Top of Rack ใน Data Center คือ อะไร?

0
276

Top of Rack เป็นการออกแบบสถาปัตยกรรมอุปกรณ์คอมพิวเตอร์เพื่อใช้เชื่อมต่ออุปกรณ์เครือข่ายในตู้แร็คเดียวกันนิยมวางไว้ด้านบนสุดของตู้แร็ค เช่น Switches ใช้เชื่อมต่อ ซิร์ฟเวอร์ อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ อุปกรณ์ไฟฟ้าและสวิตช์อื่น ๆ  เชื่อมต่อกับสวิตช์เครือข่ายในชั้นวาง ในทางกลับกันสวิตช์เครือข่ายในชั้นวางเชื่อมต่อกับสวิตช์รวมผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสง

ถึงแม้ว่าสวิตช์ top-of-rack (ToR) สามารถวางที่ใดก็ได้ในชั้นวาง แต่เพื่อให้สามารถเข้าใช้งานสายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่เชื่อมต่อสวิตช์ในแร็คเข้ากับสวิตช์รวมได้โดยง่ายๆ ดังนั้นจึงออกแบบให้อยู่ในตำแหน่งใกล้กับด้านบนของชั้นวาง

แม้ไม่มีการกำหนดมาตรฐานใน Top of Rack แต่จริงๆแล้วสวิตช์บนสุดของแร็คเป็นสวิตช์ชนิดต่าง ๆ ชนิดหนึ่งที่อยู่หรือติดตั้งอยู่ภายในชั้นวาง ในการออกแบบระดับบนสุดเซิร์ฟเวอร์เชื่อมต่อกับสวิตช์หนึ่งหรือสองตัว เช่น สวิตช์กิกะบิตอีเทอร์เน็ตหรือสวิตช์ 10GbE ที่ติดตั้งอยู่ภายในชั้นวาง สวิตช์บนสุดของแร็คมักจะวางไว้ที่ด้านบนสุดของแร็คเซิร์ฟเวอร์เพื่อความสะดวกในการเข้าถึงและการจัดการสายเคเบิลที่ง่ายยิ่งขึ้น ซึ่งเป็นที่มาของชื่อนี้ อย่างไรก็ตามสามารถติดตั้งสวิตช์ ToR ได้ทุกที่ภายในแร็คและเชื่อมต่อกับสวิตช์รวมผ่านสายไฟเบอร์ออปติก

เมื่อพูดถึงการเชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์ในศูนย์ข้อมูล สวิตช์ เครือข่ายเป็นส่วนสำคัญ สวิตช์บนสุดของแร็คเป็นที่นิยมอย่างมากในการรองรับพลังงานที่จำเป็นสำหรับการติดตั้งขนาดใหญ่และการออกแบบ ToR นั้นสะดวกสำหรับเซิร์ฟเวอร์ที่จะเชื่อมต่อ

ชั้นวางและเชื่อมต่อกับสวิตช์รวม ผ่านสาย Fiber Optic

โดยปกติสวิตช์ชั้นบนสุดของแร็คจะได้รับการกำหนดพื้นที่ไม่มาก เช่น 1RU / 2U ลักษณะสำคัญ คือ สายแลนทั้งหมดอยู่ในชั้นวางและส่วนใหญ่ของสายเคเบิลที่เชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์กับสวิตช์ชั้นวางเป็นสายแพตช์ RJ45 สั้นๆ อย่างไรก็ตามมีสายเคเบิลไฟเบอร์จำนวนหนึ่งที่ใช้ในชั้นวางด้วยเพื่อเชื่อมโยงชั้นวางเข้ากับเครือข่ายศูนย์ข้อมูล สายเคเบิลไฟเบอร์ในแต่ละชั้นให้ความยืดหยุ่นและการป้องกันได้ดีกว่าสายทองแดงเนื่องจากความสามารถพิเศษในการส่งสัญญาณแบนด์วิดธ์ที่สูงขึ้นด้วยระยะทางที่ไกลกว่า ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่และราคาแพงของการเดินสายทองแดงระหว่างชั้นวางและทั่วทั้งศูนย์ข้อมูล

