Σύγχρονες τοπολογίες δικτύων κέντρων δεδομένων βασισμένες σε οπτικά δίκτυα

Τερζάκη, Αικατερίνη

Modern data center network topologies based on optical networks

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Τερζάκη, Αικατερίνη

Date

2023-12-07

Advisor

Bogris, Adonis

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία (1.681Mb)

Keywords

Προκλήσεις σύγχρονων δικτύων κέντρων δεδομένων ; Οπτικά δίκτυα ; Διαχωρισμένα κέντρα δεδομένων ; SDN ; NFV

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τις ανάγκες που υπάρχουν στα σύγχρονα κέντρα δεδομένων και τους τρόπους αντιμετώπισης αυτών των αναγκών. Η αύξηση εφαρμογών και υπηρεσιών όπως υπηρεσίες υπολογιστικής νέφους, εφαρμογές μηχανικής μάθησης, υπηρεσίες κοινωνικής δικτύωσης και εφαρμογές ροής πολυμέσων υψηλής ευκρίνειας καθώς και ο τεράστιος όγκος δεδομένων έχει αλλάξει τις απαιτήσεις των κέντρων δεδομένων. Οι τάσεις αυτές δημιουργούν νέες προκλήσεις. Ορισμένες από αυτές τις προκλήσεις είναι η κλιμάκωση των κέντρων δεδομένων, η παροχή υψηλού εύρους ζώνης, η χαμηλή καθυστέρηση και η αξιοποίηση με τον καλύτερο δυνατό τρόπο των διαθέσιμων πόρων. Ακόμα δημιουργείται η ανάγκη μείωσης της ενέργειας που καταναλώνεται, του κόστους και της πολυπλοκότητας καθώς επίσης η ανάγκη διαχείρισης και κάλυψης των απαιτήσεων πολλαπλών πελατών μέσα στο ίδιο κέντρο δεδομένων. Τα κλασσικά ιεραρχικά δίκτυα που αποτελούνται από ηλεκτρικούς διακόπτες δεν μπορούν να ανταποκριθούν στις υψηλές απαιτήσεις των σύγχρονων κέντρων δεδομένων. Μια καλή πρακτική για την αντιμετώπιση αυτών των αναγκών είναι η χρήση οπτικών δικτύων. Οι οπτικές διασυνδέσεις και οι οπτικοί διακόπτες προσφέρουν υψηλότερο εύρος ζώνης και χαμηλή καθυστέρηση. Ακόμα η κλιμάκωση των δικτύων δημιουργεί την ανάγκη για βελτίωση της αξιοποίησης των διαθέσιμων πόρων πράγμα το οποίο οδηγεί στη χρήση διαχωρισμένων κέντρων δεδομένων. Οι αυστηρές απαιτήσεις που εισάγουν τα διαχωρισμένα κέντρα δεδομένων κάνει ακόμα πιο έντονη την ανάγκη για χρήση της οπτικής τεχνολογίας. Στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας έχει γίνει διερεύνηση σύγχρονων τοπολογιών οπτικών δικτύων για την εξυπηρέτηση κέντρων δεδομένων μεγάλης κλίμακας.

Abstract

The present thesis concerns the needs that exist in modern data centers and the ways to deal with these needs. The growth of applications and services such as cloud computing services, machine learning applications, social networking services and high-definition media streaming applications as well as the huge amount of data has changed the requirements of data centers. These trends create new challenges. Some of these challenges are scaling data centers, providing high bandwidth, low latency, and making the best use of available resources. There is also the need to reduce energy consumption, cost and complexity as well as the need to manage and meet the demands of multiple clients within the same data center. Classic hierarchical networks consisting of electrical switches cannot meet the high demands of modern data centers. A good practice to address these needs is to use optical networks. Optical interfaces and optical switches offer higher bandwidth and low latency. Also, the scaling of networks creates the need to improve the utilization of available resources, which leads to the use of disaggregated data centers. The strict requirements that disaggregated data centers introduce make the need for optical technology even more intense. In the context of the present thesis, modern topologies of optical networks have been investigated to serve large-scale data centers.