Блейд коммутатор что это

Обновлено: 09.01.2025

Уникальная физическая конструкция. Архитектура блейд-систем основана на детально проработанной уникальной физической конструкции. Совместное использование таких ресурсов, как средства питания, охлаждения, коммутации и управления, снижает сложность и ликвидирует проблемы, которые характерны для более традиционных стоечных серверных инфраструктур. Физическая конструкция блейд систем предполагает размещение блейд серверов в специальном шасси и основным ее конструктивным элементом является объединительная панель. Объединительная панель разработана таким образом, что она решает все задачи коммутации блейд серверов с внешним миром: с сетями Ethernet, сетями хранения данных Fiber Channel, а также обеспечивает взаимодействие по протоколу SAS (SCSI) с дисковыми подсистемами в том же шасси . Шасси для блейдов также позволяет размещать в нем необходимые коммутаторы Ethernet или Fiber Channel для связи с внешними сетями. Выход на эти коммутаторы из блейд серверов обеспечивают предустановленные или устанавливаемые дополнительно контроллеры. Средства коммутации во внешние сети, интегрированные в общую полку, значительно сокращают количество кабелей для подключения к ЛВС и SAN, чем традиционным стоечным серверам. Блейд сервера имеют общие средства питания и охлаждения. Размещение систем питания и охлаждения в общей полке, а не в отдельных серверах, обеспечивает снижение энергопотребления и повышение надежности.

Лучшие возможности управления и гибкость. Блейд-серверы принципиально отличаются от стоечных серверов тем, что серверная полка имеет интеллект в виде модулей управления, который отсутствует в стойках при размещении традиционных серверов. Для управления системой не требуется клавиатура, видео и мышь. Управление блейд системой осуществляется с помощью централизованного модуля управления и специального процессора удаленного управления на каждом блейд-сервере. Система управления шасси и серверами как правило имеют достаточно удобное программное обеспечение для управления. Появляются возможности удаленно управлять всей "Blade"-системой, в том числе управление электропитанием и сетью отдельных узлов.

Масштабируемость – при необходимости увеличение производительных мощностей, достаточно приобрести дополнительные лезвия и подключить к шасси . Серверы и инфраструктурные элементы в составе блейд-систем имеют меньший размер и занимают меньше места, чем аналогичные стоечные решения, что помогает экономить электроэнергию и пространство, выделенное для ИТ. Кроме того, благодаря модульной архитектуре, они являются более удобными во внедрении и модернизации.

Повышенная надежность. В традиционных стоечных средах для повышения надежности устанавливается дополнительное оборудование, средства коммутации и сетевые компоненты, обеспечивающие резервирование, что влечет за собой дополнительные расходы. Блейд-системы имеют встроенные средства резервирования, например предполагается наличие нескольких блоков питания, что позволяет при выходе из строя одного блока питания, обеспечивать бесперебойную работу всех серверов, расположенных в шасси . Также дублируются и охлаждающие компоненты. Выход из строя одного из вентиляторов не приводит к критическим последствиям. При выходе одного сервера из строя системный администратор просто заменяет лезвие на новое и затем в дистанционном режиме инсталлирует на него ОС и прикладное ПО.

Снижение эксплуатационных расходов. Применение блейд-архитектуры приводит к уменьшению энергопотребления и выделяемого тепла, а также к уменьшению занимаемого объема. Помимо уменьшения занимаемой площади в ЦОД, экономический эффект от перехода на лезвия имеет еще несколько составляющих. Поскольку в них входит меньше компонентов, чем в обычные стоечные серверы, и они часто используют низковольтные модели процессоров, что сокращаются требования к энергообеспечению и охлаждению машин. Инфраструктура блейд-систем является более простой в управлении, чем традиционные ИТ- инфраструктуры на стоечных серверах. В некоторых случаях блейд-системы позволили компаниям увеличить количество ресурсов под управлением одного администратора (серверы, коммутаторы и системы хранения) более чем в два раза. Управляющее программное обеспечение помогает ИТ-организациям экономить время благодаря возможности эффективного развертывания, мониторинга и контроля за инфраструктурой блейд-систем. Переход к серверной инфраструктуре, построенной из лезвий, позволяет реализовать интегрированное управление системы и отойти от прежней схемы работы Intel-серверов, когда каждому приложению выделялась отдельная машина. На практике это означает значительно более рациональное использование серверных ресурсов, уменьшение числа рутинных процедур (таких, как подключение кабелей), которые должен выполнять системный администратор, и экономию его рабочего времени

