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avril 09

L'architecture Unified Computing System de Cisco Une industrie en transition L'industrie informatique est au seuil d'une transition majeure. L'architecture x86 est restée pratiquement inchangée depuis les années 1980, et bien que les processeurs et les systèmes aient diminué en taille et augmenté en puissance, les questions de disponibilité des serveurs, de puissance et de refroidissement, de cohérence de politique, de sécurité et de gestion se posent de plus en plus. Au cours de cette dernière décennie, l'adoption généralisée de la virtualisation a permis de consolider les serveurs, et a fait de la machine virtuelle un objet élémentaire de déploiement. Dans le même temps, la complexité n'a cessé d'augmenter, et le modèle de déploiement du Data Centers continue de nécessiter l'assemblage manuel d'un grand nombre de composants individuels. Cette complexité des environnements de serveurs actuels virtualisés et non virtualisés a pour origine les facteurs suivants :

• chaque serveur ou châssis en baie ou en lame constitue un élément de gestion indépendant, avec une identité et une configuration E/S propres, uniques et liées au matériel, ce qui limite sa réactivité face à des modifications de charge ;

• la mise à jour des serveurs, des lames et des microcodes de châssis est une opération manuelle et de longue durée ;

• la couche d'accès au réseau s'est fragmentée en une multitude de niveaux, notamment les commutateurs de couche d'accès, les commutateurs intégrés dans le châssis lame, et les commutateurs logiciels nécessaires aux logiciels de virtualisation. Chaque commutateur possède un lot de fonctions et de limites qui lui sont propres et qui ajoutent de nouvelles couches de gestion à un environnement déjà complexe ;

• la prolifération des serveurs virtuels, ou "server sprawl" est lié à l'idée que les machines virtuelles sont "gratuites", mais les sociétés informatiques qui les gèrent savent qu'elles ont engendré une nouvelle série de questions. Le nombre croissant de composants dans les environnements de Data Centers ont généré une multiplication des outils de gestion. De ce fait, il est difficile de caler la politique réseau sur les mouvements des machines virtuelles, et plus difficile encore d'imposer aux réseaux et aux systèmes de stockage les mêmes normes que celles qui régissent chacun des serveurs et des systèmes d'exploitation ;

• le stockage partagé est une nécessité si l'on veut tirer parti des meilleurs atouts de la virtualisation, notamment la mobilité et la haute disponibilité des machines virtuelles dynamiques. Lorsque l'accès aux réseaux de stockage Fibre Channel est ajouté à chaque serveur d'une baie, le nombre de câbles, d'adaptateurs et de ports de commutation amont augmente soudain de façon très importante.

L'industrie s'apprête à passer à la nouvelle étape logique d'une progression naturelle qui a commencé par la normalisation de l'architecture x86 et la virtualisation. La deuxième phase a été réalisée par la fourniture d'une structure réseau unifiée qui optimise et fait évoluer les technologies

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des Data Centers grâce à la consolidation et à la virtualisation de l'ensemble du réseau, du stockage, des serveurs et des applications. La troisième phase consiste à virtualiser la totalité du Data Centers par le biais d'une architecture intégrée qui combine la virtualisation du réseau, du serveur et des ressources de calcul. Chez Cisco, cette transition a été baptisée Unified Computing, et Cisco Unified Computing System est sa première réalisation. Cisco Unified Computing System Cisco Unified Computing System met en œuvre la nouvelle phase d'une transition de l'industrie et pose un nouveau jalon pour le Data Center 3.0, le Data Centers tel que le voit Cisco. Ce système réunit les ressources de réseau, de calcul et de virtualisation dans un système homogène qui simplifie le paramétrage réseau, améliore le retour sur investissement et permet un provisionnement dynamique et "à flux tendus" des ressources (figure 1).

Cisco Unified Computing System représente une simplification radicale des architectures traditionnelles qui permet de réduire considérablement le nombre de périphériques qu'il faut acheter, câbler, configurer, alimenter, refroidir et sécuriser. Cette solution procure une optimisation de bout en bout conçue pour des environnements virtualisés, tout en conservant la possibilité de prendre en charge les ensembles traditionnels de système d'exploitation et d'applications dans des environnements physiques. Le système, qui repose sur des normes ouvertes, est le fruit d'une collaboration sans précédent avec les partenaires d'écosystème de Cisco. Cisco Unified Computing System fournit tous ces avantages sous une forme pérenne qui répond aux exigences actuelles tout en étant prête à s'adapter aux technologies futures -- notamment à des processeurs plus rapides et à des normes Ethernet plus puissantes -- au fur et à mesure qu'elles font leur apparition. Le système permet de réduire les coûts et de diminuer le coût total de possession (TCO) en automatisant les tâches de gestion des éléments grâce à l'utilisation de profils de service qui permettent un provisionnement "à flux tendus" des serveurs physiques comme virtuels. Les profils de service augmentent l'agilité de l'entreprise grâce à un alignement rapide des ressources informatiques avec des critères d'activité et de charge en constante évolution. Les composants du système illustrés sur la figure 1 comprennent, de gauche à droite, les modules d'interconnexion de structure, les châssis de serveurs lames, les serveurs lames, et au premier plan, les modules d'extension de structure, et les adaptateurs de réseau convergent. Figure 1. Cisco Unified Computing System intègre une famille de composants en un seul système homogène. Le

dessin représente les modules d'interconnexion de structure, les châssis de serveurs lames, les serveurs lames et les adaptateurs de réseau convergent.