ตัวเลือกการปรับใช้ ToR
ในการปรับใช้ศูนย์ข้อมูลที่มีความหนาแน่นสูงสวิตช์ในชั้นวางจะถูกวางไว้ในทุกชั้นวางและในกรณีส่วนใหญ่จะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์เน็ตเวิร์ค เช่น เซิร์ฟเวอร์ โลหะเปลือยหรือแชสซีเซิร์ฟเวอร์เบลด แต่ละสวิตช์ในชั้นวางจะเชื่อมต่อกับบล็อกสวิตช์การรวมโดยใช้ไฟเบอร์ การเชื่อมต่อภายในชั้นวางอาจเป็นการรวมกันของสายทองแดง ไฟเบอร์หรือสายเคเบิลที่เข้าถึงได้โดยตรง

ท่ามกลางความสามารถอื่น ๆ สวิตช์ ToR จัดการการดำเนินงานรวมถึงเลเยอร์ 2 และเลเยอร์ 3 รวมถึงการส่งต่อแพ็คเก็ตการเชื่อมศูนย์ข้อมูลและการส่งสัญญาณ Fibre Channel ผ่านอีเธอร์เน็ตสำหรับแร็คของเซิร์ฟเวอร์

ข้อดีและข้อเสียของการสลับ ToR
ToR ให้ประโยชน์มากมาย แต่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง ความซับซ้อนในการเดินสายลดลง เนื่องจากเซิร์ฟเวอร์ทั้งหมดเชื่อมต่อกับสวิตช์บนชั้นวางเดียวกันและมีเพียงไม่กี่สายที่ต้องวิ่งออกจากชั้นวางเพื่อเข้าถึงสวิตช์รวม ความยาวสายเคเบิลและปริมาณของสายเคเบิลลดลง การออกแบบ ToR สามารถอัพเกรดเป็น 10 Gigabit Ethernet (GbE), 40 GbE หรือ 100 GbE ได้อย่างง่ายดาย โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายมากนักหรือไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนสายเคเบิล

ประโยชน์อื่น ๆ ของ ToR รวมถึงการรวมสวิตช์เครือข่ายหนึ่งตัวสำหรับสองหรือสามชั้นวาง หากเป็นชั้นวางที่ปรับใช้แบบหนาแน่นต่ำ ในอินสแตนซ์อื่นสถาปัตยกรรม ToR ช่วยเพิ่มการปรับใช้แบบแยกส่วน ชั้นวางประกอบสำเร็จรูปพร้อมสายเคเบิลและสวิตช์ที่จำเป็นทั้งหมดสามารถเชื่อมต่อและนำไปใช้งานได้อย่างรวดเร็วในไซต์

ต้นทุนและค่าบำรุงรักษาอาจสูงขึ้น สถาปัตยกรรมแบบกระจายของการออกแบบ ToR ความต้องการสวิตช์ทางกายภาพเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังมีความเป็นไปได้ที่สวิตช์ ToR หลายตัวอาจยกเลิกการใช้งานไม่ได้ ซึ่งอาจส่งผลให้การใช้พลังงานที่ไม่จำเป็นและการระบายความร้อนเพิ่มขึ้น โดยไม่ได้รับประโยชน์โดยตรงกับประสิทธิภาพ ท้ายที่สุดถ้าสถาปัตยกรรม ToR เรียกใช้สวิตช์ในชั้นวางเดียวที่จะปรับใช้ต่อชั้นวางหากสวิตช์นั้นล้มเหลวชั้นวางทั้งหมดจะถูกออฟไลน์

ToR สลับกับจุดสิ้นสุดของการสลับแถว
ToR และ end-of-row (EoR) การสลับเป็นทั้งตัวเลือกยอดนิยมสำหรับศูนย์ข้อมูลและการจัดการเครือข่ายอื่น ๆ ที่เรียกใช้เซิร์ฟเวอร์จำนวนมากเพื่อเชื่อมต่อ การสลับ EoR แตกต่างจากการสลับ ToR เนื่องจากการออกแบบ EoR เรียกร้องให้เซิร์ฟเวอร์แต่ละเครื่องในชั้นวางเชื่อมต่อโดยตรงกับสวิตช์รวมทั่วไป โดยไม่ต้องเชื่อมต่อกับสวิตช์แต่ละตัวภายในชั้นวาง

