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I/O 가상화로 데이터센터 효율성 강화
tech Guide / 데이터센터
2008년 03월 24일 00:00:00 데이터넷
가상 I/O 서버 스위치 ‘주목’ … 업무 효율성·TCO 절감 ‘OK’

데이터센터는 성능과 안정성 위주의 설계 및 도입이 핵심 기준이었다. 기업이나 IDC 사업자들을 통해 구축된 데이터센터는 애플리케이션의 안정적 사용 및 자원 할당만이 가장 큰 해결 과제였다. 이러한 습관적 관행과 도입 기준은 많은 복잡성과 고비용이라는 문제를 낳으며 데이터센터 변화의 걸림돌로 작용하고 있다. 이번 호에서는 데이터센터의 효율화 방안으로 가장 크게 주목 받고 있는 가상화와 지난해부터 등장한 I/O 가상화 기술에 대해 살펴본다. <편집자>


연재순서
1회 : 데이터센터 효율화
2회 : 가상화 통한 효율화 방안(이번호)

정필훈 // SP코리아 이사
neopilia@spkr.co.kr

가상화를 통한 데이터센터의 효율화 방안에 대한 소개는 이미 지난 몇 년간 지속돼 왔다. 지금까지의 데이터센터의 가상화는 크게 서버 가상화와 스토리지 가상화로 나눠 볼 수 있다. 서버의 가용성을 높이기 위해 메이저급 서버 업체들은 각 업체의 하드웨어를 기반으로 하는 독자적 가상화 솔루션을 출시했고 x86 서버를 이용해 가상화를 구현할 수 있는 소프트웨어 솔루션이 여러 전문 업체를 통해 상용화됐다.
한편 스토리지는 통합화라는 큰 그림 아래 가상화 방안을 함께 고려하는 도입 움직임을 보이고 있다. 이러한 움직임이 시사하는 바는 결국 데이터센터의 효율성 개선이 불가피하며 이를 위해서는 무엇보다 가상화가 가장 효과적인 방안이라는 것을 의미한다.

자원 통합 위한 기술적 이슈
데이터센터 내의 가상화 목적은 서버 및 여러 자원을 통합하고 이를 통해 원하는 애플리케이션을 적기에 원활하게 사용할 수 있도록 하는 것이다. 그러나 이러한 통합 과정에서 기술 표준화, 서버간 또는 서버와 스토리지간 트래픽 폭주에 따른 처리 성능 저하, 중요한 애플리케이션의 보안 처리 문제 등과 같은 기술적 이슈가 발생하게 된다.
이중 서버간, 서버와 스토리지간 트래픽의 원활한 처리를 위해서는 물리적인 링크의 개별성이 필요하고, 처리 성능을 최대화해야 한다는 조건 등이 붙게 된다. 이러한 여러 요구 조건이나 문제점을 정리해보면 다음과 같다.

· 서버와 다른 자원간 연동을 위한 물리적인 링크 개별 할당 → 복잡한 케이블링, 추가적인 네트워크 카드 비용 발생
· 새로운 애플리케이션을 추가할 때마다 링크 연동을 위한 많은 작업 필요 → 설계 및 구축을 위해 많은 시간과 작업량을 필요, 관리 어려움 증가
· 서버 및 요구되는 I/O 자원에 대한 요구량 증가 → 데이터센터 내의 공간, 전원, 냉각시스템 등과 같은 2차적인 자원 요구 증가

서버 가상화 도입시 서버 I/O 구성 문제
그간 서버 가상화 도입은 ‘접속(Connectivity)’이라는 부분에서 가상화 이전 구성이 그대로 유지되고 있다. 이 개념을 최적화하기 위해서는 논리적인 맵핑(Mapping)과 함께 이에 맞는 물리적 구성이 연동돼야 한다. 그러나 각 서버 및 스토리지 업체는 이 과정에서 주로 소프트웨어적인 도구를 활용하고, 관리 도구를 강화하는 방법을 채택한다.
그러나 ‘접속’ 부분 즉 I/O 네트워크가 함께 총체적 구성이 되지 않은 상태에서는 서버 자원 간에 작업 처리 성능에 만족치를 얻기 어려웠고, 이를 극복하기 위한 방안 검토가 필요해 졌다. 이러한 필요성에 따라 서버 I/O 가상화라는 기술이 등장하게 됐다.

