Các công ty Internet như Google, Microsoft, Amazon và Alibaba đã xây dựng các trung tâm dữ liệu khổng lồ, mỗi trung tâm chứa hàng chục đến hàng trăm nghìn máy chủ. Các trung tâm dữ liệu khơng chỉ được kết nối với Internet mà cịn bao gồm bên trong các mạng máy tính phức tạp, được gọi là mạng trung tâm dữ liệu, kết nối các máy chủ nội bộ của chúng với nhau. Trong phần này, chúng ta hãy cùng xem một giới thiệu ngắn gọn về mạng trung tâm dữ liệu cho các ứng dụng đám mây.
Trung tâm dữ liệu phục vụ ba mục đích:
- Cung cấp nội dung như trang Web, kết quả tìm kiếm, e-mail hoặc video trực tuyến cho người dung
- Đóng vai trị là cơ sở hạ tầng tính tốn song song hàng loạt cho các tác vụ xử lý dữ liệu cụ thể, chẳng hạn như tính tốn chỉ mục phân tán cho các cơng cụ tìm kiếm.
- Cung cấp điện tốn đám mây cho các cơng ty khác
Thật vậy, xu hướng chính trong lĩnh vực điện tốn ngày nay là các cơng ty sử dụng nhà cung cấp đám mây như Amazon Web Services, Microsoft Azure và Alibaba Cloud để xử lý về cơ bản tất cả các nhu cầu về CNTT của họ.
Nhóm 15
Lớp liên kết dữ liệu và LANS Báo hiệu điều khiển và kết nối
6.1 Kiến trúc trung tâm dữ liệu
Các thiết kế trung tâm dữ liệu được giữ bí mật cơng ty một cách cẩn thận, vì chúng thường cung cấp lợi thế cạnh tranh quan trọng cho các cơng ty điện tốn đám mây hàng đầu. Chi phí cho một trung tâm dữ liệu lớn là rất lớn, trong số các chi phí này:
- 45 phần trăm có thể do chính các vật chủ (cần được thay thế 3–4 năm một lần)
- 25 phần trăm cho cơ sở hạ tầng, bao gồm máy biến áp, hệ thống cung cấp điện liên tục (UPS), máy phát điện khi mất điện lâu dài và hệ thống làm mát
- 15 phần trăm cho chi phí tiện ích điện cho việc rút điện
- 15 phần trăm cho mạng, bao gồm thiết bị mạng (bộ chuyển mạch, bộ định tuyến và bộ cân bằng tải), liên kết bên ngồi và chi phí lưu lượng vận chuyển.
Theo thống kê vừa rồi ta thấy mặc dù mạng khơng phải là chi phí lớn nhất, nhưng đổi mới mạng là chìa khóa để giảm chi phí tổng thể và tối đa hóa hiệu suất.
Các worker bees trong trung tâm dữ liệu là những máy chủ. Các máy chủ trong trung tâm dữ liệu, được gọi là blades, máy chủ bao gồm CPU, bộ nhớ và ổ lưu trữ. Các máy chủ được xếp chồng lên nhau trong các rack, với mỗi rack thường có từ 20 đến 40 blade. Ở trên cùng của mỗi rack, có một switch, được đặt tên là Top of Rack switch (TOR), kết nối các máy chủ trong các rack với nhau và với các switch khác trong trung tâm dữ liệu.
Cụ thể, mỗi máy chủ trong rack có một giao diện mạng kết nối với TOR switch của nó và mỗi TOR switch có thêm các cổng có thể được kết nối với các thiết bị chuyển khác. Ngày nay, các máy chủ thường có kết nối Ethernet 40 Gbps hoặc 100 Gbps của chúng. Mỗi máy chủ lưu trữ cũng được gán địa chỉ IP nội bộ của trung tâm dữ liệu riêng.
Hình 6.1: Mạng trung tâm dữ liệu với cấu trúc liên kết phân cấp
Mạng trung tâm dữ liệu hỗ trợ hai loại lưu lượng: lưu lượng giữa các máy khách bên ngoài và máy chủ nội bộ giữa các máy bên trong. Để xử lý các luồng giữa các máy khách bên ngoài và máy chủ nội bộ, mạng trung tâm dữ liệu bao gồm một hoặc nhiều bộ định tuyến biên giới, kết nối mạng trung tâm dữ liệu với Internet cơng cộng. Do đó, mạng trung
Nhóm 15
tâm dữ liệu kết nối các rack với nhau và kết nối các rack với các bộ định tuyến biên giới. Hình 6.30 cho thấy một ví dụ về mạng trung tâm dữ liệu. Thiết kế mạng trung tâm dữ liệu, nghệ thuật thiết kế mạng liên kết và các giao thức kết nối các rack với nhau và với các bộ định tuyến biên giới, đã trở thành một nhánh quan trọng của nghiên cứu mạng máy tính trong những năm gần đây