EoR ออกแบบเกือบทุกครั้งต้องใช้สายเคเบิลแนวนอนขนาดใหญ่กว่ามาก บ่อยครั้งที่จะมีสวิตช์ EoR หลายตัวในศูนย์ข้อมูลต่อหนึ่งแถวหรือบางครั้งหนึ่งเพื่อเชื่อมต่อจำนวนชั้นวางที่แน่นอน อย่างไรก็ตามหากโรงงานเคเบิลอยู่ในศูนย์ข้อมูลที่มีอยู่แล้วก็มักจะง่ายขึ้นและคุ้มค่ามากขึ้นในการนำกลับมาใช้ใหม่ เมื่อมีการอัพเกรดฮาร์ดแวร์สวิตช์ สิ่งนี้ตรงข้ามกับการริปและแทนที่โรงงานเคเบิลแนวนอนเพื่อแปลงเป็นสายเคเบิล ToR ดังนั้นค่าใช้จ่ายในการเดินสายอีกครั้งนอกเหนือจากค่าใช้จ่ายด้านทุนที่แพงกว่าเนื่องจากความต้องการฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมของสถาปัตยกรรม ToR สามารถทำให้ผู้ให้บริการดาต้าเซ็นเตอร์แกว่งไปแกว่งมากับสถาปัตยกรรม EoR แต่ถ้านี่คือการปรับใช้ศูนย์ข้อมูลสีเขียวที่ไม่มีโรงงานเคเบิล EoR ที่มีอยู่ประโยชน์ด้านความยืดหยุ่นของสถาปัตยกรรม ToR แทนที่การเพิ่มขึ้นเล็กน้อยของค่าใช้จ่ายด้านฮาร์ดแวร์

ข้อดีและข้อเสียของ ToR

ข้อดี ToR

ลดความซับซ้อนของระบบการเดินสายให้น้อยลงเนื่องจากเซิร์ฟเวอร์ทั้งหมดเชื่อมต่อกับสวิตช์ภายในชั้นวางเดียวกัน
ลดความยาวของสายเคเบิลเพื่อให้การจัดการสายเคเบิลสะอาดและเป็นระเบียบ เนื่องจากแต่ละเซิร์ฟเวอร์ไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับสวิตช์การรวมด้วยตัวเองโดยใช้สายเคเบิลที่ยาว

การออกแบบ ToR นี้สามารถอัพเกรดให้ใช้งานเครือข่ายในระดับที่สูงขึ้นได้ เช่น 40GE หรือ 100GE ในอนาคตด้วยค่าใช้จ่ายต่ำสุดและการเปลี่ยนแปลงสายเคเบิลที่มีอยู่ในปัจจุบัน

รองรับการปรับใช้ชั้นวางดาต้าเซ็นเตอร์แบบแยกส่วนเนื่องจากแต่ละชั้นสามารถสร้างขึ้นมาพร้อมกับการเปิดใช้งานหรือสวิตช์ที่จำเป็นทั้งหมดและสามารถนำไปใช้งานได้อย่างรวดเร็วบนไซต์

ข้อเสีย ToR

จำเป็นต้องมีสวิตช์ระดับบนสุดในการติดตั้งดังกล่าวพร้อมกับค่าบำรุงรักษาที่สูงขึ้น

ทำให้เสียทรัพยากรในส่วนที่ไม่ใช้งาน เนื่องจากพอร์ตที่ไม่ได้ใช้งานในแต่ละชั้นวางเนื่องจากการกำหนดค่าคงที่บนสวิตช์ด้านบนสุดของชั้นวางและเซิร์ฟเวอร์ที่แตกต่างกัน

ยากต่อการตระหนักถึงการขยายที่ไม่ได้วางแผนไว้ภายในชั้นวาง