Mapa de ruta tecno: no perder de vista el dispositivo I/O virtual
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Los servidores multinúcleo permiten que las organizaciones conjunten 20 ó más servidores de producción en cada servidor host virtual, ahorrando de paso espacio, luz y recursos de personal, pero proporcionar a estos servidores suficiente ancho de banda para el dispositivo I/O se ha convertido en el gran quebradero de cabeza de muchos centros de datos.
Algunos expertos recomiendan conexiones de gigabit Ethernet para cada núcleo de procesador del host con el fin de garantizar suficiente ancho de banda, conexiones dedicadas para gestión y migración a máquinas virtuales, más conexiones adicionales de canal de fibra o de gigabit Ethernet para almacenamiento, todo lo cual redunda en una extensión en cables y puertos para switches.
Los principales fabricantes, lo mismo que muchos proveedores de canal de fibra, proponen como solución 10-Gbps Ethernet mejorada con canal de fibra sobre Ethernet (Fibre Channel over Ethernet o FCoE). En efecto, 10-Gbps Ethernet soluciona lo referente al ancho de banda y los adaptadores convergentes de FCoE pueden manejar el lado del almacenamiento de la ecuación. Sin embargo, no se han ratificado los estándares, tanto para FCoE, como para Date Center Bridging (nombre que le ha dado el IEEE para las mejoras en Ethernet que la FCoE requiere).
Otros fabricantes han propuesto soluciones para el problema de las entradas y salidas (I/O) de los servidores virtuales que podrían ser más ahorrativas y flexibles. Estos sistemas crean múltiples adaptadores ‘conscientes de la virtualidad’ (tarjetas de interfaz de redes virtuales y adaptadores de buses de host [HBA] virtuales), asignados a las máquinas virtuales. A medida que éstas migran de host a host, la tarjetas de interfaz de red o NIC virtuales y los buses HBA, también virtuales, dejan que mantengan su dirección MAC o World Wide Name, aliviando algunos problemas de seguridad de las redes y de zonificación de las máquinas virtuales.
Soporte para la calidad de servicio de los dispositivos I/O conscientes de la virtualidad significa que los NIC y HBA que soportan aplicaciones críticas o sensibles a la latencia pueden usar ancho de banda reservado y asumir una prioridad más alta que los usuarios que navegan por Facebook, mientras comparten una sola conexión física.
A InfiniBand y más allá
La primera alternativa frente a FCoE, que defienden los fabricantes de InfiniBand, Voltaire y Mellanox, conecta los servidores a switches InfiniBand y usan puentes InfiniBand-a-Ethernet y canales de fibra para conectarse con los recursos LAN o SAN de un centro de datos.
InfiniBand se conoce como la interconexión de alta velocidad (hasta 40.Gbps), sin pérdida y baja latencia, que está en el meollo de la mayoría de los clústers de computación de alto desempeño. Sus defensores la promueven como la ‘navaja suiza multiusos’ de las redes, buena para acceso remoto directo a la memoria (RDMA) en la computación de alto desempeño, para transporte IP e incluso para conexiones de almacenamiento en las aplicaciones. Por el lado de las ventajas, las soluciones de InfiniBand aportan de dos a cuatro veces más ancho de banda, de incluso 10 Gbps Ethernet, para funciones I/O de servidor a servidor, como la migración a máquinas virtuales.
Voltaire tiene una tarjeta de línea de 10-Gbps Ethernet/InfiniBand con dos puertos para 10 Gpbs Ethernet y 22 puertos para 10/20-Gbps InfiniBand para sus switches Grid Director 2004 y 2012. El host puede usar un controlador IP-sobre-InfiniBand, al tiempo que el switch de InfiniBand proporciona puenteo de Capa 2, y ruteo de Capa 3 y 4 a los puertos de Ethernet para redes de datos. Para acceso al almacenamiento, Voltaire tiene un ruteador de almacenamiento con dos puertos para InfiniBand de 10/20 Gbps y cuatro puertos de canal de fibra de 4-Gbps. Los hosts usan iSCSI o iSER (extensions de iSCSI para RDMA) y el ruteador mapea los objetivos iSCSI hacia los números de unidades lógicas de canal de fibra.
A primera vista, el BridgeX (de Mellanox) es muy parecido al enfoque de Voltaire, con una aplicación puente que tiene cuatro puertos para InfiniBand de 40 Gbps que dan a los servidores y 16 puertos de canal de fibra de 8 Gbps ó 12 puertos 10-Gbps Ethernet que dan a las redes y/o al almacenamiento. Las tarjetas ConnectX (Mellanox) tienen dos personalidades, de modo que cada puerto puede actuar o bien como un HBA de InfiniBand de 40 Gbps, igual que la solución de Voltaire, o como un puerto para 10-Gbps Ethernet.
BridgeX es un sistema sin estado, es decir, que cada transacción es independiente y no está relacionada con la anterior, donde la red de Mellanox y el driver de almacenameinto encapsulan paquetes de Protocolo de canal de fibra (FCP) o de Ethernet dentro de los paquetes de InfniBand. Cuando un sistema basado en iSCSI requiere terminar una sesión de IP, desenvolver el IP de los datos SCSI y envolverlos en FCP, BridgeX tiene que desprenderse del envolvedor de InfiniBand.