Système intégré homogène

Cisco Unified Computing System intègre les ressources de calcul et de réseau dans une entité extrêmement dynamique et gérée de manière cohérente. La solution intègre une structure unifiée et

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redondante de 10 Gbps à des serveurs d'entreprise d'architecture x86. Ce système est une plateforme multi-châssis modulaire et évolutive dans laquelle toutes les ressources constituent un domaine de gestion intégré et unifié, redondant et à haute disponibilité. Un seul système peut accueillir jusqu'à 40 châssis et 320 serveurs lames, et son déploiement se fait selon un modèle à câblage unique ("wire once, walk away") où la bande passante peut être augmentée par câblage et où la connectivité réseau et E/S est gérée par logiciel. Agilité accrue de l'entreprise

Du fait d’une intégration cohérente de l’ensemble des composants, le système UCS permet de définir une vue logique des ressources par une notion de services profiles, indépendamment des éléments physiques. L'état du réseau comprend les informations d'identité, les adresses MAC et les World Wide Names, les types et la configuration des interfaces E/S, les versions des microcodes, séquence de démarrage et LUN utilisé au démarrage , les niveaux RAID et les caractéristiques de connectivité réseau, y compris VLAN, QoS et VSAN. Les profils de service constituent une spécification complète des besoins en ressources de réseau et de calcul pour une application ou une charge donnée. Ils peuvent être appliqués à n'importe quelle ressource de calcul et de réseau au sein du domaine de gestion. Cela crée un environnement extrêmement dynamique qui peut être façonné pour s'adapter aux besoins en constante évolution dans les Data Centers d'aujourd'hui. Toutes les charges deviennent réellement portables, qu'elles soient virtualisées ou non. Les sociétés informatiques peuvent s'adapter rapidement aux évolutions des exigences de l'entreprise ou aux variations des charges grâce à un provisionnement "à flux tendus" des ressources pour répondre à des besoins en évolution. La rapidité et la précision sont améliorées grâce à un déploiement systématique et automatique des paramètres de microcodes et de configuration. Les profils de service offrent les possibilités suivantes :

• Ils permettent aux administrateurs de serveur, de réseau et de stockage de prendre des décisions architecturales de haut niveau et laisser la mise en œuvre répétitive de ces dernières aux personnels d'exploitation, voire à des procédures automatisées, ce qui leur permet de se concentrer sur des questions plus stratégiques et critiques pour l'entreprise ;

• Ils permettent de faire migrer les ensembles logiciels existants sur n'importe quel serveur individuel du système en créant et en déployant un profil de service qui va recréer à l'identique le système individuel depuis lequel la charge a migré ;

• Ils permettent de déplacer les systèmes d'exploitation et les ensembles de logiciels applicatifs entre serveurs grâce au provisionnement dynamique. Si un serveur tombe en panne, l’ensemble logiciel peut être réinitialisé sur une réplique identique du serveur déficient qui comprend la connectivité réseau externe. Si une mise à niveau est nécessaire, un nouveau serveur avec davantage de ressources peut être provisionné et l’ensemble logiciel réinitialisé sur ce dernier. Par exemple, un système de gestion de base de données peut passer d'un serveur à 72 Go de mémoire principale à un serveur de 384 Go de mémoire principale moyennant une simple réinitialisation sur un serveur provisionné "à flux tendus" et ayant la même identité que le serveur d'origine.

• La migration des machines virtuelles est prise en charge dans l'ensemble du système. Les profils E/S et réseau - y compris les paramètres VLAN, les listes de contrôle d'accès, les paramètres de qualité de service, les caractéristiques de mise en buffer et les paramètres de bande passante - se déplacent automatiquement avec les machines virtuelles pour améliorer la disponibilité, la sécurité et les performances.

Evolutivité massive Le système, conçu pour être hautement évolutif, peut gérer jusqu'à 40 châssis lames et 320 serveurs lames reliés par une seule paire de modules d'interconnexion de fabriques. De nouvelles ressources de calcul peuvent être mises en service rapidement, ce qui permet de gagner un temps précieux qui aurait été sinon consommé par des procédés de provisionnement manuels. Le gestionnaire Cisco

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UCS Manager sait reconnaître les nouvelles ressources au fur et à mesure qu'elles sont insérées dans les emplacements des châssis lames, les provisionner et les mettre immédiatement en service selon des politiques prédéfinies. En outre, la technologie d'extension de mémoire Cisco Memory Extender offre plus du double du volume de mémoire (384 Go) des serveurs traditionnels à deux sockets, ce qui améliore les performances et augmente la capacité face à une virtualisation exigeante et aux charges liées à des gros volumes de données. En outre, cette technologie offre une solution plus économique pour la prise en charge des emplacements mémoire standards pour des charges moins gourmandes. Simplification radicale de l'architecture Cisco Unified Computing System représente une simplification radicale par rapport au mode de déploiement actuel des serveurs et des réseaux. Il réduit la fragmentation de la couche d'accès au réseau en supprimant la commutation à l'intérieur du châssis de serveurs lames. Il intègre des ressources de calcul autour d'une structure d'E/S unifiée qui prend en charge aussi bien les protocoles IP standard que le Fibre Channel grâce à une encapsulation FCoE (Fibre Channel over Ethernet). Le système supprime les limites des configurations E/S fixes avec une architecture E/S qui peut être modifiée par logiciel et par serveur pour fournir la connectivité nécessaire au moyen d'un modèle de déploiement "à flux tendus". Cette simplification radicale engendre une diminution du nombre de commutateurs, de câbles, d'adaptateurs et de points de gestion, autant de facteurs qui permettent une diminution des coûts, de la complexité, de la puissance et des frais de refroidissement. Une optimisation de bout en bout Le système offre une optimisation de bout en bout prévue pour des environnements virtualisés, en créant un environnement physique plus dynamique et plus mobile pour les ensembles traditionnels de systèmes d'exploitation et d'applications. Cela donne aux sociétés informatiques la possibilité d'utiliser le modèle de calcul le plus adapté au problème d'entreprise à résoudre, tout en protégeant les investissements en permettant à n'importe quelle ressource de calcul de prendre en charge l'un ou l'autre des environnements de manière tout aussi correcte. Une fois configurée dans des serveurs lames, la carte d'interface virtuelle UCS VIC M81KR de Cisco donne la pleine mesure des possibilités du système pour une prise en charge de bout en bout de la virtualisation. Cette carte prend en charge les périphériques E/S dont le type et l'identité sont configurés à la demande. Les cartes NIC peuvent être connectées directement à des machines virtuelles par une technologie de commutation par intercommunication (pass-through) ou de contournement (bypass) d'hyperviseur. La définition d'interface obtenue et le profil réseau qui lui est associé se déplacent entre les serveurs en même temps que les machines virtuelles, ce qui permet de régler dynamiquement le système global pour équilibrer les charges, accepter de nouvelles applications, ou répondre aux évolutions des exigences de fonctionnement. L'optimisation de bout en bout s'accompagne d'une diminution des risques. La capacité du système à provisionner et gérer des connexions de machines virtuelles exactement comme des connexions réseau de machines physiques confère de la visibilité à ces liaisons virtuelles. Il devient désormais possible de gérer leur conformité aux normes et à la réglementation, de les auditer, et de les gérer au niveau de chaque machine virtuelle. La qualité de service peut par exemple être établie pour des liaisons virtuelles comme pour des liaisons physiques. Le risque qu'une machine virtuelle « incontrôlée » consomme la totalité de la bande passante d'une liaison est maîtrisé grâce la possibilité non seulement d'avoir une QoS par liaison virtuelle, mais également de mettre hors tension la connectivité réseau de la machine virtuelle en question sans incidence sur les autres machines virtuelles du même système.

