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[Tech] 모듈화·가상화로 데이터센터 복잡성 제거
데이터센터 운영비효율 증가 … 분산 SW 아키텍처로 저비용·고효율 구현
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2013년 12월 03일 15:41:52 데이터넷 webmaster@datanet.co.kr

엔터프라이즈 데이터센터는 급변하고 있는 비즈니스의 요구에 보조를 맞추는 동시에 인프라스트력처의 성능과 확장성, 그리고 경제성을 향상시키기 위해 새로운 기술과 아키텍처를 결합시키려고 노력하고 있다. 그러나 이러한 요건들을 만족시키기 위해서는 데이터센터의 디자인과 관리 방식에 대한 완전히 새로운 시각이 필요하다. 모듈화와 가상화를 통한 차세대 데이터센터 구축을 살핀다. <장기훈 뉴타닉스코리아 차장 / kihoon@nutanix.com>

엔터프라이즈 데이터센터는 급변하고 있는 비즈니스의 요구에 보조를 맞추는 동시에 인프라스트럭처의 성능과 확장성, 그리고 경제성을 향상시키기 위해 새로운 기술과 아키텍처를 결합시키려고 노력하고 있다. 그러나 이러한 요건들을 만족시키기 위해서는 데이터센터의 디자인과 관리 방식에 대한 완전히 새로운 시각이 필요하다.

다행스럽게도 이미 많은 엔터프라이즈 IT 전문가들과 주요 클라우드 서비스 제공업체들은 보다 발전된 형태인, 소프트웨어 정의 데이터센터(Software-Defined Datacenter)의 장점과 실현 가능성을 보여주고 있다. 이제 대용량 확장에 적합하고 높은 효율성과 관리의 편의성을 제공하는 데이터센터를 구현하기 위해 필요한 개념을 단계별로 알아보자

모듈러 빌딩 블록 아키텍처 전환
엔터프라이즈 데이터센터를 디자인하는 것은 매우 복잡하고 어려운 일이다. 이러한 디자인은 결코 단순해지지 않을 뿐만 아니라, 오히려 점점 더 복잡해지고 유지비용 또한 증가한다. 물론 데이터센터 아키텍트들이 일부러 이러한 복잡한 구조를 만드는 것은 아니다. 오히려 초기 인프라스트럭처 디자인은 기술과 제품의 합리적인 선정을 통해 전체 환경을 간편하게 관리하고 지원할 수 있도록 설계됐다.

데이터센터는 시간이 흐를수록 비즈니스와의 보조를 맞추기 위해 성능과 규모를 향상시켜 나아가야 하는 요구에 직면하며, 이러한 요구에 대응해 지속적으로 새로운 기술이 도입된다. 결과적으로 데이터센터는 네트워크와 서버, 그리고 스토리지 등은 서로 다른 세대의 제품으로 구성된 상호 호환되지 않는 기술들이 혼재하는 상황에 이르게 된다. 관리용 콘솔, 대시보드 그리고 여러 프레임워크들의 조합 등 오늘날의 데이터센터가 관리하기 어렵고, 업그레이드 비용은 증가하며, 합리적인 확장이 거의 불가능해 지고 있는 중요한 이유다.

현재 많은 데이터센터 아키텍트들은 기존 데이터센터를 확장하거나 새로운 데이터센터를 만들기 위한 방안의 하나로 모듈러 디자인에 대해 관심을 보이고 있다. 모듈러 디자인 접근방식은 원하는 수준의 규모에 이를 때까지 점진적으로 추가가 가능한 균일하게 제작된 ‘빌딩 블록’을 사용하며, 각각의 모듈에는 네트워킹, 스토리지, 컴퓨팅 자원과 같은 기본적인 데이터센터 구성요소가 통합돼 있다.

모듈러 데이터센터는 전혀 새로운 개념이 아니다. 인프라스트럭처의 모듈화에 대한 초기 시도 중 하나는 컨테이너에 서버, 스토리지, 네트워크 장비 등이 장착된 20여개의 랙을 배선 작업까지 마쳐, 바로 사용할 수 있도록 구성하는 것이다. 이러한 컨테이너 접근방식은 기술적으로는 모듈이라는 정의를 충족시키지만, 이러한 대규모 인프라스트럭처를 수용할 수 있는 기업은 거의 없다는 것이 문제였다.

최근에는 모듈화가 랙 수준까지 축소되고 있다. VCE의 브이블록(vBlock) 같은 제품은 완벽히 배선된 서버, 네트워크, 스위치 그리고 스토리지 장비가 내장된 랙이 사전 조립돼 바로 사용할 수 있는 상태로 공급되고 있다. 이러한 제품은 기업들이 랙을 한번에 하나씩 추가하는 방식으로 데이터센터를 구축할 수 있게 하지만, 많은 단점을 갖고 있다.