Появление систем и сетей хранения данных

Другой особенностью современной истории развития вычислительных систем, наряду с появлением блейд-серверов, стало появление специализированных систем и сетей хранения данных. Внутренние подсистемы хранения серверов часто уже не могли предоставить необходимый уровень масштабируемости и производительности в условиях лавинообразного наращивания объемов обрабатываемой информации. В итоге появились внешние системы хранения данных, ориентированные сугубо на решение задач хранения данных и предоставление интерфейса доступа к данным для их использования.

Система Хранения Данных (СХД) - это программно-аппаратное решение по организации надёжного хранения информационных ресурсов и предоставления к ним гарантированного доступа.

Системы хранения данных представляют собой надежные устройства хранения, выделенные в отдельный узел. Система хранения данных может подключаться к серверам многими способами. Наиболее производительным является подключение по оптическим каналам (Fiber Channel), что дает возможность получать доступ к системам хранения данных со скоростями 4-8 Гбит/сек. Системы хранения данных так же имеют резервирование основных аппаратных компонент – несколько блоков питания, raid контроллеров, FC адаптеров и оптических патчкордов для подключения к FC коммутаторам.

Рис. 1.3. Типичная Система хранения данных начального уровня (Sun StorageTek 6140)

Отметим основные преимущества использования СХД:

Высокая надёжность и отказоустойчивость – реализуется полным или частичным резервированием всех компонент системы (блоков питания, путей доступа, процессорных модулей, дисков, кэша и т.д.), а также мощной системой мониторинга и оповещения о возможных и существующих проблемах;

Высокая доступность данных – обеспечивается продуманными функциями сохранения целостности данных (использование технологии RAID, создание полных и мгновенных копий данных внутри дисковой стойки, реплицирование данных на удаленную СХД и т.д.) и возможностью добавления (обновления) аппаратуры и программного обеспечения в беспрерывно работающую систему хранения данных без остановки комплекса;

Мощные средства управления и контроля – управление системой через web-интерфейс или командную строку, выбор нескольких вариантов оповещения администратора о неполадках, полный мониторинг системы, работающая на уровне "железа" технология диагностики производительности;

Высокая производительность – определяется числом жёстких дисков, объёмом кэш-памяти, вычислительной мощностью процессорной подсистемы, числом внутренних (для жёстких дисков) и внешних (для подключения хостов) интерфейсов, а также возможностью гибкой настройки и конфигурирования системы для работы с максимальной производительностью;

Беспроблемная масштабируемость – обычно существует возможность наращивания числа жёстких дисков, объёма кэш-памяти, аппаратной модернизации существующей системы хранения данных, наращивания функционала с помощью специального ПО, работающего на стойке, без значительного переконфигурирования или потерь какой-то функциональности СХД. Этот момент позволяет значительно экономить и более гибко проектировать свою сеть хранения данных.

Сегодня системы хранения данных являются одним из ключевых элементов, от которых зависит непрерывность бизнес-процессов компании. В современной корпоративной ИТ-инфраструктуре СХД, как правило, отделены от основных вычислительных серверов, адаптированы и настроены для различных специализированных задач. Системы хранения данных реализуют множество функций, они играют важную роль в построении систем оперативного резервного копирования и восстановления данных, отказоустойчивых кластеров, высоко доступных ферм виртуализации.