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Des normes industrielles ouvertes

Cisco Unified Computing System est le fruit d'une collaboration sans précédent entre Cisco et ses partenaires d'écosystème. Cette structure unifiée s'appuie sur des normes Ethernet 10 gigabits. Elle met en œuvre une série d'extensions normalisées qui comprennent l'Ethernet Cisco Data Center, ainsi que des éléments normalisés supplémentaires pour prendre en charge FCoE, le contrôle amélioré des flux, et la gestion réseau. Les adaptateurs réseau consolidés intègrent la carte Ethernet NIC et Fibre Channel HBA des partenaires Cisco pour assurer la compatibilité avec les systèmes et drivers existants, le logiciel de gestion, et les meilleures pratiques des Data Centers. Les ressources informatiques reposent sur des composants de système x86 aux normes industrielles. Le module de gestion Cisco UCS Manager prend également en charge l'intégration avec les systèmes de gestion d'entreprise normalisés. Grâce à son API ouverte normalisée, le gestionnaire peut s'intégrer à des outils de provisionnement et de gestion de plus haut niveau qui peuvent provisionner des systèmes d'exploitation et des piles applicatives dans des serveurs provisionnés en flux tendus. Un investissement pérenne

Cisco Unified Computing System donne aux Data Centers des perspectives d'évolution tout en anticipant les développements technologiques futurs. Cela permet d'augmenter aujourd'hui le retour sur investissement tout en protégeant cet investissement dans le temps. Le châssis de serveurs lames, les alimentations et le fond de panier central sont capables de gérer de futurs serveurs dotés d'une capacité de traitement encore plus élevée, des unités centrales futures de plus grande puissance, et les futures normes Ethernet 40 gigabits qui doivent en principe apporter au total 80 Gbps de bande passante à chaque serveur lame demi-largeur. Présentation du système

D'un point de vue de haut niveau, Cisco Unified Computing System est constitué d'un ou deux modules d'interconnexion de fabriques Cisco UCS Série 6100 et d'un ou plusieurs châssis de serveurs lames Cisco UCS Série 5100, équipés de serveurs lames Cisco UCS Série B. Cisco UCS Manager est intégré aux modules d'interconnexion de Fabrics et gère tous les châssis de serveurs comme un domaine de gestion unique et redondant. Chaque châssis nécessite au moins une connexion de structure unifiée 10 gigabits à un module d'interconnexion de structure Cisco UCS Série 6100. Avec une configuration maximum, les 40 ports fixes d'une paire redondante de modules d'interconnexion de fabriques Cisco UCS 6140XP seraient occupés par 40 châssis lames et jusqu'à 320 serveurs lames au total. Une configuration type comporterait de 2 à 4 liaisons unifiées allant de chaque châssis à chacun d'une paire de commutateurs actif-actif. Par exemple, la figure 2 représente 36 châssis de serveurs lames connectés à une paire de modules d'interconnexion actif-actif qui gèrent la commutation automatique. Des liaisons montantes(uplinks) depuis les deux modules d'interconnexion de fabriques fournissent un trafic LAN à la couche d'agrégation LAN ou à la couche coeur et un trafic SAN par Fibre Channel natif vers le réseau SAN A ou vers le réseau SAN B.

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Figure 2. Exemple de Cisco Unified Computing System avec 36 châssis serveurs lame Cisco UCS Série 51000 et 2 modules d'interconnexion de fabriques Cisco UCS Série 6140XP

Une décomposition des éléments constitutifs du Cisco Unified Computing System est illustrée sur la figure 3 :

• la fabrique unifiée est gérée par les modules d'interconnexion de fabriques Cisco UCS Série 6100. La figure représente un module d'interconnexion de fabriques Cisco UCS 6120XP comportant 20 ports fixes et un emplacement unique pour un module d'expansion.

Figure 3. Cisco Unified Computing System se compose de modules d'interconnexion, de modules d'extension de

fabriques, de châssis de serveurs lames, de serveurs lames, d'adaptateurs de réseau consolidé et d'une technologie d'extension de mémoire.

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• Cisco UCS Manager s'exécute dans les deux modules d'interconnexion de fabriques Cisco UCS6100 et gère le système comme un domaine de gestion unique, unifié et redondant. Le logiciel de gestion est déployé dans une configuration groupée active-passive de sorte que le plan de gestion reste intact même en cas de défaillance d'un module d'interconnexion.

• La fabrique unifiée s'étend jusqu'à chacun des 40 châssis de lames possibles via jusqu'à deux modules d'extension de fabriques par châssis de lames, chacun pouvant gérer jusqu'à quatre connexions à la fabrique unifiée. Chaque châssis doit avoir au moins une connexion avec un module père d'interconnexion de fabrique Cisco UCS Série 6100.

