El concepto de virtualización se está extendiendo en muchos aspectos de la tecnología de la información.

Servidores, switches, almacenamiento, redes y clientes se encuentran todos en una hoja de ruta de virtualización. Pero el movimiento de virtualización está arraigado en los servidores, y la virtualización de los servidores es la que más afecta a las redes de centros de datos.
La virtualización de servidores contrarresta la tendencia a utilizar dispositivos específicos como servidores, que tuvo éxito porque los dispositivos son útiles y fáciles de implementar. Pero en general, los dispositivos no son eficaces. Puesto que los dispositivos están optimizados para una función, muchos de ellos carecen de futuro y están sujetos a actualizaciones. O quizá peor, la proliferación de dispositivos ha creado cargas de administración cada vez mayores, extensas redes de centros de datos y cargas termoeléctricas altas.
La solución al problema de la infrautilización es la virtualización, y la esencia de la virtualización es una capa de abstracción de software denominada Hypervisor. Hypervisor se encuentra entre el hardware y el sistema operativo. La virtualización permite que varios sistemas operativos y aplicaciones cohabiten en una plataforma informática física. En el gráfico muestra un ejemplo de virtualización con tres servidores lógicos en una misma plataforma. La virtualización de servidores, especialmente cuando se une a la tecnología blade, aumenta la densidad de computación y almacenamiento al tiempo que hace que los activos de TI sean más flexibles. 

La descripción de un servidor virtualizado en la Figura 1 implica una relación cliente-servidor tradicional con el usuario. Existen connotaciones de virtualización con una separación interesante de la computación y la interfaz de usuario. Este artículose centra en la virtualización de servidores y sus efectos dentro del centro de datos.

Los servidores virtualizados admitirán la gama completa de aplicaciones empresariales, aplicaciones multimedia, almacenamiento y servicios de gestión y control. La adopción de la virtualización es cada vez más rápida. En febrero de 2010, Microsoft® informó de que el 20% de servidores entregados estaban virtualizados. VMware®, líder de productos de Hypervisor, informó de que los clientes habían virtualizado el 25% de sus servidores. Nadie sabe cuánto crecerá la virtualización, pero los distribuidores y analistas prevén un aumento tres veces superior en los próximos cinco años.

La virtualización no se limita a grandes empresas. Los nuevos productos que unifican computación, redes y almacenamiento están diseñados para sacar el máximo partido a las ventajas de la virtualización para organizaciones en nube y medianas empresas.

Plataforma de servidor virtualizado
Las familias de controladores de alta velocidad Broadcom NetXtreme® I y NetXtreme II® ofrecen características de virtualización de red avanzadas diseñadas para ayudar a los clientes a crear e implementar productos para una amplia gama de perfiles de aplicaciones. La cuota de mercado líder de Broadcom, con más del 70% en los segmentos del mercado de controladores de red 1G y 10G, es el resultado de la correcta implementación de la virtualización de redes en los principales mercados en crecimiento. Estos mercados incluyen servidores de aplicaciones Web 2.0 de alto rendimiento, sistemas de negociación financiera de baja latencia y conjuntos de computación en nube de alta densidad.

La virtualización de controladores de red permite a los usuarios consolidar sus recursos de hardware de red y poner en funcionamiento varias máquinas virtuales simultáneamente sobre hardware consolidado. La virtualización proporciona también al usuario un gran conjunto de funciones como E/S compartida, consolidación, aislamiento y migración, así como administración simplificada con posibilidad de trabajo en equipo y migración en caso de fallo.

