Несколько десятилетий назад основой ИТ-индустрии была клиент-серверная архитектура, которая подразумевала подключение устройства хранения информации непосредственно к серверу общего назначения (DAS). Он получал по сети запросы от клиентских компьютеров и отправлял им нужные данные. 

Неэффективность этого решения с годами стала очевидна и DAS уступила место системам хранения, имеющим собственный сетевой интерфейс (NAS), которые являлись по сути специализированными серверами. Вычислительная нагрузка при этом лежала на других серверах, что позволило повысить общую производительность инфраструктуры.

Следующим этапом эволюции архитектурных решений стало появление специализированных сетей хранения данных SAN. Удобство и гибкость их применения обеспечивались тем, что устройства хранения можно было подключать к этой сети по мере необходимости, а ее трафик не загружал основные сетевые каналы для связи между серверами и клиентскими компьютерами.

Важной вехой в развитии архитектур дата-центров стало появление программно-определяемых хранилищ SDS. Они позволили на программном уровне объединить все имеющиеся в инфраструктуре хранилища в единый виртуальный пул, ресурсы которого распределялись между вычислительными узлами по мере необходимости.

Параллельно с этим развивалась и виртуализация вычислительных ресурсов. Место операционной системы на сервере занял гипервизор, а работающие под его контролем виртуальные машины могли быть остановлены и запущены в любое время по мере необходимости. Это стало настоящим прорывом и сформировало современный облик ИТ-инфраструктур, построенных по классической и повсеместно распространенной трехуровневой архитектуре, включающей в себя уровень хранения, уровень вычислений и клиентский уровень.

От трехуровневой архитектуры к HCI

При всех своих достоинствах, трехуровневая архитектура не лишена и недостатков. Создание сетевой, вычислительной и дисковой инфраструктур требует приобретения отдельных специализированных компонентов и тщательного проектирования, учитывающего существенный запас по производительности и резервирование. 

Разработка и внедрение такого проекта занимает месяцы и обходится весьма дорого. Любая допущенная в проекте ошибка может привести как минимум к снижению производительности всех бизнес-приложений. При этом ликвидировать ее может оказаться очень сложно, а то и вовсе невозможно.

Отдельно стоит отметить исключительную сложность управления построенным на основе классической архитектуры дата-центром и даже отдельным кластером серверов. Эта задача по силам только команде высококвалифицированных специалистов, уровень зарплат которых год от года лишь растет.

Ответом на эти вызовы опять стала виртуализация. На этот раз буквально всех элементов инфраструктуры. Программно-определяемые хранилища данных были дополнены виртуализированными вычислениями, а завершить этот комплекс помогли программно-определяемые сети (SDN). Так родилась гиперконвергентная инфраструктура (HCI).

Принципы гиперконвергентной инфраструктуры позволили практически полностью отказаться от настройки и администрирования аппаратных платформ и перейти к централизованному управлению всем комплексом ресурсов – вычислительных, сетевых и дисковых. По сути, речь идет о той же функциональности, к которой привыкли пользователи публичных облачных сервисов, при сохранении полного контроля над всеми процессами.

Понятно, что разработка соответствующих программных комплексов, способных балансировать нагрузку, обеспечивать отказоустойчивость и доступность сервисов, оказалась делом непростым и доступным лишь немногим компаниям. Разумеется, среди них оказалась и Cisco – признанный мировой лидер в области сетевых технологий.

Cisco HyperFlex

Увидевшее свет в 2017 году решение Cisco HyperFlex относится к новому классу HCIS (Hyperconverged Integrated Systems). Аналитическая компания Gartner выделила HCIS из прочих HCI лишь в 2019 году. Разница между ними заключается в том, что «чистые» HCI представляют собой лишь программные платформы, в то время как HCIS разворачиваются на стандартном оборудовании, предоставляемом вендором.

В зависимости от задач, на базе Cisco HyperFlex может быть реализовано несколько сценариев, среди которых:

·       базовая ИТ-инфраструктура

·       облачная инфраструктура

·       инфраструктура филиальной сети

·       критически важная инфраструктура

·       VDI и пр.

Для этого используются связанные единой платформой управления устройства, выполняющие различные функции. Давайте рассмотрим эту экосистему подробнее.

Unified Computing System (UCS)

Основой Cisco HyperFlex является платформа Cisco Unified Computing System (UCS), позволяющая из единого центра управлять всей инфраструктурой, объединенной в один или несколько кластеров. 

Вычислительная нагрузка при этом ложится на гибридные стоечные ноды HX220c M5 и HX240c M5. Они могут как нести, так и не нести в себе собственные накопители и, соответственно, являться элементами системы хранения или выступать в качестве чисто вычислительных ядер (в этом случае накопители им нужны только для кэширования и ведения логов). В качестве compute-нод могут также выступать блейд-серверы серий UCS B и стоечные UCS C.

Для критически важных инфраструктур, где высокая доступность данных и сервисов имеет наивысший приоритет, в качестве гибридных ядер с высокопроизводительными массивами на базе flash-накопителей наилучшим выбором станут узлы HX220c All NVMe M5, HX220c AF M5 или HX240c AF M5.

Для развертывания распределенной гиперконвергентной инфраструктуры в филиальной сети предназначены ноды HX220c Edge M5.

HX Data Platform

Система хранения данных в Cisco HyperFlex носит название HX Data Platform и является ярким представителем программно-определяемых хранилищ. Она объединяет все накопители в кластере в единый пул ресурсов, физической основой которых могут являться как классические HDD, так и твердотельные накопители, включая поддерживающие протокол доступа NVMe.

Для управления работой HX Data Platform применяются плагины, с помощью которых она может быть интегрирована в консоли Microsoft System Center или VMware vCenter.

Fabric Interconnect

Традиционно для Cisco, важнейшей составляющей инфраструктуры, ее основным «клеем», связывающим между собой все оборудование, является конвергентная система Fabric Interconnect. В базовом варианте она реализована на базе пары (для отказоустойчивости) управляемых коммутаторов UCS Fabric Interconnect, обеспечивающих выполнение задач как среды передачи данных, так и среды хранения. К узлам коммутаторы подключаются при помощи интерфейсных карт UCS Virtual Interface Card, предоставляющих необходимое количество виртуальных сетевых адаптеров и интерфейсов.

Такое решение, работая на уровне абстракции, расположенном «ниже» гипервизора, поддерживает все типы трафика и способно предоставить любой виртуальной машине или микросервису тот протокол, который им необходим.

Помимо чисто сетевых задач, Fabric Interconnect выполняет еще и роль единого центра управления инфраструктурой. Именно в нем хранятся конфигурационные данные и готовые «сервисные профили», дающие возможность развернуть в кластере новую ноду буквально за считанные минуты.

Надо признать, что на текущий момент Cisco HyperFlex несомненно является одним из самых интересных на рынке примеров реализации концепции гиперконвергентной инфраструктуры. Простота настройки и управления, гибкость распределения ресурсов и высокая степень автоматизации, позволяют развернуть кластер для выполнения практически любых задач всего за несколько часов. Можно ли сравнивать это с месяцами, которые придется потратить на выстраивание традиционной трехуровневой архитектуры?