• Jusqu'à huit serveurs lames Cisco UCS Série B peuvent être installés dans un châssis de serveurs lames Cisco UCS Série 5100. Le châssis peut accueillir des lames demi-largeur et pleine largeur. Les serveurs lames Cisco UCS Série B utilisent les processeurs Intel® Xeon® Série 5500 qui délivrent des performances intelligentes et procurent une efficacité énergétique automatisée et une virtualisation flexible.

• L'accès transparent à la structure unifiée est permis par l'un de trois types d'adaptateurs dans un facteur de forme de carte mezzanine optimisé pour différentes raisons : coût réduit, compatibilité avec les drivers Fibre Channel existants, et un adaptateur de virtualisation qui prend en charge la technologie Cisco VN-Link.

• La technologie d'extension de mémoire Cisco du serveur lame à 2 sockets Cisco UCSB250 M1 avec extension de mémoire augmente la taille mémoire disponible pour les serveurs x86 2 sockets. Le serveur lame avec extension de mémoire peut gérer jusqu'à 384 Go de mémoire standard DDR-3 avec jusqu'à 48 modules DIMM.

Une conception prévue pour l'efficacité énergétique Tous les éléments de Cisco Unified Computing System ont été conçus pour procurer une efficacité énergétique. Le châssis de lames est conçu pour une circulation maximale de l'air, avec 63 % du fond de panier central ouvert à la libre circulation de l'air. Les alimentations ont une efficacité supérieure à 90 %. L'utilisation de modules d'extension au lieu de commutateurs résidant dans les lames permet de diminuer les besoins de puissance. Les processeurs Intel Xeon Série 5500 équilibrent la consommation d'énergie avec la performance en réduisant la puissance pendant les périodes d'utilisation modérée, voire en accélérant la vitesse d'horloge des cœurs individuels en cas de forte demande et si les conditions thermiques le permettent. Cisco UCS Manager Les Data Centers sont devenus des environnements complexes où des assemblages de composants d’infrastructure sont obligatoires et qui comportent une multitude de points de gestion. Du point de vue réseau, la couche d'accès s'est fragmentée, et les commutateurs de couche d'accès, les commutateurs des serveurs lames et les commutateurs logiciels employés dans les logiciels de virtualisation comportent tous des ensembles de fonctions et des paradigmes de gestion différents. La plupart des systèmes de lames actuels possèdent des modules de gestion séparés pour l’alimentation électrique et la dissipation calorifique, ce qui rajoute au coût et à la complexité de la gestion. Les cartes Ethernet NIC et Fibre Channel HBA, qu'elles soient installées dans des systèmes à lames ou des serveurs montés en baie, nécessitent des configurations et des mises à jour des microcodes. La maintenance des microcodes des serveurs en lames ou en baie est obligatoire, de même que la gestion des paramètres du BIOS pour des raisons de cohérence. De ce fait, les environnements des Data Centers sont aujourd'hui plus difficiles et plus onéreux à gérer, alors que la sécurité et les performances, elles, peuvent être inférieures aux attentes. L'ère est au changement dans les Data Centers, mais les architectures mixtes des serveurs x86 et le paradigme de déploiement traditionnel rend ce changement difficile, pour les raisons suivantes :

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• Dans des environnements fixes où les serveurs exécutent des ensembles logiciels constitués d'un système d'exploitation et d'applications, il est extrêmement difficile de ré-héberger des logiciels sur différents serveurs en fonction des besoins d'évolution et de gestion de charge. Les périphériques E/S et leur configuration, les configurations réseau, les microcodes et les paramètres BIOS doivent tous être configurés manuellement pour que les logiciels puissent se déplacer d'un serveur à un autre, ce qui induit des retards et des possibilités d'erreur au cours du processus. Généralement, ces environnements déploient des serveurs de secours fixes qui sont déjà configurés pour répondre aux exigences en cas de pic de charge. La plupart du temps, ces serveurs sont inactifs ou fortement sous-exploités, ce qui induit des coûts d'investissement et d'exploitation.

• Les environnements virtuels héritent de tous les inconvénients des environnements fixes, et de plus encore. À cause de la fragmentation de la couche d'accès, il est difficile de suivre le déplacement des machines virtuelles et d'appliquer des politiques réseau aux machines virtuelles pour protéger la sécurité, améliorer la visibilité, gérer la qualité de service au niveau de chaque machine virtuelle et conserver la connectivité E/S. Si la virtualisation offre des avantages significatifs, elle apporte aussi davantage de complexité.

Déploiement des ressources serveur par programmation Le gestionnaire Cisco UCS Manager unifie le système, le transformant en une réserve de ressources unique, redondante et uniforme qui peut être configurée à la demande pour la tâche à effectuer, que l'environnement soit physique ou virtuel. Le gestionnaire découvre automatiquement les ressources au fur et à mesure de leur installation dans le système, les ajoute à sa liste, et peut provisionner automatiquement tous les aspects serveurs et leur connectivité E/S, en les rendant opérationnels en quelques minutes plutôt qu'en plusieurs jours ou plusieurs heures. Les ressources sont interchangeables, et les Data Centers gagnent en flexibilité et en agilité. Provisionnement dynamique grâce aux profils de service Les ressources du Cisco Unified Computing System sont abstraites dans le sens où leur identité, leur configuration E/S, leurs adresses MAC et leurs noms World Wide Name, les versions des micrologiciels, la sequence du BIOS et les attributs réseau (notamment les paramètres QoS, les ACL, pin groups et les politiques de seuil), tous ces éléments sont programmables grâce à un modèle de déploiement de type "à flux tendus". Le gestionnaire stocke ces informations d'identité, de connectivité et de configuration dans des profils de service qui résident sur le module d'interconnexion Cisco UCS Série 6100. Un profil de service peut être appliqué à n'importe quelle ressource pour permettre de provisionner celle-ci avec les caractéristiques nécessaires à la gestion d'un ensemble logiciel spécifique. Comme le montre la figure 4, un profil de service permet de déplacer des définitions de serveur et de réseau dans le domaine de gestion, ce qui procure une flexibilité totale dans l'utilisation des ressources systèmes.