진정한 데이터센터 모듈화는 인프라스트럭처에 빌딩 블록을 신속하게 추가하거나 혹은 제거할 수 있어야 한다. 모듈러 빌딩 블록 방식은 기업들의 인프라스트럭처에 대한 값비싼 과잉 투자를 방지할 수 있게 해 준다. 기업은 단일 랙 마운트 어플라이언스로 구성된 소규모에서 시작해 추후 비즈니스의 성장에 맞춰 플랫폼이나 어플라이언스를 지속적으로 추가해 나갈 수 있다.

반면, 전혀 새로운 시도도 등장하고 있다. 예를 들어 뉴타닉스는 컴퓨팅과 스토리지 계층을 단일 2U 어플라이언스에 통합한 빌딩 블록인 버추얼 컴퓨팅 플랫폼(Nutanix Virtual Computing Platform)을 제안하고 있다. 이 솔루션은 또한 추가적인 투자나 설치 및 조작 없이 기존 이더넷 네트워킹 설비를 활용할 수 있으며. 모듈러 빌딩 블록 디자인은 기업이 소규모 도입에서부터 시작해 거대한 클러스터까지 점진적으로 성장해 나가는 것을 가능하게 해 준다.

특히 전용 스토리지 네트워크나 스토리지 어레이를 필요로 하지 않으며 데이터센터 전체에 대한 관리를 단일화된 직관적인 관리 콘솔을 통해 수행할 수 있도록 단순화할 수 있는 이점을 제공한다. 인프라스트럭처의 구축에 있어 네트워킹, 스토리지 및 컴퓨팅 자원이 통합된 어플라이언스 기반 모듈을 사용하는 것은 엔터프라이즈 데이터센터의 규모를 확장하기 위한 단순하고도 경제적인 수단이다.

   

통합 인프라스트럭처 적용
많은 기업의 IT 관리자들은 데이터센터 인프라스트럭처를 통합함으로써 얻을 수 있는 다양한 이점을 누리고 있다. 이러한 방식은 일반적으로 더 적은 전용 자원을 사용해 더욱 경제적이고 더욱 효율적으로 통합된 서비스를 제공할 수 있다.

스토리지 전략의 진화는 통합의 효율성을 명확하게 보여준다. 10여년 전 하드디스크 드라이브(HDD)는 애플리케이션 및 데이터베이스 서버로부터 중앙화된 공유 스토리지 어레이로 이동함으로써 전체적인 용량의 사용률을 증가시켰다. 이 때 서버들은 SAN(Storage Area Network)과 같은 스토리지 전용 고속 네트워크를 통해 통합된 스토리지에 연결됐다.

최근에는 플래시 메모리가 엔터프라이즈 스토리지 장비에 추가됨에 따라 하이브리드 스토리지 솔루션이 등장하고 있다. 적절한 설계와 제작과정을 통해 구성된 하이브리드 스토리지 솔루션은 전통적인 디스크 기반 아키텍처보다 최대 100배 더 빠른 성능을 제공할 수 있다. 또 일부 SAN 아키텍처들은 플래시 기반 스토리지를 장착할 수 있도록 성공적으로 변화하고 있다.

하지만 변화는 종종 새로운 네트워크 병목의 원인이 되기도 한다. 예를 들어 100개의 플래시 기반 PCI-e 기반 스토리지 카드가 8Gbps 대역폭의 SAN에 추가되면, 이것만으로도 대부분의 패브릭 네트워크와 어레이 컨트롤러를 압도하게 된다.

구글이나 페이스북 같은 주요 IT 기업들은 SAN이나 NAS 같은 네트워크 스토리지 기술들은 현대적인 데이터센터에 어울리지 않는다고 이미 결론짓고 있다. 모든 데이터가 중앙집중화돼 한 개 또는 그 이상의 스토리지에 저장되고, 데이터를 사용하기위해 네트워크를 사용할 수밖에 없는 아키텍처는 복잡성과 병목의 증가 그리고 비용의 증가를 가져온다. 따라서 구글 등은 컴퓨팅과 스토리지 자원이 동일한 곳에 위치해 최소한의 지연으로 데이터 IO를 전달하고, 확장에 대한 제약을 최소화하는 방안을 모색하고 있다.

엔터프라이즈 데이터센터로부터 복잡한 스토리지 네트워크를 성공적으로 제거하고 데이터와 컴퓨팅을 하나의 시스템 내에 효율적으로 결합시키기 위해서는 또 다른 통합 단계가 필요하다.