Сети хранения данных

Движущей силой для развития сетей хранения данных стал взрывной рост объема деловой информации (такой как электронная почта, базы данных и высоконагруженные файловые сервера), требующей высокоскоростного доступа к дисковым устройствам на блочном уровне. Ранее на предприятии возникали "острова" высокопроизводительных дисковых массивов SCSI. Каждый такой массив был выделен для конкретного приложения и виден ему как некоторое количество "виртуальных жестких дисков". Сеть хранения данных (Storage Area Network или SAN) позволяет объединить эти "острова" средствами высокоскоростной сети. Основу SAN составляет волоконно-оптическое соединение устройств по интерфейсу Fibre Chanel, обеспечивающее скорость передачи информации между объектами 1,2,4 или 8 Gbit/sec. Сети хранения помогают повысить эффективность использования ресурсов систем хранения, поскольку дают возможность выделить любой ресурс любому узлу сети. Рассмотрим основные преимущества SAN:

Прогресс не стоит на месте, и высокопроизводительная вычислительная техника - один из его передовых фронтов. Коснулось это и серверного оборудования: информации становилось все больше, потребность в ее обработки и хранении росла, и вот в самом начале 21 века был создан первый блейд-сервер, призванный уплотнить вычислительные мощности.

Произошло это уже больше пятнадцати лет назад, а зачем блейды нужны и стоит ли такой заводить в серверной осознали пока не все. Секрет "уплотнения" очень прост: устройство разделяется на две неравные части - общую корзину и, собственно, "тонкие" серверы необычного формата, так называемые "лезвия"; и все, что можно, выносится в корзину - охлаждение, питание и т.д. В результате на место одного большого сервера у нас помещается корзина блейда с пятью, десятью, шестнадцатью, а то и двадцатью серверами-лезвиями.

Звучит впечатляюще! Однако, как и любое сложное оборудование, этот формат требует грамотного подхода, а те, кто решат, что "блейд" - серверная панацея, и нужно просто выбросить все rack- и tower-устройства, будет разочарован.

Кому не нужен блейд

Начать лучше всего с того, что блейд-сервер - явление не столько "ультра-крутое", сколько специфическое. Да, полностью укомплектованный Blade-формат может вызвать восторг уже тем, что это очень мощное устройство, до производительности которого не каждая IT-инфраструктура дорастет.
Но, увы, многим предприятиям ничего подобного и не нужно: малым компаниям, даже уже имеющим свою IT-инфраструктуру, вряд ли пригодится и половина таких мощностей, а средним компаниям даже уже нужного уровня потребностей может не понравиться одна из тех уязвимостей, которые являются естественным продолжением плюсов блейда. Что же это за уязвимости?

Хотя в рамках одной корзины и можно создавать отказоустойчивую систему, она вместе со всей своей надежностью встанет, если откажет не сервер, а, собственно, корзина. Да: объединение охлаждения и питания это дополнительная уязвимость, причем сразу для всех лезвий!
Блейд-сервер, не забитый лезвиями до предела, не оправдывает вложений, так что если думаете, что он вам нужен - прикидывайте затраты сразу со всеми лезвиями целиком.
Если у вас появится необходимость создать территориально разведенный кластер, то блейд тут вам сможет помочь. Еще один - придется покупать новое шасси!
Если вам вдруг потребуется одно мощное лезвие с несколькими процессорами или жесткими дисками, то увы - это сведет все плюсы плотности к нулю.
В конце концов, это дорогое удовольствие! Каждое лезвие стоит не дешевле нормального сервера, а вот корзина втрое дороже.

Так что если вы присматриваетесь к блейду, то присмотритесь как следует.

Кому же он тогда нужен?

