata...3 Picos estranhos de tráfego?...3 Switches velhos com problemas novos...4 Futuro da rede de latência reduzida...5 Figuras Figura 1. Datacenter típico...4 Figura 2. Switch topo de rack Dell Force10 S Página iii

4 Uma das tecnologias de datacenter mais significativas introduzidas nos últimos dez anos é a virtualização. A virtualização, tanto de servidores como de storage, é comumente encontrada nos datacenters de hoje, trazendo mais flexibilidade, maior eficiência e disponibilidade para ambientes computacionais de TI. Ao tentarmos potencializar a virtualização de servidores e storage, precisamos olhar criteriosamente como implantamos a virtualização de rede de forma a implementar um datacenter otimizado. Conforme a tecnologia de virtualização se expande para além dos ambientes de teste e desenvolvimento, onde começou, para os ambientes de produção, os gerentes de TI aprendem sobre o impacto da virtualização na rede. Com a maioria dos servidores virtualizados suportando entre 2 e 10 aplicativos, o perfil do tráfego de rede está mudando. Não apenas o tráfego da rede está aumentando, como o potencial para picos muito grandes de tráfego de rede também tem aumentado. Com cada um destes servidores virtualizados, cada rack hospeda agora de 160 a 400 instâncias de aplicativos. Os gerentes de TI devem levar isso em consideração ao implantarem mais servidores virtualizados nos seus datacenters. Picos de tráfego do datacenter No datacenter, os picos de tráfego são causados quando um número grande de máquinas virtuais passa por um surto de tráfego de rede ao mesmo tempo. No passado, os datacenters não passavam por estes picos de rede porque os servidores físicos, geralmente, eram ineficientes. Os servidores eram muito subutilizados. Entretanto, com a virtualização e a computação em nuvem, os servidores são muito mais aproveitados e estão mais concentrados em poucos locais e, como resultado, o tráfego de rede dos datacenters está mudando. O relatório World Wide Server Forecast 2010 (Previsão mundial de servidores) do IDC mostra que a taxa do crescimento de servidores virtuais é muito superior à de servidores físicos. Antes da virtualização, a maioria dos servidores suportava um único aplicativo. Isto levou a arquiteturas altamente ineficientes, pois os servidores geralmente eram dimensionados para suportar as necessidades do pico dos aplicativos. Era comum para servidores terem um aproveitamento de apenas 10% a 20%. Nos datacenters de hoje, com os gerentes de TI implantando aplicativos em ambientes virtualizados, os servidores suportam vários aplicativos, aumentando drasticamente a eficiência dos servidores, chegando a taxas de 50% a 60%. Com os servidores virtualizados suportando de 4 a 10 aplicativos, um rack de 20 servidores que, no passado, suportaria 20 aplicativos, agora suporta até 200 aplicativos. Uma nova safra de switches está surgindo agora, que oferece desempenho line rate sem bloqueio com vários gigabytes de capacidade de buffer. Como resultado, a capacidade de buffer é autorregulada e os picos de tráfego simplesmente causam o uso de quantidades maiores de buffer. Bala Pitchaikani Vice-Presidente de Product Line Management (Gerenciamento da Linha de Produtos) Página 2

5 Para reiterar, utilizando servidores antigos, picos de tráfego na rede teriam acontecido com dezenas de instâncias de aplicativos em um rack e eles seriam e ainda estão sendo tratados como surtos de rede. No entanto, com servidores de alta densidade mais novos, a divergência na redução do tráfego é causada por até 200 aplicativos em um rack. Quando dados destinados a uma das instâncias dos seus aplicativos são perdidos e eles solicitam uma retransmissão de dados, mais tráfego é colocado sobre a rede, o que poderia impactar em instâncias de outros aplicativos. A ocorrência destes grandes eventos de pico de tráfego é menor do que os picos de tráfego normais. Entretanto, a triste verdade é que eles são reais e, quando acontecem, nos atingem sem aviso. É o efeito em espiral que é criado por uma combinação de tantos fatores que torna a sua ocorrência tão imprevisível. Picos de tráfego desastrosos em cascata Entretanto, as próprias mudanças cumulativas simples que estão sendo realizadas hoje no datacenter para atender aos objetivos das empresas estão tornando isto um problema real para se planejar de forma ativa e realizar a apólice de seguro adequada antes do tempo. Se os datacenters não se planejarem proativamente para picos de tráfego de rede, efeitos desastrosos podem ocorrer. Os picos de tráfego de rede duram segundos ou mesmo um minuto ou dois, o que poderia resultar em um soluço no sistema e a operação do datacenter continua. Entretanto, o efeito em cascata do impacto de um pico de tráfego da rede poderia durar por várias horas e/ou possivelmente impactar as operações da empresa antes de ser notada. A tendência para a computação em nuvem também tem sido um impulsionador para a mudança no perfil do tráfego de rede. Com a computação em nuvem, os aplicativos estão se tornando mais concentrados em um número menor de datacenters. Empresas de hospedagem e portais estão gerenciando datacenters enormes, oferecendo serviços de computação que, no passado, eram suportados pelos departamentos internos de TI. Além disso, os departamentos internos de TI também estão se tornando mais concentrados ao deixarem de ter vários datacenters menores para terem datacenters maiores e em menor quantidade. Com datacenters maiores em menor quantidade, as redes estão com um tráfego maior. A popularidade crescente da virtualização e da computação em nuvem está mudando os perfis do tráfego de rede e, como resultado disso, exigindo que gerentes de TI rearquitetem as redes dos seus datacenters. Picos estranhos de tráfego? As redes de datacenters que suportam os datacenters virtualizados de hoje estão experimentando um tráfego de rede que parece diferente da sua aparência no passado. Com um número maior de aplicativos gerando mais tráfego de rede, não só o volume do tráfego está mais alto, como o perfil do tráfego da rede também está diferente. Conforme o número de aplicativos gerando tráfego de rede aumenta, o resultado agregado é, em sua maioria, um nível de tráfego mais alto, com menos picos e vales, pois os picos e vales de rede de cada aplicativo tendem a anular um ao outro. No entanto, quando uma grande parte dos aplicativos gera um surto de tráfego de rede ao mesmo tempo, ocorrem grandes picos de rede. Estes grandes picos de rede nas densidades crescentes dos servidores de datacenters virtualizados podem resultar em pacotes perdidos e, portanto, um desempenho de rede fraco. Página 3