Broadcom ha colaborado con proveedores de diversos productos de máquina virtual (VM), incluidos VMWare Vsphere, Microsoft Hyper-V™, Redhat® KVM y Citrix® Xen, para proporcionar un amplio conjunto de funcionalidades de virtualización de red necesarias para la adopción de 10GBASE-T en centro de datos y entornos de nube. La funcionalidad y características indicadas a continuación eliminan los cuellos de botella de la virtualización y mejoran el rendimiento del sistema gracias a sus funciones adicionales:

•    Descargas sin estado: los controladores de red Broadcom Ethernet admiten descargas sin estado como:
-    Descarga de suma de comprobación CP (CSO), que permite a los adaptadores de red computar la suma de comprobación TCP en
transmisión y recepción.
-    Gran descarga de envío (LSO) TCP, que permite a la capa TCP crear un mensaje TCP de hasta 64 KB de longitud y enviarlo en una llamada a la pila a través de IP y el controlador del dispositivo Ethernet, evitando a  la CPU del host tener que computar  la suma de comprobación en un entorno virtual.
•    Compatibilidad con jumbo frame: en entornos virtuales, el uso de jumbo frame permite ahorrar CPU gracias a la reducción de interrupciones y, al mismo tiempo, aumenta el rendimiento ya que permite al sistema concentrarse en los datos de los frames en lugar de los frames alrededor de los datos.
•    Compatibilidad con varias colas: un administrador de colas de transporte Broadcom utiliza tecnología de cola en chip con VMWare ESX Netqueue. La sobrecarga adicional de las tareas de búsqueda de ruta, copia de datos y filtrado se descarga en un adaptador de red, donde el administrador de la cola de transporte puede transmitir paquetes procedentes de varias colas y dirigir los paquetes de recepción a varias colas. Si se dedica un par de cola de transmisión/recepción a una máquina virtual, el adaptador de red puede proporcionar DMA a y desde la memoria de la máquina virtual, y el VSwitch sólo procesa la operación de plano de control.

•    Descarga de red: VMware estático, VMDirectPath o paso fijo (FPT) permiten a las tarjetas Broadcom NetXtreme II (C-NIC) dedicarse por completo a la máquina virtual de alto rendimiento. FPT utiliza AMD IOMMU o Intel VT-D para proporcionar E/S de datos DMA del dispositivo físico a la máquina virtual, omitiendo la capa de virtualización y, por tanto, proporcionando acceso físico completo del CNIC Broadcom a la máquina virtual.
•    Descarga de almacenamiento: la funcionalidad iSCSI HBA permite el procesamiento en chip del protocolo iSCSI (así como los protocolos TCP e IP), lo que libera recursos de la CPU host en tasas de línea de 10 Gbps a través de un único puerto Ethernet.
•    Arranque iSCSI: el servidor puede arrancar un sistema operativo (SO) sobre una SAN eliminando por completo la necesidad de almacenamiento en el disco local (que es la primera fuente de errores en los sistemas informáticos). Además de la mayor fiabilidad del sistema, el uso de servidores sin disco simplifica la carga de trabajo del administrador de TI centralizando la creación, distribución y mantenimiento de imágenes de servidor, reduciendo la necesidad de capacidad de almacenamiento con un aumento del uso de la capacidad el disco y añadiendo redundancia de datos mediante el uso de réplicas y replicación de datos.

Diseño de red centro de datos
La virtualización afecta a las redes de centros de datos de dos formas importantes. La primera es la demanda de ancho de banda. Las plataformas de servidores consolidadas exigen conexiones con tasas de bits superiores para admitir varios procesos. El almacenamiento incrementa también la demanda de ancho de banda. El contenido multimedia y los datos acumulados de las aplicaciones aumentan la sobrecarga de almacenamiento, y la existencia de más datos crea inmediatamente la necesidad de acceso a alta velocidad.
El resultado es una necesidad importante de una red de centro de datos de gran ancho de banda.

Capa de base: plataforma de servidores virtualizados
El impacto de la virtualización se origina en la facilidad con la que se pueden reutilizar los activos de TI. La virtualización permite que el hardware realice varias funciones y permite mover las funciones a otras plataformas de hardware. Esta flexibilidad de computación y almacenamiento se une a la flexibilidad de la capacidad de conexión en red del servidor. La Figura 2 es un ejemplo de una plataforma de servidores consolidada y virtualizada con conexión de red de servidores avanzada de Broadcom® Corp.
La red física debe adaptarse a los requisitos y las ventajas que proporciona la virtualización, específicamente al mayor nivel de uso y el mayor ancho de banda. Para hacerlo, los profesionales de redes con previsión han implementado topologías End-of-Row (“EoR”) o Top-of-Rack (“ToR”) en sus redes de centros de datos.