Плюсы блейдов начинаются с масштабных проектов:

Везде, где действительно нужна плотность вычисления, нужен блейд. Ни одна обычная IT-инфраструктура на самых производительных 1U-серверах не побьет по плотности один blade!
Естественно, что с масштабами приходит и трудность в управлении. Эту проблему блейд тоже решает. Все лезвия управляется централизованно, и когда серверов уже не пять и не десять - это существенный плюс.
Легкость в масштабировании в пределах корзины. Впрочем, если проект по-настоящему крупный, то и целыми корзинами масштабирование тоже осуществимо.
Аккуратность в укладке кабеля. В обычной серверной иногда можно запутаться в мотках проводов и никогда из них уже не выпутаться; блейды же немалую часть этой проводки попросту включают в корзины.

В общем, если речь идет о крупном хостере, расширяющейся корпорации, центре обработки данных - блейду равных не будет.

В настоящее время существует большой класс задач, требующих высокой концентрации вычислительных средств. К ним могут относиться как сложные ресурсоемкие вычисления (научные задачи, математическое моделирование, вычислительный поиск), так и обслуживание большого числа пользователей (распределенные базы данных, Интернет-сервисы и хостинг, серверы приложений).

Мощность вычислительного центра можно сделать больше, увеличив производительность отдельных вычислительных модулей или их количество. В настоящее время преобладает вторая тенденция, и усилия разработчиков направлены, прежде всего, на внедрение параллельных вычислений.

Это связано с тем, что поскольку сейчас производительность центрального процессора очень высока при относительно низкой стоимости, рациональнее использовать для решения большинства задач кластерные конфигурации, а не сложные многопроцессорные системы. В будущем, скорее всего, эта тенденция сохранится (надеяться на это позволяет появление многоядерных центральных процессоров, еще более сокращающих разрыв в вычислительной мощности между специализированными решениями и простыми серверами с двумя — четырьмя центральными процессорами).

Увеличение числа вычислительных модулей в вычислительном центре требует новых подходов к размещению серверов. Применение кластерных решений приводит к росту затрат на помещения для центров обработки данных, их охлаждение и обслуживание.

Решить некоторые из этих проблем поможет новый тип серверов — модульные, чаще называемые Blade-серверами, или серверами-лезвиями (blade — лезвие). Набирающие популярность Blade-серверы - это воистину серверы XXI века (их первые модели были разработаны в 2001 г.), преимущества которых изготовители описывают с помощью правила «1234». Оно звучит так: по сравнению с обычными серверами при сравнимой производительности Blade-серверы занимают в два раза меньше места, потребляют в три раза меньше энергии и обходятся в четыре раза дешевле.

Итак, что представляет собой Blade-сервер? Прежде всего стоит привести определение IDC: аналитическая компания называет лезвием (Blade-сервером) модульную одноплатную компьютерную систему, включающую процессор и память. Лезвия вставляются в специальное шасси (или полку) с объединительной панелью (backplane), обеспечивающей им подключение к сети и подачу электропитания. Это шасси с лезвиями, по мнению IDC, является Blade-системой. Оно выполнено в конструктиве для установки в стандартную 19-дюймовую стойку и в зависимости от модели и производителя, занимает в ней 3U, 6U или 10U (один U - unit, или монтажная единица, равен 1,75 дюйма). За счет общего использования таких компонентов, как источники питания, сетевые карты и жесткие диски, Blade-серверы обеспечивают более высокую плотность размещения вычислительной мощности в стойке по сравнению с обычными тонкими серверами высотой 1U и 2U, такими как dell pe r210 или dell pe r410.

Фактически блейд система состоит из следующих компонентов

Blade-серверы (фактически это обычные серверы без блока питания, с пассивными радиаторами и без PCI разьемов – убраны все «лишние компоненты»)
Корпус и пассивный Backplane (плата обеспечивающая коммутацию установленного оборудования)
Системы питания и охлаждения (вентиляторы блоки питания)
Внешние коммутационные устройства(Ethernet, FC, Infiniband)

Вместо обычных PCI(PCI-E, PCI-X) плат в сервер вставляются мезонинные карты, которые позволяют использовать интерфейсы FC, Infiniband, SAS, или дополнительные порты Ethernet, при наличии в шасси соответствующего внешнего коммутационного модуля.

