數(shù)據(jù)中心中結構化布線能助力企業(yè)從大流行中脫穎而出
數(shù)十年來，在新興技術和不斷增長的數(shù)據(jù)的推動下，數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展對數(shù)據(jù)中心基礎設施提出了巨大的要求。研究表明，2010年至2019年間，數(shù)據(jù)中心的空間和容量增加一倍。預計在接下來的十年中，COVID-19大流行將繼續(xù)推動這一增加趨勢，其正在改變人們的生活和工作方式以及世界開展業(yè)務的方式，從而進一步推動了數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。數(shù)據(jù)中心需要快速增加容量以支持遠程IT功能、更多的電子商務、增加的視頻流和游戲，以及對諸如遠程醫(yī)療、遠程學習和在線協(xié)作等應用的更大需求。而且，他們正致力于低延遲連接。
超大規(guī)模和大型云數(shù)據(jù)中心往往是塑造行業(yè)的早期采用者，其實踐最終成為數(shù)據(jù)中心設計和部署的標準。這些空間中當前的連接趨勢正在支持對新興技術的響應，以及在不斷發(fā)展的數(shù)字經(jīng)濟和COVID-19世界中對高速、低延遲性能的需求，以快速、經(jīng)濟高效地增加容量的需求。
隨著企業(yè)業(yè)務由于各種挑戰(zhàn)而重新評估公共云，并開始意識到具有成本效益的超融合基礎設施技術的好處，這些技術正變得越來越主流，從而使其能夠模仿超大規(guī)模產(chǎn)品，因此他們需要采用正確的架構、部署拓撲和組件。當他們這樣做時，從點對點布線轉移到永久的、靈活的和基于標準的結構化布線最佳實踐是可以理解的。
新標準聚焦低延遲連接
新興的物聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IoT/IIoT）和支持5G的技術如無人駕駛汽車、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實、人工智能（AI）、機器對機器（M2M）通信和高級數(shù)據(jù)分析等，由于已經(jīng)為數(shù)據(jù)中心的發(fā)展提供了動力，因此COVID-19大流行使人們更加需要減少等待時間（即，傳輸和處理數(shù)據(jù)所花費的時間）。
低延遲連接已成為外界和數(shù)字就緒的紐帶，這可以通過互聯(lián)網(wǎng)使用的顯著增加以及視頻流、電子商務和在線游戲的激增來證明，這使得Netflix和YouTube降低了視頻質量，亞馬遜網(wǎng)絡服務（AWS）提高了容量，Microsoft Azure全天候工作以部署新服務器。
同時，公共部門和私營部門的企業(yè)都必須快速改造自己，采用完全數(shù)字化的方法來處理遠程勞動力、保持業(yè)務連續(xù)性并為客戶提供“一切如常”的表象，如遠程醫(yī)療中的所有內容、遠程學習、在線訂購和交付、視頻會議、在線協(xié)作和虛擬事件。因此，企業(yè)數(shù)據(jù)中心還必須通過虛擬專用網(wǎng)絡和遠程訪問功能快速響應對增加帶寬和最小停機時間的需求。實際上，有報告表明，自2019年3月大流行以來，美國的VPN使用率增長了100％以上。
“為應對最近的大流行，對數(shù)據(jù)中心容量、網(wǎng)絡要求和數(shù)據(jù)安全性的需求不斷增長，”企業(yè)級數(shù)據(jù)中心、云和互連的提供商Databank銷售運營副總裁Wendy Stewart說。美國各地的數(shù)據(jù)中心設施提供服務”之所以增加數(shù)據(jù)中心容量，部分原因是企業(yè)需要更多的基礎設施來支持對遠程生活（工作、學校和娛樂）的持續(xù)需求。企業(yè)不僅要滿足他們當前的需求，而且還計劃為將來提供一個由更多遠程和虛擬生活組成的未來，這將需要更加關注正常運行時間、可伸縮性、地域多樣性和安全性。”