6 Figura 1. Datacenter típico Switches velhos com problemas novos Para tráfego de rede tradicional, os pacotes perdidos são simplesmente retransmitidos, resultando em um desempenho de rede mais lento. Entretanto, para redes de storage, como é o caso com iscsi, pacotes perdidos poderiam resultar em uma retransmissão do bloco grande de dados, aumentando o estresse sobre a rede. A tendência emergente na direção de consolidar o tráfego de servidor e storage na mesma rede utilizando protocolos como iscsi e Fibre Channel sobre Ethernet (FCoE), torna imperativo que a rede esteja imune à perda de pacotes. Infelizmente, padrões mais completos, como datacenter bridging, estão focados na Ethernet 10 GbE, enquanto a maioria dos datacenters ainda está operando com 1 GbE (apesar de múltiplos links de 1 GbE) dos servidores para a rede. Conforme os datacenters altamente virtualizados começam a mostrar sinais de atividade de picos de tráfego, os arquitetos de TI precisarão se concentrar na infraestrutura de switches para garantir que ela seja capaz de lidar com picos de tráfego significativos. Seria caro modelar o ponto de virada quando um número x de instâncias de aplicativos virtuais sendo executadas em servidores físicos com um número y de núcleos e número z de interfaces 1 GbE fazendo uma solicitação tipo surto da rede em p% do tempo dos tamanhos de blocos de arquivos q de um número r de arquivos ou bancos de dados em um determinado ponto no tempo. Os arquitetos de TI tiveram a sorte de não terem de operar com todas estas variáveis até recentemente e não estavam cientes da imprevisibilidade iminente do tráfego de rede que está esperando para Página 4

7 sobrecarregar o datacenter. A resposta econômica é implementar switches que tenham capacidade de buffer mais do que suficiente para lidar com grandes picos de tráfego. Um switch topo de rack típico de datacenter tem de 8 a 16 megabytes de capacidade de buffer. Quando esta capacidade está sobrecarregada, ocorre perda de pacotes. O conhecimento convencional para evitar a perda de pacotes é de (a) observar formas de sufocar o tráfego, identificando aquelas instâncias de aplicativos violadoras e domá-las ou transferir aqueles aplicativos pesados para um rack/rede à parte, ou (b) jogar mais largura de banda no problema, por exemplo, acrescentando mais outra conexão de 1 GbE ou uma abordagem ainda mais cara, de realizar um upgrade em toda a infraestrutura para 10 GbE, ou (c) assumir a abordagem Cadillac de implementar uma infraestrutura de 10 GbE com placas de rede convergentes e FCoE e outros. Futuro da rede de latência reduzida Entretanto, uma nova safra de switches está surgindo agora, que oferece desempenho line rate sem bloqueio com vários gigabytes de capacidade de buffer. A cada porta é atribuída uma quantidade específica de buffer, mas se aquela capacidade é excedida, a porta pode recorrer dinamicamente um grande pool de memória reserva, se necessário. Como resultado, a capacidade de buffer é autorregulada e os picos de tráfego simplesmente causam o uso de quantidades maiores de buffer. Figura 2. Switch topo de rack Dell Force10 S60 Além disso, já que esta nova safra de switches está disponível para desempenho line rate sem bloqueio de 1 GbE, os arquitetos de TI não precisam realizar um upgrade de sua infraestrutura para 10 GbE prematuramente e protegem seu investimento no datacenter. Como os arquitetos de TI buscam nivelar suas redes, de forma a reduzir a latência dentro de ambientes virtualizados, eles deveriam planejar o descarte de switches legados que possam ser sobrecarregados com picos de tráfego e implementar switches com buffers amplos e ajustáveis dinamicamente, que possam enfrentar o que quer que o servidor e o storage necessitem. Página 5