При обсуждении вариантов виртуализации речь не идет о новых технологиях: виртуализация серверов для систем x86 успешно применяется уже более десяти лет. Опыт виртуализации систем хранения данных еще не так широко распространен, однако в настоящее время доступно множество таких решений. Виртуализация сетей в виде виртуальных локальных (Virtual LAN) или частных (Virtual Private Network, VPN) сетей существует уже многие годы, к тому же поставщики сетевого оборудования предлагают для этого новые разнообразные решения и ищут альтернативные пути. Дальнейшее рассмотрение виртуализированных серверов, систем хранения и сетей призвано продемонстрировать, в какой степени автоматическая коммутация может способствовать объединению этих сред в логичную цельную структуру.

Впервые технология виртуализации была разработана в начале 1960-х годов для больших вычислительных машин компании IBM с целью извлечения из этого дорогостоящего оборудования максимальной практической выгоды. В 80-х и 90-х годах, с распространением готовых стандартизированных серверов, стоимость аппаратного обеспечения значительно сократилась, и стало выгодно предоставлять отдельные серверы для каждого приложения, так что потребность в виртуализации, казалось, была исчерпана. Однако это привело к очень неэффективному использованию серверов: в большинстве случаев они были просто-напросто слишком мощными. Из-за необходимости учета пиков нагрузки и возрастающих требований средняя загруженность серверов не превышала 15%.

 

ВИРТУАЛИЗАЦИЯ СЕРВЕРОВ

В 1999 году компания VMware представила свое решение для виртуализации серверов Windows, позволяющее выполнять несколько приложений на выделенных серверах, благодаря чему коэффициент их загруженности повышался до 80%. Гипервизоры позволяют распределять ресурсы между виртуальными машинами (ВМ), каждая из которых функционирует на сервере как независимая операционная среда. В настоящее время продукты для виртуализации серверов предлагают несколько компаний: кроме VMware в их число входят Citrix, Microsoft, Oracle и Red Hat.

Применение решений для виртуализации значительно сократило число требуемых серверов, а вместе с ним снизилась и потребность в свободных площадях, электроэнергии и охлаждении. Сегодня около 80% всех крупных вычислительных центров прибегают к технологии виртуализации серверов, что позволяет им предоставлять ресурсы по требованию (on the fly) для специфических приложений и способствует развитию таких тенденций, как предоставление программного обеспечения в виде сервиса (Software as a Service, SaaS) и облачные вычисления (Cloud Computing).

Однако виртуализация серверов усложняет администрирование инфраструктуры ИТ: вместо того чтобы управлять несколькими десятками серверов, приходится заниматься сотнями или даже тысячами виртуальных машин. Кроме того, виртуализация рабочих нагрузок (Workload) предполагает виртуализацию не только серверов, но и систем хранения данных и сетей. К тому же мощность гипервизоров постоянно увеличивается, а в результате возрастают требования, связанные с предоставлением и администрированием взаимопроникающих виртуализированных сред.

 

ВИРТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ

Виртуальные серверные среды очень гибки: виртуальные машины существенно облегчают предоставление новых приложений, но для этого необходима столь же гибкая инфраструктура хранения данных. Когда виртуальные машины заменяют собой отдельные серверы, использующие определенные ресурсы хранения, виртуализация памяти становится обязательной, так как позволяет избежать появления неиспользуемых ресурсов на незагруженных серверах хранения данных, многократно повысить их заполнение и тем самым оптимизировать бюджетные затраты.

Виртуализация систем хранения включает в себя такие технологии, как миграция данных, кэширование, создание моментальных снимков (Snapshots) и детализированное предоставление ресурсов (Thin Provisioning). Производители выбирают разные пути, используя собственные продукты — программное обеспечение на базе хостов, системы хранения или сетевое оборудование. При этом виртуализация может осуществляться симметрично (Inband) — посредством кэширования данных напрямую в трафике данных между сервером и системой хранения — или несимметрично (Outband), когда используются метаданные файлов с последующим доступом к файлу непосредственно в месте его сохранения. В обоих случаях формируется гибкий и простой в управлении пул хранения для виртуальных машин и их приложений.

Виртуализация систем хранения данных позволяет осуществлять простую миграцию и репликацию данных между местами хранения, повышая тем самым загруженность модулей хранения, поскольку все серверы могут обращаться за данными к любым системам хранения. Главный недостаток виртуализированного хранения — разнородность решений от различных производителей. Единого общепризнанного отраслевого стандарта до сих пор нет, и это существенно затрудняет переход от одной виртуализированной среды к другой. В результате создать виртуализированную инфраструктуру хранения оказывается гораздо проще, чем впоследствии избавиться от нее.

 

ВИРТУАЛИЗАЦИЯ СЕТИ

Все активнее утверждается тот факт, что виртуализация сети позволяет избежать множества выполняемых вручную рабочих процессов по управлению виртуализированными серверами и системами хранения данных, поэтому удается избежать дополнительных расходов, ошибок и неэффективных процессов. Для поддержки виртуальных сред необходимо перевести сети предприятия от статичных соединений к динамическому управлению ими, что позволяет автоматизировать предоставление данных для виртуальных машин и виртуализированных ресурсов хранения. В настоящее время многие производители предлагают решения, поддерживающие такой функционал.

История виртуализированных сетей такая же давняя, как и виртуализированных серверов. VLAN и VPN позволяют создавать виртуальные сети внутри физической сетевой инфраструктуры и применять различные профили соединений, обеспечения безопасности и качества сервиса (Quality of Service, QoS). В связи с возросшим спросом на более гибкие среды ИТ, теперь приходится обеспечивать и поддержку динамичных серверных сред, что позволяет по мере необходимости создавать соединения внутри инфраструктуры серверов и хранения, настраивать их и снова удалять.