大流行對各種類型和規(guī)模的數(shù)據(jù)中心造成的影響是不可否認的，這給現(xiàn)有的IT基礎設施帶來了巨大壓力，數(shù)據(jù)中心管理人員爭先恐后地擴展容量，同時確保高速、低延遲的帶寬以最大程度地延長正常運行時間。延遲是由許多因素引起的，這些因素包括數(shù)據(jù)必須經(jīng)過的距離、交換機之間的網(wǎng)絡跳數(shù)以及可用帶寬。盡管以前的延遲只是一個煩人的事情，即加載網(wǎng)頁需要10秒鐘，在線視頻游戲中偶爾出現(xiàn)的抖動或暫停緩沖，但對于新興技術和現(xiàn)在許多應用已經(jīng)不能再容忍這樣的延遲。
例如，我們考慮以下創(chuàng)新應用及其要求：
自動駕駛汽車和M2M通信需要毫秒級的信號傳輸。
企業(yè)承受不起延遲，導致與客戶進行的在線視頻會議持續(xù)中斷。
在遠程學習和遠程醫(yī)療會議期間，需要清楚地看到和理解醫(yī)學專業(yè)人士和教師。
娛樂業(yè)必須確保虛擬事件、視頻流和在線游戲提供不間斷的無縫體驗。
“在COVID-19期間，我們的許多數(shù)據(jù)中心客戶都面臨著與快速擴展需求或遠程工作的新現(xiàn)實有關的挑戰(zhàn)，”數(shù)據(jù)提供商Flexential互連產(chǎn)品管理總監(jiān)Mike Peterson說。中心、主機托管、云、連通性和數(shù)據(jù)保護，整個北美有近30個數(shù)據(jù)中心。“VPN變得擁擠不堪，帶寬被消耗，過時的交換網(wǎng)絡以設計它們時從未想到的方式被推動。企業(yè)開始認識到傳統(tǒng)的集中式方法會導致瓶頸和延遲問題。運行優(yōu)化的網(wǎng)絡體系結構，使網(wǎng)絡集線器在內部和外部都靠近用戶，可以使流量決策更靠近邊緣，從而提高性能并降低延遲。”
遠離云
大型超大規(guī)模和云數(shù)據(jù)中心采用的架構、拓撲和組件可提供低延遲、高帶寬連接，同時優(yōu)化可擴展性，從而證明其在支持新規(guī)范和增加互聯(lián)網(wǎng)使用率、視頻流、電子商務和在線游戲方面的關鍵作用。Netflix和Hulu都將AWS的公共云用于其大部分數(shù)據(jù)中心運營。這些功能在大流行期間使企業(yè)業(yè)務連續(xù)性發(fā)揮了舉足輕重的作用，如Zoom、Microsoft 360、Salesforce、DocuSign等基于云的平臺。由于這些設施在實現(xiàn)更快的部署、更好的性能、可伸縮性和靈活性方面非常有效，因此它們還為這些大型技術提供商提供了更快、更經(jīng)濟地推出新技術的方式。
盡管企業(yè)業(yè)務將云用于通用業(yè)務應用，以及廉價的存儲和平臺來開發(fā)和壓力測試新的數(shù)字創(chuàng)新，但以前預期的將綜合遺留IT向公共云的轉移從未完全實現(xiàn)。許多企業(yè)業(yè)務從來沒有足夠的自信將敏感或關鍵的工作負載放置在云中，而是一直采用一種混合方法，在該方法中，內部系統(tǒng)仍由本地或托管空間私有托管。
現(xiàn)在，許多其他企業(yè)業(yè)務正在重新評估公共云方法，其中有一些將應用拉回內部。最近的調查顯示，企業(yè)目前僅將大約18％的工作負載放在云中，并且大多數(shù)工作負載預計仍將是私有托管的。隨著托管數(shù)據(jù)中心的出現(xiàn)在更多地方，使它們更靠近用戶以提供更好的延遲，預計我們將看到更多的企業(yè)將這些空間用于其私人托管資產(chǎn)。
將IT預算從資本支出轉移到運營支出，并可以訪問無限的IT存儲和計算資源的最初的云技術吸引力，在很多方面已被各種關注和挑戰(zhàn)所掩蓋，其中包括以下方面。
安全性—由于基于云的模型可以從任何地方訪問數(shù)據(jù)，因此企業(yè)擔心網(wǎng)絡安全風險的增加和關鍵業(yè)務信息的暴露。
法規(guī)遵從性—受嚴格的數(shù)據(jù)隱私法規(guī)監(jiān)管的醫(yī)療保健、金融和其他行業(yè)越來越關注公共存儲數(shù)據(jù)的復制和位置，這可能會違反這些規(guī)則。