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Figure 4. Que l’ensemble logiciel soit physique ou virtuel, les profils de service du Cisco UCS Manager

programment les ressources serveur et réseau en utilisant un modèle de type "à flux tendus"

Les modèles de profil de service permettent de définir différentes classes de ressources et de les appliquer à un certain nombre de ressources, chacune ayant sa propre identité unique attribuée à partir de réserves prédéterminées. Les mêmes techniques de gestion s'appliquent, qu'il s'agisse d'un serveur physique ou d'une machine virtuelle connectée directement à un ou plusieurs des 128 périphériques virtuels fournis par la carte d'interface virtuelle Cisco UCS VIC M81KR. Administration par rôle et prise en charge de l'hébergement multiple ("multi-tenancy") Le gestionnaire Cisco UCS Manager permet de gérer des rôles définis de façon flexible, de sorte que les Data Centers peuvent utiliser le Cisco Unified Computing System en ayant recours aux personnels et aux meilleures pratiques avec lesquels ils gèrent les différents serveurs, modules de stockage et réseaux. Grâce aux rôles prédéfinis, les administrateurs de serveur maîtrisent les configurations liées aux serveurs, les administrateurs de stockage contrôlent leur domaine, et les administrateurs réseau leur champ d'expertise. Les rôles sont flexibles, ce qui permet aux sociétés de les personnaliser, voire d'en créer de nouveaux, pour répondre au mieux à leurs besoins de fonctionnement. Le gestionnaire prend en charge les fournisseurs de services d'hébergement multiple et les Data Centers d'entreprises desservant des clients internes en tant qu'entités professionnelles indépendantes. L'étendue de tel ou tel rôle étant limitée par les paramètres de lieu, il est possible de cloisonner physiquement le système et de l'allouer à différents clients pour qu'ils l'administrent eux-mêmes. Modules d'interconnexion de fabrique Cisco UCS Série 6100 Dans les Data Centers actuels, la règle d'or consiste à équiper chaque serveur avec des cartes redondantes Ethernet NIC et Fibre Channel HBA pour leur permettre un accès ininterrompu aux ressources réseau et stockage. Pour accéder aux ressources stockage Fibre Channel, il faut une infrastructure parallèle redondante qui comprend des cartes HBA, de coûteux émetteurs-récepteurs

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à fibre et un câblage délicat entre chaque serveur et les commutateurs de la couche d'accès SAN. Tous ces composants doivent faire l'objet d'un achat, d'une configuration, d'une maintenance, d'une alimentation et d'un refroidissement, ce qui induit pour le Data Center des coûts d'investissement et d'exploitation. D'ailleurs, le coût de cette infrastructure redondante limite souvent les perspectives visant à fournir à chacun des serveurs du Data Center un accès uniforme aux ressources de stockage. Cette limite est d'importance, sachant que seuls les serveurs qui disposent d'un accès uniforme aux ressources de stockage peuvent bénéficier de l'ensemble des avantages d'un environnement virtualisé, notamment des fonctions de haute disponibilité et de la migration des machines virtuelles. Modules d'interconnexion de fabrique unifiée Les modules d'interconnexion de fabrique UCS Série 6100 de Cisco, une famille de commutateurs d'interconnexion à faible latence, 10 gigabits Ethernet sans pertes (« lossless ») , Cisco Data Center Ethernet et Fibre Channel over Ethernet (FCoE), consolident les entrées/sorties au niveau du système. Reposant sur la même technologie de commutation que Cisco Nexus™ Série 5000, les modules d'interconnexion de structure Cisco UCS Série 6100 apportent les fonctions supplémentaires et les capacités de gestion qui constituent le système nerveux central du Cisco Unified Computing System. Ces modules d'interconnexion procurent une structure unifiée qui relie chaque ressource serveur du système grâce à des liaisons descendantes (« downlink ») Ethernet 10 gigabits et FCoE à câblage unique ("wire once"), et à des liaisons montantes (« uplink ») flexibles Ethernet 10 gigabits et Fibre Channel 1/2/4-Gbps (Figure 5). La gestion « outband », y compris la redondance des commutateurs, est prise en charge par des ports de gestion et de regroupement dédiés. Les modules d'interconnexion ont un refroidissement d'avant en arrière, des ventilateurs enfichables à l'avant et alimentations redondants, et des câbles arrière qui procurent un refroidissement efficace et une facilité d'entretien. Généralement déployés dans des paires redondantes actif-actif, les modules d'interconnexion de fabrique fournissent un accès uniforme à la fois aux réseaux et aux ressources de stockage, supprimant ainsi les obstacles au déploiement d'un environnement totalement virtualisé, basé sur une réserve de ressources flexible et programmable. Les modules d'interconnexion consolident les entrées/sorties au niveau de la baie, autorisant le trafic entre le châssis de lames et les modules par une liaison cuivre 10 gigabits SFP+ économique et à faible latence ou par une liaison optique 10 Gbps. Tandis que les systèmes d'exploitation voient les périphériques Ethernet et Fibre Channel tels qu’ils les verraient dans un environnement serveur traditionnel, la mise en œuvre ne nécessite qu’ une seule liaison physique. Le trafic Fibre Channel peut être transféré sur des réseaux Fibre Channel natifs par l'intermédiaire de modules d'expansion fournissant une connectivité Fibre Channel.

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Figure 5. Une structure unifiée achemine des flux de trafic multiples vers les modules d'interconnexion de fabrique Cisco UCS Série 6100, où le trafic Ethernet et Fibre Channel se divise en réseaux séparés.

Les fonctions Cisco Data Center Ethernet permettent d'améliorer la gestion et les performances des flux de trafic individuels sur une seule liaison réseau. La fonction de contrôle de flux prioritaire (Priority Flow Control - PFC) selon la norme IEEE 802.1p permet de gérer des flux de trafic séparés de sorte qu'il est possible, par exemple, de créer une classe sans pertes pour prendre en charge le trafic de stockage sans modifier la façon dont le trafic réseau IP normal est géré. La fonction de sélection de transmission améliorée (Enhanced Transmission Selection) selon la norme IEEE 802.1Qaz permet de moduler l'affectation de bande passante à des classes de trafic. Elle peut servir, par exemple, à dédier une largeur de bande du réseau au trafic de stockage. La gestion des protocoles FCoE et ISCSI s'en trouve améliorée. L'apparence d'un système unique Avec les modules d'interconnexion de fabrique, l'ensemble du domaine de gestion apparaît comme un système unique pour les commutateurs Ethernet et Fibre Channel situés en amont. Cela permet de simplifier à l'extrême la gestion de la couche 2 Ethernet et la configuration du réseau Fibre Channel, en diminuant les coûts tout en améliorant les performances grâce à la prise en charge des liaisons réseau montantes active-active avec une reprise automatique gérée par commutateur en cas de panne d'une liaison. Cette opération se fait en utilisant le mode end-host Ethernet et Fibre Channel, qui supprime le spanning tree recouvrant et indique à sa place les adresses MAC et les noms World Wide Names des serveurs physiques et virtuels au niveau des interfaces montantes (« uplink »). Cela donne au module d'interconnexion de fabrique une maîtrise totale de la fabrique unifiée qui le relie aux ressources du serveur, et permet de mieux utiliser la bande passante des ports en liaison montante grâce à l'utilisation des liaisons Ethernet montantes active-active.

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Optimiser la virtualisation Les modules d'interconnexion Cisco UCS Série 6100 prennent en charge l'architecture VN-Link de Cisco. Cisco VN-Link autorise la connectivité des VM par politique, le déplacement des propriétés réseaux avec les machines virtuelles, et un modèle opérationnel cohérent pour les environnements physiques et virtuels. Stratégie de câblage pérenne des Data Centers Les modules d'interconnexion de fabrique Cisco UCS Série 6100 servent de base à une stratégie de câblage pérenne et à long terme des Data Centers, qui implique l'utilisation de modules d'interconnexion en cuivre pour les câblages intra-baie et intra-pod et de fibre dans les chemins de câbles aériens des Data Centers. Cette stratégie commence par l'utilisation de câbles de cuivre 10 gigabits SPF+ entre le châssis de lames et les modules d'interconnexion de fabrique. Ce produit économique et à faible latence est idéal pour assurer les nombreuses liaisons entre les châssis de lames et leurs modules d'interconnexion associés. La fibre est le moyen d'interconnexion le plus universel pour des longueurs plus importantes au sein d'un Data Center. L'utilisation de fibre dans les chemins de câbles aériens permet d'acheminer un nombre de câbles relativement réduit jusqu'à chaque emplacement de baie d'un Data Center, les câbles étant employés pour différents usages au fil du temps. Contrairement aux liaisons de cuivre, la fibre est plus pérenne. En effet, pratiquement chaque progrès réalisé en matière de débit d'interconnexion commence par être mis en œuvre dans la fibre. Cela signifie que les Data Centers qui font passer de la fibre dans leurs chemins de câbles aériens sont mieux préparés à accueillir les débits LAN et SAN futurs. Modules d'extension Cisco UCS Série 2100 La multiplication des commutateurs dans les systèmes à lames traditionnels fragmente la couche d'accès en rajoutant une nouvelle couche de commutation. Ces commutateurs rajoutent aux coûts d'investissement des systèmes à lames en augmentant les coûts et la complexité de la gestion. Ces coûts et cette complexité augmentent à chaque fois qu'on rajoute un châssis au Data Center. En outre, les systèmes à lames comportent généralement leurs propres commutateurs, dotés de leurs propres ensembles de fonctions et il est difficile, par conséquent, de coordonner la configuration des réseaux et d'appliquer les politiques de manière cohérente entre les différents serveurs et châssis. Cela rend les environnements virtualisés d'autant plus complexes que les machines virtuelles peuvent se déplacer d'un serveur à l'autre. Le module d'extension Cisco UCS 2104XP étend la structure d’E/S jusqu'au châssis de serveurs lames et permet d'accueillir jusqu'à quatre liaisons 10 Gbps entre les serveurs lames et leur module d'interconnexion père, ce qui simplifie les diagnostics, les câblages et la gestion. Le module d'extension multiplexe la totalité du trafic et l'achemine, par le biais d'une architecture transparente (cut-through), sur une à quatre connexions unifiées 10 Gbps. La totalité du trafic est transférée au module d'interconnexion central, les profils réseaux étant gérés de manière efficace par les modules d'interconnexion centraux. Chacun des deux modules d'extension possibles par châssis de serveurs lames possède huit liaisons 10GBASE-KR vers le fond de panier du châssis de lames, avec une liaison vers chaque module d'extension à partir de chacun des huit emplacements courts du châssis (figure 6). Ainsi, chaque serveur lame demi-largeur a accès à chacune des deux connexions unifiées 10 Gbps pour un débit et une redondance maximum.

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Figure 6. Le cœur du module d'extension Cisco UCS Série 2100 est un ASIC qui multiplexe le trafic provenant des huit interfaces 10GBASE-KR sur quatre connexions Ethernet 10 gigabits.