데이터센터 아키텍트들은 복잡하게 얽힌 여러 운영체제들의 다양한 IO 스택을 위해 NFS, iSCSI, CIFS 등과 같은 표준 프로토콜로 전환하는 것이 그것이다. 뉴타닉스는 통합에 가상화를 사용함으로써 SAN/NAS 소프트웨어 스택이 바로 서버에서 자체적으로 동작할 수 있게 지원하고 있다.

가상화된 컨트롤러를 통해 마침내 모든 운영체제에 대한 SAN과 NAS 기능 지원을 한번의 도입으로 가능하게 됐으며, 이를 통해 모든 가상 머신들은 SAN 패브릭에서와 마찬가지로 스토리지 자원에 투명하게 커뮤니케이션할 수 있게 됐다. 둘 사이의 유일한 차이점은 스토리지와 서버가 함께 확장될 수 있다는 것이며, 이를 위해 전용 고속 네트워크를 별도로 도입할 필요가 없다는 것이다.

뉴타닉스 버추얼 컴퓨팅 플랫폼의 경우, 컴퓨팅과 스토리지를 단일 시스템으로 통합하고, 전통적인 스토리지 어레이에 대한 필요성을 없애준다. 이 어플라이언스는 각각 고성능 컴퓨팅, 메모리, 그리고 스토리지로 최적화된 4개의 독립적인 노드로 구성돼 각 노드는 업계 표준 하이퍼바이저와 뉴타닉스 컨트롤러 VM을 운용하며, 로컬 하이퍼바이저를 위해 모든 IO 작업을 처리한다. 스토리지 자원은 NFS와 같은 전통적인 인터페이스를 통해서 하이퍼바이저에 연결되며, 글로벌 스토리지 풀은 전체 노드들의 스토리지 자원을 통합하고, 클러스터 내의 모든 호스트가 이 스토리지 풀에 액세스할 수 있게 한다.

컴퓨팅과 스토리지 자원을 단일 어플라이언스에 통합하는 것은 전체 데이터센터의 유연성을 향상시키고 지연을 최소화할 수 있는 방법이다. 서로 분리된 서버와 스토리지 어레이로 인한 복잡성을 해결하면서도 전용 스토리지 네트워크를 통해 상호 연결함으로써 얻을 수 있는 장점을 그대로 유지할 수 있는 것이다.

   

소프트웨어 통한 데이터센터 운용
전통적인 데이터센터는 특화된 하드웨어에 의존하고 있으며, 심지어 단 하나의 기능만을 위한 하드웨어를 사용하는 경우도 있다. 고성능 로드밸런서, 하드웨어 기반 스토리지 어레이 혹은 대부분의 데이터센터를 어지럽히는 여러 보안 어플라이언스 등이 바로 이러한 종류의 하드웨어 플랫폼들이다.

이들은 매우 제한된 유연성과 이식성을 갖고 있다. 대부분의 기능을 FPGA나 ASIC과 같은 하드웨어적인 로직에 기반하고 있기 때문에 시스템이 새로운 소프트웨어 기능을 지원하는 것이 용이하지 않다. 일부 애플리케이션들을 위한 런타임 로직은 플랫폼에 내장되어 있으며 플랫폼과 애플리케이션이 매우 단단하게 결합돼 있다. 이로 인해 인프라스트럭처는 애플리케이션에 특화된 특징을 갖게 되며, 관리와 지원, 확장이 어렵다.

소프트웨어를 통해 운용되는 데이터센터는 기반이 되는 하드웨어로부터 정책 인텔리전스(policy intelligence)를 분리시킴으로써 더 나은 확장성을 제공하는 향상된 솔루션이다. 이는 로직이나 정책의 관리를 분산된 소프트웨어 계층으로 추상화해 중앙에서 자동화 및 제어가 이뤄질 수 있게 해준다. 각종 서비스들은 소프트웨어를 기반으로 하기 때문에 데이터센터 관리 팀은 필요에 따라 별도의 하드웨어의 추가 없이 새로운 서비스를 인프라스트럭처 내부 어느 곳에라도 제공할 수 있다.

서비스 로직을 소프트웨어로 추상화함으로써, 기업들은 특화된 하드웨어에 대한 의존성을 탈피할 수 있게 된다. 또한 REST(Representational State Transfer) 기반 API와 다른 소프트웨어 인터페이스를 하나의 소프트웨어 솔루션으로 통합함으로써 프로그래밍 가능한 인프라스트럭처를 구현할 수 있다. 소프트웨어 정의 서비스(Software-Defined Service)는 더 큰 규모의 클라우드 관리 및 운영 전략의 일부로서 정의되고 공급되며 관리될 수 있다.