控制-缺乏對數(shù)據(jù)的完全控制和可見性，例如數(shù)據(jù)的位置和管理方式以及自定義功能的不足，使許多企業(yè)數(shù)據(jù)中心經(jīng)理和IT專業(yè)人員感到沮喪。
成本-運營支出的轉移加上缺乏可見性通常導致云超支，并且數(shù)據(jù)傳輸成本的總和遠遠超出了許多企業(yè)業(yè)務預期的水平。
“許多采用云優(yōu)先心態(tài)的企業(yè)正在意識到在多個地方缺乏控制的情況下?lián)碛袛?shù)據(jù)的安全性問題，這就是為什么某些處理嚴格的隱私數(shù)據(jù)法規(guī)的行業(yè)（例如醫(yī)療保健和金融行業(yè)）從未完全采用公共云的原因，而是選擇私有或混合云解決方案，”StrategITcom的RCDD/NTS、CNID、CDCP、AWS CCP負責人兼首席技術官Carrie Goetz說道，他在數(shù)據(jù)中心的設計，運行和審計方面擁有數(shù)十年的經(jīng)驗。
“其他認真考慮成本上升和預期增長的人意識到，公共云最終可能太昂貴了，這就是為什么Dropbox和Uber這樣的公司將數(shù)據(jù)資產(chǎn)移回內部自己的數(shù)據(jù)中心設施的原因，他們將擁有更多的控制權和靈活性。在大流行初期，許多企業(yè)將云作為使服務啟動和業(yè)務運營的阻力最小的途徑，但是對于許多人來說，它也是一個束手無策的選項。向前邁進，這些公司將需要退后一步，確定將滿足其長期戰(zhàn)略并支持新的無處不在工作思路的方案。這將在企業(yè)可以維護自己的基礎設施的業(yè)務位置附近產(chǎn)生更多的本地和邊緣數(shù)據(jù)中心。”
過去，在公有云不再具有財務價值之前，企業(yè)業(yè)務的IT工作量和計算需求需要達到一定規(guī)模，但由于具有成本效益的超融合基礎設施技術和大型超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心（例如，Microsoft、Google、Facebook）和云數(shù)據(jù)中心所采用的技術現(xiàn)在正變得越來越主流。通過高級開源協(xié)議、白盒硬件和軟件定義的網(wǎng)絡，企業(yè)企業(yè)現(xiàn)在能夠更緊密地模仿超大規(guī)模并部署高度虛擬化的服務器環(huán)境，這將進一步推動向公共云的轉移。這些超融合的基礎設施環(huán)境極大地簡化了企業(yè)業(yè)務的可擴展性和可管理性，從而可以快速、經(jīng)濟高效地擴展容量并支持數(shù)字創(chuàng)新，這將使它們能夠繼續(xù)經(jīng)受住COVID-19風暴，甚至有可能在其中蓬勃發(fā)展。
“我們的主要業(yè)務是主機托管，尤其是中小型企業(yè)，我們看到了持續(xù)的增長。盡管某些客戶應用仍在使用公共云，但對于另一些客戶應用來說，可能不適合技術、性能或財務狀況，因此這些業(yè)務將轉向托管空間和我們的基礎設施。”加拿大最大的電子服務公司eStruxture高級副總裁James Beer表示，擁有網(wǎng)絡和云中立性數(shù)據(jù)中心提供商，在蒙特利爾、溫哥華和卡爾加里設有據(jù)點。“我們絕對不會看到托管需求的下降。”
架構和拓撲很重要
近年來，數(shù)據(jù)中心已趨向于使用全網(wǎng)狀、葉脊結構結構，該結構可減少延遲并支持虛擬化服務器環(huán)境中的數(shù)據(jù)密集型和時間敏感型應用，其中特定應用程的資源通常分布在多個服務器上。與傳統(tǒng)的三層體系結構（通過多個交換機創(chuàng)建南北向流量模式）相比，葉脊方法通過減少交換機數(shù)量來優(yōu)化東西方數(shù)據(jù)中心流量，以實現(xiàn)低延遲服務器到服務器的通信。信息必須流通，這是通過將每個分支交換機連接到結構中的每個其他分支交換機和主干交換機來完成的。
葉-脊柱結構將每個葉開關連接到結構中的每個其他葉和脊柱開關。這優(yōu)化了東西向數(shù)據(jù)中心的流量，以實現(xiàn)低延遲服務器到服務器的通信。