ConnectX es también una tarjeta de 10 Gbps, así que el servidor puede aprovechar los drivers de almacenamiento de FCoE (Mellanox) para conectarse a un switch FCoE, como Nexus 5000 (Cisco) u 8000 (Brocade), o usar el BridgeX (Mellanox) para dirigir el tráfico FCoE hacia el switch del canal de fibra. Cuando se usa de esta manera, BridgeX emula los N-Ports ,puertos de nodos que conectan los puertos del equipo al ‘tejido’ o infraestructura de interconexión, al switch de canal de fibra, dando la impresión de ser una serie de HBA de canal de fibra. Sin embargo, a diferencia de un switch FCoE, BridgeX no proporciona un nombre u otros servicios del tejido.
Mientras que Xsigo usa InfniBand, su solución I/O Director no es un puente InfiniBand-a-Ethernet y canal de fibra, sino que usa InfiniBand como medio de conexión a gigabit Ethernet y a 10-Gbps Ethernet y a los módulos de canal de fibra del I/O Director. Los sistemas host se conectan con los 24 puertos InfiniBand de 20 Gbps, pero en vez de usar drivers iSER u otra InfiniBand, usan drivers de Ethernet para los puertos Ethernet. Debido a que los módulos de canal de fibra usan silicio de la compañía QLogic, el SANsurver y los drivers de canal de fibra de esta empresa también permiten que las administraciones manejen HBA virtuales con herramientas de gestión SAN.
La solución I/O Director tiene 15 ranuras para canal de fibra de 4 Gbps de dos puertos, gigabit Ethernet de cuatro puertos y módulos de 10-Gbps Ethernet. Las organizaciones que requieren densidades ‘servidor a I/O’ más altas pueden usar switches InfiniBand entre servidores y el I/O Director para conectar centenares de servidores a un solo I/O Director.
Apostar contra Ethernet ha sido, históricamente, una buena manera de perder dinero -ver, por ejemplo, Token Ring, la arquitectura de red de IBM de los años 70 caída en desuso debido a la difusión de Ethernet, y ATM LAN-, así que los tres fabricantes que usan InfiniBand como parte de sus productos integran 10-Gbp Ethernet en sus portafolios. El mapa de ruta de Mellanox es bastante claro: Voltaire se apalanca en su pericia en InfiniBand para construir alto conteo de puertos, switches de 10 Gbps de baja latencia, mientras que Xsigo ha señalado que una futura versión del I/O Director usará 10-Gbps Ethernet, en vez de InfiniBand.
Máquinas de ranuras
Otro grupo de fabricantes, encabezados por NextIO y con recién llegados como Aprius y VirtenSys, prometen productos que extenderán las ranuras para PCIe (PCI Express) del servidor mediante un switch a un chasis I/O externo que contendrá otras ranuras para PCIe. Conceptualmente muy parecido al estándar de virtualización MR-IOV (Multiple Root-IO Virtualization) del consorcio PCI SIG, pero sin la necesidad de tarjetas I/O para tener soporte MR-IOV, estos sistemas usan una barata tarjeta de extensión de PCIe sin estado (de unos $200 dólares frente a los $1,500 de un adaptador de redes convergidas), de modo que los servidores usan drivers de dispositivos I/O sin modificar.
Las soluciones basadas en PCIe pueden compartir tarjetas compatibles con cualquier SR-IOV que asignen sus interfaces virtuales a hosts como dispositivos virtuales; las tarjetas que no soportan IOV son asignadas a un solo host, permitiendo que el video, la adquisición de datos, así como otras tarjetas especializadas sean compartidas entre múltiples hosts, aunque secuencialmente. Los tres fabricantes tienen bahías para unidades (drive bays) en su chasis de expansión I/O. Esto les permite crear un pool de almacenamiento compartido, anexado directamente, que asigna drives lógicos desde un controlador SR-IOV RAID (en el chasis) hasta los hosts, que los servidores sin discos pueden usar para arranque, o hasta otro almacenamiento local, a costo inferior al de un arranque de SAN.
El I/O virtual puede producir su mayor impacto en el mercado de los servidores blade, donde un número más reducido de canales I/O contribuya a que los fabricantes aumenten la densidad de los servidores. Se empiezan a formar alianzas, donde IBM integra tecnología NextIO en su BladeCenter HT, y Dell revende la solución I/O Director de Xsigo.
Como solución temporal hasta que FCoE domine en el mundo, un punto de consolidación de bajo costo entre servidores y switches FCoE ‘fin de hilera’ o una solución a largo plazo, vale la pena que los más aventurados le echen un vistazo a I/O virtual. Por otro lado, quienes usan nuevas tecnologías sin soporte de un gran fabricante siempre corren el riesgo de que su sistema de I/O virtual al cabo de unos meses sea un nuevo Token Ring.
Howard Mark es científico en jefe de la consultora Networks Are Our Lives.