Виртуализация сетей предоставляет новые возможности для повышения степени автоматизации процессов управления соединениями, мерами безопасности и качеством сервиса. Так, при каждом перемещении виртуальной машины необходимо перенести и связанные с ней профили портов и VLAN. Управлением в ЦОД обычно занимаются отдельные группы администраторов, отвечающих за работу серверов, систем хранения и сетей, поэтому для миграции ВМ необходимо, чтобы сетевые администраторы приняли соответствующие директивы по перемещению профилей VLAN и портов. На крупных предприятиях этот этап может занять многие часы или даже дни, и тогда все преимущества динамичной инфраструктуры, достигнутые в результате виртуализации серверов, сводятся на нет. Если состояние сети приходится контролировать вручную, чтобы отслеживать изменения и предпринимать необходимые меры для миграции профилей портов и VLAN, то это добавляет работы сетевым администраторам, и без того сильно загруженным. Короче говоря, достижение основной цели предприятия — с меньшими усилиями получить большие результаты — предполагает создание динамичной виртуализированной сети. Для всего остального требуется больше времени, а значит, и денег.

Виртуализированная среда повышает требования к сетевой инфраструктуре, создает дополнительный трафик в сети и приводит к значительным колебаниям сетевой нагрузки (см. Рисунок 1). Это означает, что сеть должна быть рассчитана на большие мощности, чтобы справляться со значительными пиками и спадами нагрузки (необходимо увеличение буферов коммутаторов). Кроме того, необходимо максимально автоматизировать управление сетью, чтобы не тормозились процессы динамических изменений на серверах и ресурсах хранения.

 

Рисунок 1. Несмотря на наличие множества виртуальных машин, администратор должен контролировать загруженность инфраструктуры в виртуальной сети.

 

Выступая как промежуточное звено между виртуализированными серверами и системами хранения, сеть должна распознавать различные технологии их виртуализации, то есть нужна поддержка максимального количества разновидностей гипервизоров различных производителей, разнообразных специфических инструментов управления для виртуальных сред, а также общепризнанных отраслевых стандартов для сетей. Иначе можно попасть в зависимость от отдельных производителей или архитектур.

Внедрение автоматизированного динамичного сетевого уровня в ЦОД — достаточно новая идея, но многие производители ее уже подхватили и предлагают автоматизированные коммутаторы для ее практической реализации. Автоматизированные коммутаторы способны по мере необходимости предоставлять профили VLAN и портов в нужных местах назначения и информировать администраторов о возникающих при этом проблемах (см. Рисунок 2). Кроме того, они выполняют множество других задач в виртуализированных средах серверов и систем хранения, с которыми пришлось бы справляться сетевым администраторам.

 

Рисунок 2. При миграции виртуальной машины с одного физического сервера на другой коммутатор должен автоматически осуществлять миграцию VLAN и профилей портов.

 

ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ МЕРЫ

Внедрение технологий виртуализации подразумевает необходимость организационных изменений. Традиционно на предприятиях существуют отдельные команды администраторов для управления серверами, системами хранения и сетями. Каждая из них отвечает за свою часть инфраструктуры ИТ, а взаимодействие между ними обычно сводится к минимуму. Такая модель оправдывала себя, когда инфраструктура ИТ с ее четко определенными интерфейсами между серверами, системами хранения данных и сетями представляла собой статичное образование.

С появлением виртуализации требования меняются. Миграция виртуальных машин с одного сервера на другой оказывает влияние не только на серверную среду, но и на «привязку» хранения и сетевых ресурсов. Традиционная модель управления ИТ предусматривает, что серверный администратор передает администраторам систем хранения и сетей указания по внесению изменений. Однако в виртуализированной среде перенос ВМ должен осуществляться быстро, что подразумевает интеграцию серверов, памяти и сетей, а также автоматизацию процессов управления.

Вместе с виртуализацией распространились и новые технологии, затрудняющие управление. К примеру, многие гипервизоры включают в себя так называемые виртуальные коммутаторы (Vswitch).

Виртуальными коммутаторами обычно управляют администраторы сетевой среды посредством управляющей консоли гипервизора, поэтому управление виртуальной частью сети выполняет администратор виртуальной инфраструктуры, в то время как физическая часть входит в зону ответственности сетевого администратора. Такое распределение обязанностей приводит к появлению противоречий в сетевых правилах и неизбежному возникновению проблем с обеспечением безопасности и производительности. Определенную помощь могут оказать стандарты вроде Ethernet Virtual Bridging (EVB), но к настоящему времени их разработка еще не завершена и широкого распространения они не получили, так что пока администраторам приходится самостоятельно решать вопросы о распределении обязанностей при управлении виртуальными сетями.

 

КРАТКОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Путь к динамичным виртуальным ЦОД весьма тернист. Он ставит множество вопросов организационного характера и заставляет администраторов разбираться с новыми технологиями. Однако имеет смысл пройти этот путь до конца, ведь гибкий ЦОД будущего будет существенно проще в управлении и лучше выполнять требования конечных пользователей, чем статичные вычислительные центры. Успешному завершению этой эволюции способствует автоматизация сетевых задач, обеспечивающая моментальное осуществление изменений. Тогда сеть станет такой же виртуальной и динамичной, как установленные в ней серверы и системы хранения данных.

Кен Вон — директор по маркетингу в компании Force10 Networks.