從拓撲的角度來看，過去十年來，具有短點對點連接性的機架頂（ToR）部署成為支持企業(yè)數(shù)據(jù)中心中交換機到服務器連接的主要手段。但是，許多數(shù)據(jù)中心經(jīng)理現(xiàn)在意識到，ToR拓撲不能有效地支持企業(yè)業(yè)務所需的低延遲性能和可伸縮性的現(xiàn)代虛擬化葉脊環(huán)境。只有永不過時的，基于標準的光纖結構化電纜才可以靈活地支持這些環(huán)境。
首先，在每個機柜中都有一個ToR分支交換機，這使得將每個分支交換機連接到其他分支交換機非常不切實際。由于一個機柜中的服務器需要與另一個機柜中的服務器“對話”，這在虛擬環(huán)境中很常見，這還意味著由于需要額外的交換躍點而導致更高的延遲。ToR拓撲還限制了可伸縮性，因為單個交換機升級僅提高了與交換機所在機柜中服務器的連接速度。每個機柜中都有一個ToR葉子交換機，需要在整個數(shù)據(jù)中心內提供更多電源，并且需要為脊骨交換機提供更高的端口密度，這可能會導致進一步的可伸縮性約束。
此外，由于它們與小巧的SFP或QSFP模塊或嵌入式收發(fā)器的內在本質，用于ToR點對點連接的組件，例如短長度直接連接線纜（DAC）和有源光纜（AOC），不支持多個未來的應用，因此隨著速度的提高，將需要對其進行替換。
“作為重新喚醒IT資源并將其帶回內部的一部分，企業(yè)業(yè)務將需要檢查其空間并確定他們可以提供的支持。如果他們沒有能力裝滿機柜，那么ToR就不會有多大意義，而使用集中式開關將是一個更好的選擇。”Goetz說。“還有浪費因素。那些最初以DAC支持10 Gb/秒服務器鏈接，而現(xiàn)在準備遷移到更高速度的驅動器將不得不丟棄DAC并購買新產(chǎn)品。距離、速度和生命周期成本都必須進行評估，以獲得最佳的長期設計策略。”
ToR配置還意味著需要維護更多的交換機，這可能很快成為操作負擔。端口利用率是另外一個成本問題。在使用ToR部署時，數(shù)據(jù)中心可能會發(fā)現(xiàn)由于電源和散熱問題而導致它們無法充分利用所有交換機端口，而這通常會限制每個機柜中的高性能虛擬化服務器的數(shù)量。這些未使用的跨多個機柜的交換機端口可能加起來，最終等于不必要地購買了交換機以及相關的維護和電源。
相比之下，光纖結構的布線更適合支持虛擬化環(huán)境，支持服務器之間的低延遲通信，并提供了快速、經(jīng)濟高效地擴展所需的靈活性和可擴展性。使用較長距離的結構化布線，可以將較大的分支交換機放在一排機柜的末端，并通過結構化布線互連或交叉連接連接到該排中的多臺服務器。通過將所有服務器連續(xù)連接到同一行末尾（EoR）葉子交換機，當位于不同機柜中的兩臺服務器需要進行通信時，就不會有額外的交換機躍點。
與ToR交換機不同，較大的EoR交換機不會限制可擴展性。升級EoR交換機可以加快與該行中所有服務器的連接速度，而不僅僅是單個機柜中的服務器。核心交換機對端口的較低要求也為增長提供了空間，基于標準的光纖結構線纜支持多代應用—多模和單模光纖目前支持高達400 Gig，標準機構的目標是800 Gig或更高。
還應該注意的是，與點對點組件不同，各種知名線纜制造商提供的基于標準的光纜可互操作，具有更長的保修期和第三方驗證的性能，可與任何供應商的設備一起使用。結構化布線和EoR交換機還可以最大程度地提高端口利用率，因為交換機端口不限于單個機柜?？梢愿鶕?jù)需要將高密度EoR分支交換機上的交換機端口分配到連續(xù)幾個機柜中的任何服務器。只需要每行維護一個開關，而不是每個機柜中維護一個開關，也可以幫助降低成本。
在機架頂部拓撲中的服務器到服務器通信，信號必須通過三個交換機傳播。在具有結構化布線的行尾拓撲中，服務器到服務器的通信僅需要一個交換躍點。
第二個圖顯示了具有點對點連接的ToR拓撲與使用結構化線纜的EoR拓撲之間的服務器到服務器通信的差異?？梢郧宄乜吹剑敺掌鰽需要在ToR拓撲中與服務器B進行通信時，信號必須通過三個開關-從一個ToR分支交換機，到主干交換機，再回到第二個ToR分支交換機。即使每個ToR分支交換機都連接到其他ToR分支交換機，信號仍然需要通過兩個交換機。具有結構化布線的EoR配置只需要一個交換機躍點，服務器A就可以與服務器B進行通信。