Opción 1: la topología End of Row
Como punto de referencia, la Figura 3 describe un centro de datos previrtualizado, donde cada activo (servidor, dispositivo de almacenamiento, etc.) está vinculado individualmente a un switch Ethernet.
Esta topología utiliza conexiones de cable estructuradas difíciles de modificar. Puesto que la virtualización facilita los cambios, una arquitectura de red que los inhibe es inherentemente problemática. La topología convencional también se queda anticuada, ya que un gran número de enlaces de 1 Gigabit es incongruente con servidores consolidados que necesitan menos conexiones y más rápidas. La red debe admitir este cambio de muchas “raíces finas” a menos “raíces gruesas”.

La topología de red End-of-Row, como se muestra en la Figura 4, soluciona las carencias de una red de centro de datos convencional dedicando un switch Ethernet a cada fila de racks de equipo. Los activos virtualizados en cada rack, en cada fila, están vinculados a un switch del rack EoR. Dicho switch proporciona también una conexión de enlace troncal a un concentrador de centro de datos.
La topología EoR divide las conexiones de trama y físicas de un nivel en dos, haciendo la red más adaptable. EoR limita la longitud de los cables en el nivel inferior a la longitud de una fila de racks. Los cables más cortos son generalmente más fáciles de instalar y cambiar.
La topología EoR confina el impacto de la reconfiguración de activos a una fila de racks, en lugar de hacerlo en un centro de datos entero. EoR puede reutilizar algunos elementos de la red física existente, aunque es posible que se necesiten grandes cambios y actualizaciones.

Opción 2: La topología Top-of-Rack
La topología Top-of-Rack (figura 5) es muy distinta de la arquitectura convencional. Dedica un switch Ethernet a cada rack de servidores. El switch ToR interconecta activos de cada rack y proporciona una conexión de enlace troncal a un punto de agregación del centro de datos.
Al igual que EoR, la topología ToR divide las conexiones de trama y físicas del switch en dos niveles. La diferencia es la granularidad del nivel inferior. Mientras que EoR crea modularidad en una fila de racks, ToR crea modularidad en cada rack individual.
Tenga en cuenta que el diseño ToR no limita un rack de servidores a un único switch. En el gráfico anterior se muestran dos switches en un rack: uno primario y uno para redundancia. Si los switches Ethernet se implementan como blades, podría haber incluso más switches en un rack.
La discusión de Top of Rack frente a End of Row es compleja. Deben considerarse muchos asuntos de red de Capa 2 y Capa 3. Algunas de las ventajas relativas de cada topología son:

Top of Rack
-    Menos cable estructurado.
-    Más fácil de cambiar/ampliar .
-    Más modular.

End of Row
-    Menos disruptivo para la infraestructura.
-    Menos switches, coneciones troncales.
-    Más fácil de administrar/más compatibilidad.

Biografía de los autores
-    David Veneski es el director de la unidad de negocio de instalación de comunicaciones de datos de Fluke Networks. Su responsabilidad incluye la gestión y comercialización de productos de todas las soluciones de certificación de cobre y fibra para redes empresariales. Anteriormente, fue ejecutivo de marketing en Cisco Systems, Apple® Computer y Motorola®. David es licenciado por el Instituto Politécnico de Rensselaer y posee un máster de la Universidad de Connecticut.
-    Abhijit Aswath es responsable de productos senior de Broadcom Corporation. Sus responsabilidades incluyen la gestión y comercialización de productos de todo el software para controladores de red de alta velocidad. Dispone de una amplia experiencia en los sectores de almacenamiento, servidores y semiconductores. Abhijit posee una licenciatura de ciencias en redes informáticas y un máster de administración de empresas de la North Carolina State University.

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