L'utilisation d'un module d’extension est un autre exemple de la simplification radicale qui caractérise Cisco Unified Computing System. Le module d’extension évite d'avoir à utiliser comme couche d'accès un commutateur résidant dans le châssis de lames et géré de manière indépendante. Il permet au module d'interconnexion central de satisfaire l'ensemble des besoins de commutation de la couche d'accès des serveurs connectés, ce qui simplifie la gestion et réduit les coûts. Au plan physique, chaque module d'extension réside dans le châssis de lames et se connecte au fond de panier central. Au plan logique, le module d’extension sert de carte de ligne distribuée (Distributed Line Card) et fait donc intégralement partie du domaine de gestion de commutation contrôlé par Cisco UCS Manager. Le module d'extension ne conserve aucune donnée d’état mais reçoit son micrologiciel et sa configuration directement du commutateur central. Le commutateur et le micrologiciel du module d'extension étant fournis et installés en tant qu'unité unique, il n'existe aucun risque d'incompatibilité entre les versions du micrologiciel. Fonctions supplémentaires du module d'extension Outre la prise en charge de la connectivité des serveurs lames, le module d'extension Cisco UCS Série 2104XP intègre un contrôleur de gestion de châssis qui s'interface avec tous les composants physiques du châssis de lames, notamment les alimentations, les ventilateurs et les capteurs de température. Le module d'extension est également relié au port de gestion de chaque lame à des fins de gestion, de supervision et de mise à jour du micrologiciel. Autrement dit, les modules de gestion ne sont pas des composants séparés qu'il faut acheter. Les avantages de conception du module d'extension sont les suivants :

• Evolutivité : grâce à la possibilité d'accueillir jusqu'à quatre liaisons montantes 10 Gbps par module d'extension de structure, la connectivité réseau peut évoluer en fonction des demandes de charge ; pour cela, il suffit de configurer un plus grand nombre de liaisons montantes pour acheminer le trafic supplémentaire ;

• Haute disponibilité : Un châssis configuré avec deux modules d'extension de structure permet de fournir un environnement réseau à haute disponibilité ;

• Fiabilité : Le module d'extension gère les flux de trafic issus des adaptateurs de réseau unifié en l'acheminant à travers le module d'extension jusqu'à la structure unifiée. Le module d'extension participe à la création d'une architecture sans perte de données qui va de l'adaptateur jusqu'au module d'interconnexion en régulant de façon dynamique les flux de trafic issus des adaptateurs réseaux et entrant dans le réseau.

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• Facilité de gestion : L’architecture basée sur les modules d'extension étend la couche d'accès sans augmenter la complexité ou multiplier les points de gestion, en permettant aux administrateurs de se concentrer d'avantage sur les problèmes stratégiques plutôt que tactiques. Etant donné que le module d'extension gère également les composants du châssis de lames et surveille les conditions ambiantes, le nombre de points de gestion nécessaires est limité et les coûts sont réduits.

• Performances : Le module d'extension Cisco UCS2104XP s’intégre comme une extension transparente au module Cisco UCS Série 6100 auxquels il est connecté. Il procure de ce fait une faible latence, indépendamment de la taille des paquets.

• Optimisation de la virtualisation : Le module d'extension prend en charge l'architecture VN-Link de Cisco. Son intégration aux fonctions VN-Link des autres composants Cisco UCS tels que le module d'interconnexion et les adaptateurs de réseau unifié procure des avantages dans le contexte de la virtualisation des serveurs, tels que le respect d'une politique de sécurité basée sur les machines virtuelles, la mobilité des propriétés réseau, une meilleure visibilité et un diagnostic plus facile des problèmes dans ces environnements virtualisés.

• Pérennisation : La nature modulaire du rôle du module d'extension dans Cisco Unified Computing System permet le développement futur de modules équivalents avec des caractéristiques de bande passante ou de connectivité différentes.

• Economie sur les coûts : La technologie du module d’extension permet de cumuler de façon incrémentielle le coût du réseau unifié, ce qui contribue à réduire les coûts dans les périodes de budgets limités. L'autre solution consiste à mettre en place et à financer une infrastructure de gros réseau à configuration fixe bien avant d'avoir besoin de cette capacité.

Châssis de serveurs lames Cisco UCS Série 5100 Dans la plupart des solutions basées sur les châssis de lames, la complexité de la gestion est accrue par les modules de gestion des châssis et les commutateurs qui résident au niveau des châssis (blade switch). Le châssis de serveurs lames Cisco UCS Série 5100, en revanche, fait logiquement partie des commutateurs centraux, créant ainsi un domaine de gestion unique et cohérent. La gestion des serveurs se fait au niveau du module d'interconnexion de structure, tandis que la gestion des E/S et du réseau s'étend à chaque châssis et serveur lame. Le fait de faire reposer l'infrastructure E/S sur une structure unifiée permet au Cisco Unified Computing System de présenter un châssis simple et rationalisé tout en offrant un lot complet d'options E/S. A l'arrivée, le châssis ne comporte que cinq composants élémentaires, tous sauf le fond de panier central étant échangeables à chaud et réparables par l'utilisateur (figure 7) :

• Châssis physique avec fond de panier central actif et circuit actif de contrôle d'ambiance

• Quatre baies d'alimentation avec entrée d'alimentation à l'arrière et unités d'alimentation redondantes et échangeables à chaud, accessibles depuis le panneau avant

• Huit tiroirs à ventilateurs échangeables à chaud, comportant chacun deux ventilateurs

• Deux emplacements de module d'extension de structure, accessibles par le panneau arrière

• Huit emplacements de serveurs lames, accessibles par le panneau avant.

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Figure 7. Le châssis de serveurs lames Cisco UCS Série 5108 peut accueillir deux types de lames de facteurs de forme différents

Le châssis de serveurs lames comporte un cloisonnement flexible avec des séparateurs amovibles pouvant gérer deux facteurs de forme de serveur lame :

• Les serveurs lames demi-largeur ont accès à l'alimentation et à deux connexions 10GBASE-KR, une pour chaque emplacement de module d'extension ;

• Les serveurs lames pleine largeur se connectent sur l'alimentation et sur deux connexions vers chaque module d'extension.