Типичный Blade сервер: нет ни блока питания, ни вентиляторов - ничего лишнего!

Тем не менее, по данным аналитиков, повышенная плотность лезвий сейчас отходит на второй план и их главным преимуществом для корпоративного сектора становится улучшение управляемости серверов с более высокой степенью автоматизации их обслуживания. Переход к серверной инфраструктуре, построенной из лезвий, позволяет реализовать интегрированное управление системы и отойти от прежней схемы работы Intel-серверов, когда каждому приложению выделялась отдельная машина. На практике это означает значительно более рациональное использование серверных ресурсов, уменьшение числа рутинных процедур (таких, как подключение кабелей), которые должен выполнять системный администратор, и экономию его рабочего времени.

Типичное 10U шасси для 10 Blade-серверов

Кроме того, Blade-серверы намного проще обслуживать, чем обычные стоечные серверы, — например, при выходе машины из строя системный администратор просто заменяет лезвие на новое и затем в дистанционном режиме инсталлирует на него ОС и прикладное ПО. В настоящее время разработчики пакетов для управления Blade-серверами реализуют в своих продуктах не только возможности автоматического развертывания на новых серверах ОС и приложений, но и функции быстрого обновления установленного ПО или инсталляции программных “заплаток”.

Blade-серверы являются крайне эффективным решением для экономии пространства в центрах обработки данных (ЦОД), а также с точки зрения их консолидации и перехода к централизованному управлению серверным парком. Например, системный администратор может управлять шасси с лезвиями как одним объектом и по мере роста нагрузок увеличивать его вычислительную мощность, добавляя новые лезвия. Кроме того, поскольку обычно в шасси предусмотрена возможность установки сетевых коммутаторов, эта опция позволяет провести и консолидацию сетевых ресурсов ЦОД.

Помимо уменьшения занимаемой площади в ЦОД, экономический эффект от перехода на лезвия имеет еще несколько составляющих. Поскольку в них входит меньше компонентов, чем в обычные стоечные серверы, и они часто используют низковольтные модели процессоров, то сокращаются требования к энергообеспечению и охлаждению машин. Как уже говорилось выше, экономится рабочее время администратора, который в результате успевает обслуживать больше объектов, и поэтому при росте серверного парка, предприятию не обязательно нанимать еще одного администратора. Наконец, хотя при переходе к архитектуре Blade-серверов вместе с самими лезвиями нужно приобретать и шасси, благодаря совместному использованию его компонентов дальнейшее масштабирование Blade-системы требует меньше затрат, чем системы из стоечных серверов, и шасси с пятью — десятью лезвиями обходится дешевле аналогичного числа обычных стоечных машин.

Преимущества использования Blade-серверов можно выразить следующим списком:

уменьшение стоимости и повышение надежности системы питания и охлаждения;
сокращение количества коммутационных проводов;
повышение удобства управления системой;
уменьшение занимаемого объема;
уменьшение энергопотребления и выделяемого тепла;
высокая масштабируемость;
гибкость.

Разумеется «Blade» имеют и недостатки:

отсутствие общего стандарта и общей платформы. Для пользователей это выражается в невозможности установить, например, Blade-сервер SUN в шасси IBM;
одна точка отказа в большинстве Blade-систем: само шасси — это точка отказа системы. Если шасси отказывает, то простаивают все установленные в него «лезвия», что, несомненно, наносит значительный урон бизнесу их владельца. Однако, надо понимать, что само шасси (корпус и backplane) это пассивный компонент повредить который можно лишь только физически;
«Blade» неэффективны для решения задач, требующих малого числа серверов (например, двух или трех). В этом случае выгоднее использовать обычные серверы, не переплачивая за шасси;
ограниченный класс приложений, выполняемых «Blade`ами»: поскольку Blade-серверы комплектуются одним или двумя процессорами, задачи, оптимизированные для традиционных серверов с большим числом процессоров, сложно переносить на «Blade»;
плохие возможности внутренней расширяемости Blade-серверов: отсутствие возможности устанавливать платы расширения в серверы (возможность установить одну низкопрофильную PCI –плату в некоторых моделях), малые объёмы оперативной памяти.
ограниченный размер внутренней дисковой подсистемы – сервер как правило имеет разъем под 2 жестких диска 2,5. Это связано с тем, блейд серверы применяются под задачи виртуализации и подразумевается использование внешнего массива.