· 서버 가상화는 서버 가용성 개선에 중점, 접속을 위한 성능 개선은 한계 → 기존 기가비트 이더넷 링크와 HBA(Host Bus Adapter)에 많은 VM(Virtual Machine)의 트랜잭션이 몰리면서 각 요청 작업 처리를 위한 네트워크 능력의 한계

· 다수 VM의 I/O 자원 공유로 인한 서비스 품질 보장 및 보안 문제 발생 → 하나의 서버에 여러 개의 VM을 구성하게 되면 다수의 VM이 I/O를 공유하게 된다. 이 경우 I/O 자원의 VM별 성능할당 과정에서 서비스 품질 보장이 어렵고 중요 작업에 대한 보안 처리 방안 역시 미흡


접속 강화한 I/O 가상화

I/O 가상화 방안은 서버와 서버간 그리고 서버와 스토리지간 접속인 I/O 구성을 간결하고, 쉽게, 그리고 서비스의 품질을 보장해주는 것을 목표로 한다. 즉, 기존 구성에서는 1주일 정도 걸리던 작업 시간을 30분 이내에 해결하는 동시에 복잡한 기존 구성을 간결하게 해준다.
I/O 가상화 방안은 VM이 물리적으로 독립된 네트워크 인터페이스를 갖는 것이 아니라 10G의 높은 대역폭으로 통합화된 단일 I/O를 공유하는 방식이다. 이렇게 통합된 I/O는 각 개별 VM이 필요로 하는 대역폭을 보장하는 동시에 개별 할당해 서비스 품질을 보장한다. 또한 가상화된 I/O는 공인된 MAC을 사용해 각 VM별로 독립적 구성이 가능하고, 또한 WWN이 VM별로 할당돼 SAN의 보안성 역시 강화하게 된다.
또한 I/O 가상화 방안은 서버의 가상화 솔루션과 연계해 구성하면 아주 이상적인 결과를 얻을 수 있다. 서버 가상화에서 지적됐던 접속의 한계를 뛰어넘으면서 사용자가 원하는 처리 성능 개선과 애플리케이션 자원 할당의 편리성, 데이터센터 내 자원의 효율성 증가를 모두 얻을 수 있다. 지난해부터 이러한 I/O 가상화 솔루션이 가상 I/O 서버 스위치라는 제품으로 출시됐다.

가상 I/O 서버 스위치 통한 적용 구성
<그림 4>에서의 데이터센터 구성은 많은 I/O 카드와 이를 위한 케이블링, 연결 포트 등이 필요하며, 서버 처리 성능 대비 낮은 I/O 성능으로 네트워크 연결 부분에서 한계에 부딪힌다. 또한 과다한 케이블링, 네트워크 인터페이스 카드, SAN 인터페이스 카드, 네트워크 및 SAN 인프라의 추가로 인한 비용 상승의 문제가 뒤따른다. 이를 위한 관리 비용과 시간까지 포함한다면 더욱 소모되는 비용은 높아진다.
<그림 5>에서의 가상 I/O 서버 스위치 적용 구성은 간결함뿐 아니라 소모되는 I/O 카드 수와 케이블링 등이 확연히 줄어드는 것을 볼 수 있다. 뿐만 아니라 자원의 효율성을 높여줌으로써 총소유비용 절감과 함께 성능이 개선되는 효과, 관리 업무의 단순화까지 다양한 장점을 얻을 수 있다. 이러한 가상 I/O 서버 스위치를 적용한 구성에 따른 장점을 정리하면 다음과 같다.

:: 고속(Fast)
· 각 서버 I/O에 10Gbps의 대역폭을 할당해 네트워크, 스토리지간 고속의 접속 처리 성능 보장
· 단순한 케이블링, 간결화된 네트워크로 서버 성능 및 높은 수준의 처리 개선

:: 단순화(Simple)
· 신속한 변화 관리 : 사용자가 사용 요구에 맞게 CPU 자원을 즉각적으로 가상 I/O를 통해 자원 배분하고, 이를 위한 소요 시간 단축

· 줄어든 케이블 : 가상화된 CPU별 개별 할당된 I/O 구성을 가상화된 I/O 처리로 개선했을 경우 최대 70%까지 케이블링 비용 감소
· 총소유비용 감소 : I/O 병목 해결을 위해 과도하게 투자된 서버, 스위치 포트, NIC 등의 투자비 등을 최대 50%까지 절감
· 전력비용 감소 : 감소된 서버 자원으로 인한 데이터센터 내 전력 사용량, 냉각기 시스템의 절감 비용 역시 기존 구성보다 최대 50%까지 절감

:: QoS(Quality of Service)
· 서버 가상화에 제기된 보안 문제점을 가상화된 I/O 마다 공인받은 MAC 주소와 WWN을 할당해 안정적 네트워크 연결을 돕고, CIR(Committed Information Rate), PIR(Peak Information Rate)을 통해 서비스 품질 보장
· VM별 대역폭을 할당해 기존 가상화 구성에서 어려웠던 서비스 품질 보장 구현

데이터센터 내 가상화 도입 촉진
지금까지 살펴본 I/O 가상화는 그간 서버 가상화 도입을 추진하면서 경험했던 여러 가지 기술적 문제를 해결해 줄 수 있다. 특히 데이터센터 운영자에게는 복잡하고 어려웠던 구성 작업을 단순화시킬 수 있어 크게 환영받을 수 있는 솔루션이 될 전망이다.
이에 따라 I/O 가상화는 데이터센터 내 가상화 도입을 더욱 가속화 시킬 수 있는 실질적인 대안으로 자리할 것으로 기대를 모으고 있다. 결국 데이터센터의 효율성 개선을 위해서는 무엇보다 가상화가 가장 효과적인 방안이 될 것으로 기대를 모으고 있다.
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