Conception pérenne du châssis de lames Le châssis de serveurs lames est conçu pour prendre en charge des serveurs lames ayant les processeurs d'architecture x86 parmi les plus puissants qui existent aujourd'hui. Le châssis est prévu pour pouvoir accueillir, à l'avenir, des serveurs lames et des technologies réseau encore plus puissants grâce aux caractéristiques suivantes :

• Quatre alimentations 2 500 W N+1 et N+N à redondance de grille sont prévues pour assurer une efficacité de 92 % et pour fournir un rendement élevé à faible charge. Les alimentations sont également prévues avec une réserve de puissance permettant de recevoir de futurs serveurs lames configurés avec des processeurs susceptibles de tirer jusqu'à 130 W chacun ;

• Grâce à une conception simplifiée, le fond de panier central est ouvert à 63 %. Il s'agit donc d'un modèle efficace où l'air peut circuler directement d'avant en arrière, ce qui limite les zones mortes et les turbulences susceptibles de provoquer des points chauds et de l'inefficacité. Sa conception autorise la circulation d'air nécessaire pour refroidir de futurs serveurs lames fortement demandeurs de dissipation de chaleur ;

• Le fond de panier central est pérenne et peut prendre en charge jusqu'à 40 Gbps de bande passante par liaison.

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Serveurs lames Cisco UCS Série B L'architecture x86 est devenue la norme de facto dans les Data Centers des entreprises en raison de son usage généralisé, de son faible coût et de la disponibilité des logiciels. Les logiciels tels que Microsoft Windows, Linux, des variantes du système d'exploitation UNIX®, et les logiciels de virtualisation tels que VMware ESX Server s'exécutent tous sur des serveurs d'architecture x86. Les serveurs lames Cisco UCS Série B sont conçus pour assurer compatibilité, performances, rendement énergétique, larges empreintes mémoire, facilité de gestion et connectivité E/S unifiée :

• Compatibilité : chaque serveur lame Cisco USC Série B est conçu autour de deux processeurs à cœurs multiples Intel Xeon Série 5500, d'une mémoire DDR3 et d'un pont E/S. Le panneau avant de chaque serveur lame fournit un accès direct à des connexions vidéo, USB 2 et console.

• Performances : les serveurs lames de Cisco utilisent des Intel Xeon série 5500, des processeurs pour serveurs nouvelle génération d'Intel qui délivrent des performances flexibles et procurent une efficacité énergétique automatisée et une virtualisation optimisée. La technologie Intel Turbo Boost augmente automatiquement la puissance de traitement par l'augmentation de la fréquence et l'utilisation d'hyper-flux ("hyperthreading") pour délivrer des performances maximales si la charge l'exige et les conditions thermiques le permettent. La technologie de virtualisation d'Intel permet une prise en charge de premier rang des environnements virtualisés, notamment une prise en charge matérielle pour les connexions directes entre machines virtuelles et périphériques E/S physiques.

• Rendement énergétique : la plupart des charges de travail varient dans le temps. Certaines sont aléatoires d'un moment à l'autre, d'autres au contraire ont des cycles journaliers, hebdomadaires ou mensuels prévisibles. La technologie Intelligent Power d'Intel surveille l'utilisation de la puissance de traitement et réduit automatiquement la consommation énergétique en mettant les cœurs sous-exploités dans un état de faible puissance.

• Prise en charge d'une large empreinte mémoire : au fur et à mesure que chaque génération de processeurs délivre encore plus de puissance pour les applications, la demande de capacité mémoire pour compenser les performances de traitement augmente elle aussi. La généralisation de la virtualisation amplifie les demandes de mémoire d'autant plus qu'il faut exécuter plusieurs instances de systèmes d'exploitation sur le même serveur. Les serveurs lames de Cisco, dotés d'une technologie d'extension de mémoire, peuvent prendre en charge jusqu'à 384 Go par lame.

• Facilité de gestion : Cisco Unified Computing System est géré comme un système homogène. Les serveurs lames sont conçus pour être configurés et gérés par Cisco UCS Manager, qui peut accéder et mettre à jour le micrologiciel de la lame, les paramètres BIOS et les paramètres du contrôleur RAID à partir du module d'interconnexion de structure central Cisco UCS Série 6100. Les paramètres d'ambiance sont également surveillés par Cisco UCS Manager, ce qui permet de réduire le nombre de points de gestion.

• E/S unifiées : chaque serveur lame Cisco UCS Série B est conçu pour prendre en charge un ou plusieurs adaptateurs de réseau consolidé donnant accès à la structure unifiée avec différents niveaux de transparence pour le système d'exploitation. Cette conception permet de réduire quasiment de moitié le nombre d'adaptateurs, de câbles et de commutateurs de couche d'accès car elle supprime le besoin d'avoir des infrastructures parallèles multiples pour le réseau LAN et pour le réseau SAN au niveau de la baie. Cela permet de réduire non seulement les frais d'investissement, mais également les frais d'exploitation sous forme de coûts d'administration, de puissance électrique et de refroidissement.

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Deux offres de serveurs lames Cisco Unified Computing System est annoncé avec deux offres de serveurs lames :

• Le serveur lame à 2 sockets Cisco UCS B200M1 est un serveur lame demi-largeur à deux sockets. Ce système comporte deux processeurs Intel Xeon Série 5500, jusqu'à 96 Go de mémoire DDR3, deux disques optionnels SAS à petit facteur de forme échangeables à chaud, et un unique connecteur mezzanine pour adaptateur de réseau unifié destiné à assurer jusqu'à 20 Gbps de débit E/S. Le serveur allie la simplicité, les performances et la densité pour la virtualisation au niveau de la production et les autres charges principales d'un Data Center ;

• Le serveur lame Cisco UCSB250 M1 à 2 sockets et à extension de mémoire et un serveur lame pleine largeur à deux sockets bénéficiant de la technologie d'extension de mémoire de Cisco. Ce système prend en charge deux processeurs Intel Xeon Série 5500, jusqu'à 384 Go de mémoire DDR3, deux disques optionnels SAS à petit facteur de forme, et deux connexions mezzanine pour adaptateur de réseau unifié destinées à assurer jusqu'à 40 Gbps de débit E/S. Ce serveur maximise les performances et les capacités pour une virtualisation exigeante et des charges liées à de gros volumes de données en augmentant la capacité mémoire et le rendement.

Figure 8. Serveur lame à 2 sockets Cisco UCS B250 M1 et serveur lame à 2 sockets UCS B200 M1 à extension de

mémoire

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