소프트웨어를 통한 간편한 운영과 유연성 확보를 위해 뉴타닉스는 진보적이며 분산된 소프트웨어 모델을 통합하고 있다. 이 소프트웨어는 인텔 CPU와 플래시 메모리 기반 데이터 스토리지와 같은 경제적인 범용 하드웨어를 통해 운용되며, 뉴타닉스는 버추얼 컴퓨팅 플랫폼을 통해 엔터프라이즈 스토리지를 가상화 계층에 서비스로서 제공할 수 있다.

이것은 스토리지가 해당 환경 내에 있는 모든 가상 업무 및 애플리케이션에 대해, 프로그래밍이 가능한 온디맨드 자산이 될 수 있다는 것을 보여준다. 또한 REST 기반 API는 뉴타닉스 인프라스트럭처가 스토리지와 컴퓨팅 자원의 관리를 자동화할 수 있게 해준다.

범용 하드웨어 플랫폼에서 운용되는 소프트웨어 기반 서비스를 적극적으로 적용하고 있는 기업들은 값비싼 단일 기능 어플라이언스로 운용되는 데이터센터보다 훨씬 경제적이면서도 민첩한 데이터센터를 운용할 수 있다.

“범용 하드웨어에 대한 두려움을 극복하라”
만일 전통적인 데이터센터 운영 방식에서 더욱 향상된 데이터센터 성능이 필요할 경우, 기존의 하드웨어를 업그레이드하거나 새로운 하드웨어로 교체하는 방법이 유일하다. 현재까지도 많은 데이터센터들은 대부분의 하드웨어에 대한 교체 주기를 정해 놓고 있으며, 대부분의 IT 관리 팀은 3~5년마다 서버, 네트워킹 장비, 그리고 스토리지 시스템을 더욱 진보된 기술로 교체하고 있다. 이러한 전략의 문제점은 완벽하게 동작하고 있는 하드웨어를 폐기하고 이를 더 비싼 장비로 교체하기 위한 불필요한 자본 투자를 유발한다는 것이다.

그렇지만 모든 기업들이 이러한 하드웨어 교체의 챗바퀴에 머무르고 있는 것은 아니다. 구글과 같은 시장을 선도하고 있는 클라우드 공급업체들은 많은 자본 지출 없이 대규모 확장을 할 수 있는 방법을 도출하고 있다. 바로 값비싼 고성능 하드웨어에 대한 의존성 없애는 것이다. 구글의 경우, 값비싼 고성능 하드웨어대신 저가의 범용 하드웨어에서 효율적으로 운용할 수 있는 분산된 소프트웨어 아키텍처를 사용함으로써 데이터센터를 확장해 나가고 있다.

소프트웨어 기반 전략을 도입할 경우, 데이터센터 확장이나 성능 확장이 필요한 경우에만 필요한 만큼 범용 하드웨어를 인프라스트럭처에 추가할 수 있다. 시스템 풀의 자원을 클러스터 전체에 전달할 수 있기 때문에 서버와 스토리지 노드가 모두 동급최강일 필요는 없다.

결과적으로 기업은 자원에 대한 요구가 증가할 때마다 주기적으로 고가의 전용 장비를 교체할 필요가 없게 된다. 추가로, 데이터와 메타데이터를 단일 네임스페이스 클러스터에서 복제함으로써 하나의 서버로 인해 전체 시스템이 중단되는 SPOF(Single Point of Failure)를 피할 수 있게 해 준다.

범용 하드웨어를 사용하고자 하는 기업들은 그 ‘범용’이 무엇으로 구성되어 있는지 알아야 한다. 예를 들어, 클라우드 및 대규모 웹 서비스 업체는 서버가 인텔 x86 기반이라면 어떤 종류의 서버가 사용되었는가는 일반적으로 문제가 되지 않는다고 규정하고 있다.

미래를 대비해 필요 이상의 성능과 용량을 제공하는 값비싼 서버들을 사용하지 않고 데이터센터를 구축할 수 있다는 것은 IT의 경제적인 측면에서 커다란 변화를 가져온다. 이는 또한 일반 기업들과 주요 클라우드 공급업체들 간에 동등한 기회의 장이 주어지기 시작한다는 것을 의미한다.

다행스럽게도 전세계에서 가장 규모가 크고 신뢰성이 높은 데이터센터에 공급하고 있는 ODM(Original Design Manufacturer) 업체들이 이제 대형 기업에게도 직접 제품을 판매하고 있다. 따라서 이제 기업의 IT 조직들 그리고 IT 솔루션 벤더들은 성능과 신뢰성에 대한 타협 없이 하드웨어 비용을 낮출 수 있게 되는 환경에 도달하고 있다.

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