“ToR交換機供應商不會對客戶進行結構化布線方面的培訓，因為他們將出售較少的交換機端口，并且最初認為這種拓撲是最簡單的解決方案。每個人都喜歡簡單的按鈕，”Goetz補充說。“但是，有了開源的白盒解決方案以及更多的（有時功能更豐富的）供應商，現(xiàn)在有更多的參與者。要理解采取簡易路線和重新部署的長期后果，還有很多話要說。根據(jù)未來的業(yè)務需求評估所有選項。”
交叉連接的優(yōu)勢
在整個數(shù)據(jù)中心使用光纖結構的線纜，可以將分布區(qū)域與傳統(tǒng)的交叉連接一起使用，以實現(xiàn)設備之間基于標準的靈活連接，包括從葉子交換機到服務器，從葉子交換機到主干交換機以及從服務器到存儲設備。交叉連接的使用簡化了虛擬服務器環(huán)境中的擴展，并使服務器群集能夠更輕松地共享計算和存儲資源。交叉連接的優(yōu)點在于，通過使用光纖面板來鏡像連接設備上的端口，數(shù)據(jù)中心管理人員可以實現(xiàn)“多對多”的方案，其中任何設備端口都可以通過簡單地重新放置光纖跳線而連接到任何其他設備端口。
交叉連接為虛擬化環(huán)境提供了一個方便、高度靈活的“任意點對點”方案，在該環(huán)境中，任何設備端口都可以通過光纖跳線連接到任何其他設備端口。
新服務可以通過交叉連接快速上線。主分布區(qū)域（MDA）中的主干交換機可以通過永久固定鏈路連接到交叉連接，新的分支交換機可以輕松連接到交叉連接處未使用的主干交換機端口。當需要在會議廳外快速將客戶設備連接到服務提供商設備且無需訪問設備時，這在托管數(shù)據(jù)中心中尤其理想，從而在不中斷數(shù)據(jù)中心的情況下提供了更高級別的安全性和保證操作。這就是為什么在這些環(huán)境中將交叉連接視為如此寶貴的資產(chǎn)的原因。
Databank的Stewart說：“結構化布線是一種方便、經(jīng)濟高效、高效且安全的方法，可將最終用戶連接至Colo空間中的ISP。”“您不再需要五天時間就能將最終用戶連接到ISP。由于基礎設施已經(jīng)就緒，因此連接可以在24小時內完成。”
eStruxture的Beers對此表示贊同。“我們的交叉連接量逐季度增長。顯然，有很多行業(yè)網(wǎng)絡活動和流量增長，并且客戶需要連接到更多的服務提供商和更多的位置。作為與運營商無關的colo提供商，我們有多個站點光纖入口和MMR，而交叉連接是一種收入來源，這意味著將我們的租戶與其首選的運營商聯(lián)系起來。這些最終客戶交叉連接的機會也使我們能夠吸引更多的運營商。”
交換機與服務器之間以及葉子交換機與骨干交換機之間的交叉連接支持靈活性和快速擴展。
交叉連接的好處在位于企業(yè)客戶托管空間或本地數(shù)據(jù)中心空間中的設備分布區(qū)域（EDA）中是正確的。如果需要將新服務器添加到一行中，則可以輕松地將它們連接到交叉連接處的EoR葉子交換機。光纖結構線纜支持的距離從100米到10公里（取決于應用），這也意味著這些交叉連接幾乎可以位于數(shù)據(jù)中心的任何位置。
“一旦部署了機柜或機架，交叉連接將使客戶能夠利用相鄰的服務、合作伙伴、運營商和其他生態(tài)系統(tǒng)，”Flexential的Peterson說。“交叉連接在連接到某些服務或合作伙伴時會運行到MMR，或者它們可能直接從客戶網(wǎng)箱運行到另一個網(wǎng)箱。隨著距離的增加，這些交叉連接越來越依賴光纖，隨著帶寬需求的增加，交叉連接也越來越多。對于我們來說，交叉連接就是支持我們的客戶連接需求及其數(shù)字化旅程。”
企業(yè)業(yè)務及其支持的托管服務提供商利用超融合基礎設施技術以及源自超大規(guī)模和云數(shù)據(jù)中心的技術，并通過永久、靈活和基于標準的結構化布線最佳實踐的支持，它們將具有靈活、經(jīng)濟高效地擴展的靈活性。他們努力通過新的數(shù)字在線工具和功能在COVID-19時代重塑自己。