В целом, внедрение Blade-серверов приносит больше положительного эффекта, оно экономически выгодно. Однако, традиционно, введению новшества сопротивляется человек. Большинство компаний опасается приобретать Blade-системы, предпочитая проверенные временем стоечные или башенные серверы. Но с каждым годом объём продаж Blade-серверов растёт, появляется всё больше решений на их основе.

Блейд-сервер или blade server (от англ. blade — «лезвие») – это современное решение в серверной архитектуре, возможность значительно уменьшить объём оборудования без ущерба производительности. Такой подход имеет ряд достоинств и недостатков, о которых мы расскажем ниже. Но начнём с того – в чём суть проблемы, что заставило разработчиков переходить на «лезвийную» архитектуру.

Причины появления blade server

Закономерная тенденция развития серверных систем – это постоянный рост мощности оборудования. Это новые процессоры, память, системы хранения, коммуникационные шины. В тоже время, постоянный рост требований приводит к необходимости расширения оборудования, использованию всё большего количества площадей. При этом большинство серверов не загружено и на 50% а три четверти администраторов заняты исключительно поддержкой работы установленного оборудования. Поэтому современные системы нуждаются в повышении эффективности работы.

Можно просто увеличить количество серверов в стойках. Но пропорционально увеличивается тепловая отдача, количество коммуникационных кабелей, потребляемая энергия и, что особо важно, требуется больше места. Без появления новых революционных технологий это является закономерным результатом увеличения мощности, но есть возможность оптимизировать и улучшить эффективность работы оборудования, минимизировать требования к площади, стоимость аренды которой является одной из основных статей расходов для владельцев серверов. Хорошие возможности для решения этих задач предоставляют блейд-серверы.

Особенности конструкции

Если рассматривать сугубо с точки зрения используемых компонентов, то блейд сервер не демонстрирует никаких прорывных технологий. Его достоинства в другом – компактности их размещения, высокой концентрации компонентов на единицу площади. Для этого потребовалась длительная разработка и оптимизация решений, а итогом стала сравнительно простая, но интересная конструкция блейд-сервера.

Основные компоненты:

Корпус, в котором размещаются «лезвия» blade server. По сути, это шасси под унифицированные модули, которые можно быстро заменить, в том числе и «горячим» способом.

Модули-лезвия. Фактически это обычные серверы, размещенные в специальных корпусах, что позволило значительно уменьшить их размер.

Блоки питания, соединения и другие дополнительные модули.

Особенность конструкции является размещение всех дополнительных систем за пределами коробки. Это охлаждение, питание, жесткий диск и др. В самом корпусе блейд-сервера обязательно должен быть только процессор и оперативная память, всё остальное может быть вынесено за его пределы. Такая архитектура обеспечивает эффективную работу в массиве, но неприемлема в качестве одиночной системы.

В итоге, все объёмные, занимающие много места, элементы с избыточным выделением тепла расположены за пределами блейд-модулей. При этом их мощность можно распределить между «лезвиями». Кроме того, можно «виртуализировать» отдельные элементы, создать отдельные консоли управления, распределить входные и выходные порты и т. д. Всё это обеспечивает компактность, позволяет получить максимальную отдачу с минимума площади. Но при этом требуется решение нетривиальных задач, что предъявляет высокие требования к компетенции монтажников. Дороже и стоимость блейд-сервера в сравнении с аналогичным по мощности оборудованием с обычной архитектурой. Но это вполне разумные инвестиции, которые окупаются плотностью размещения и уменьшением расходов на обслуживание инфраструктуры.

Читайте также: