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Arquitetura sem comutador de armazenamento de três nós do Azure Stack HCI

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Este artigo faz parte de uma série que se baseia na arquitetura de referência de linha de base do Azure Stack HCI. Para implantar efetivamente o Azure Stack HCI usando um projeto sem comutador de armazenamento de três nós, é importante entender a arquitetura de linha de base. Esse processo inclui familiarizar-se com as opções de design de cluster para os nós físicos que fornecem recursos locais de computação, armazenamento e rede. Esse conhecimento ajuda a identificar as alterações necessárias para uma implantação bem-sucedida. As diretrizes neste artigo também se aplicam a uma implantação sem comutador de armazenamento de dois nós e fazem os ajustes necessários para casos em que o número de nós físicos diminui de três para dois.

O design de rede sem comutador de armazenamento remove a necessidade de comutadores de rede de classe de armazenamento para conectar as portas do adaptador de rede usadas para tráfego de armazenamento. Em vez disso, os nós são conectados diretamente usando cabos ethernet interlink. Essa configuração é comumente usada em cenários de varejo, manufatura ou escritório remoto. Essa configuração também é adequada para casos de uso de borda menores que não têm ou exigem comutadores de rede de datacenter extensos para tráfego de replicação de armazenamento.

Essa arquitetura de referência fornece diretrizes e recomendações independentes de carga de trabalho para configurar o Azure Stack HCI como uma plataforma de infraestrutura resiliente para implantar e gerenciar cargas de trabalho virtualizadas. Para obter mais informações sobre padrões de arquitetura de carga de trabalho otimizados para serem executados no Azure Stack HCI, consulte o conteúdo localizado no menu de navegação de cargas de trabalho do Azure Stack HCI.

Essa arquitetura é um ponto de partida para um cluster do Azure Stack HCI de três nós que usa um design de rede sem comutador de armazenamento. Os aplicativos de carga de trabalho implantados em um cluster do Azure Stack HCI devem ser bem arquitetados. Essa abordagem inclui a implantação de várias instâncias para alta disponibilidade de quaisquer serviços críticos de carga de trabalho e a implementação de controles apropriados de continuidade de negócios e recuperação de desastres (BCDR), como backups regulares e recursos de failover de DR. Para se concentrar na plataforma de infraestrutura de HCI, esses aspectos de design de carga de trabalho são intencionalmente excluídos deste artigo. Para obter mais informações sobre diretrizes e recomendações para os cinco pilares do Azure Well-Architected Framework, consulte o guia de serviço do Azure Stack HCI Well-Architected Framework.

Layout do artigo

Arquitetura Decisões de design Abordagem do Well-Architected Framework
Diagrama da arquitetura
Possíveis casos de uso
Implantar este cenário
Opções de projeto de cluster
Rede
Otimização de custos
Eficiência de desempenho

Dica

Logotipo do GitHub Esta implementação de referência descreve como implantar uma solução do Azure Stack HCI sem comutador de armazenamento de três nós usando um modelo do ARM e um arquivo de parâmetro.

Arquitetura

Diagrama que mostra um cluster do Azure Stack HCI de três nós que usa uma arquitetura de armazenamento sem comutador e tem comutadores ToR duplos para conectividade externa.

Para obter mais informações sobre o Visual Studio, consulte Recursos relacionados.

Possíveis casos de uso

Use esse design e os designs descritos na arquitetura de referência de linha de base do Azure Stack HCI para atender aos seguintes requisitos de caso de uso:

  • Implante e gerencie cargas de trabalho de borda virtualizadas ou baseadas em contêiner altamente disponíveis (HA) implantadas em um único local para permitir que aplicativos e serviços essenciais aos negócios operem de maneira resiliente, econômica e escalável.

  • O design de rede sem comutador de armazenamento remove a necessidade de comutadores de rede de classe de armazenamento para conectar as portas do adaptador de rede usadas para tráfego de armazenamento.

  • Você pode usar o design de rede sem comutador de armazenamento para ajudar a reduzir os custos associados à aquisição e configuração de comutadores de rede de classe de armazenamento para tráfego de armazenamento, mas aumenta o número de portas do adaptador de rede necessárias nos nós físicos.

Componentes de arquitetura

Os recursos de arquitetura permanecem praticamente inalterados em relação à arquitetura de referência básica. Para obter mais informações, consulte os recursos da plataforma e os recursos de suporte da plataforma usados para implantações do Azure Stack HCI.

Opções de projeto de cluster

Ao determinar as opções de design do cluster, consulte a arquitetura de referência de linha de base. Use esses insights e a Ferramenta de Dimensionamento do Azure Stack HCI para dimensionar adequadamente um cluster do Azure Stack HCI de acordo com os requisitos de carga de trabalho.

Quando você usa o design sem comutador de armazenamento, é crucial lembrar que um cluster de três nós é o tamanho máximo com suporte. Essa limitação é uma consideração importante para suas opções de design de cluster, pois você deve garantir que os requisitos de capacidade da carga de trabalho não excedam os recursos de capacidade física das especificações de cluster de três nós. Como você não pode executar um gesto de nó de adição para expandir um cluster sem comutador de armazenamento além de três nós, é extremamente importante entender os requisitos de capacidade de carga de trabalho com antecedência e planejar o crescimento futuro. Dessa forma, você pode garantir que sua carga de trabalho não exceda a capacidade de armazenamento e computação durante o tempo de vida esperado do hardware de cluster do Azure Stack HCI.

Cuidado

O tamanho máximo de cluster com suporte para a arquitetura de rede sem comutador de armazenamento é de três nós físicos. Certifique-se de considerar esse limite durante a fase de design do cluster, como incluir os requisitos de capacidade de crescimento presentes e futuros para sua carga de trabalho.

Design de rede

O design da rede refere-se ao arranjo geral dos componentes físicos e lógicos dentro da rede. Em uma configuração sem comutador de armazenamento de três nós para o Azure Stack HCI, três nós físicos são conectados diretamente sem usar um comutador externo para tráfego de armazenamento. Essas conexões ethernet interligadas diretas simplificam o projeto da rede, reduzindo a complexidade porque não há necessidade de definir ou aplicar configurações de qualidade de serviço e priorização de armazenamento nos switches. As tecnologias que sustentam a comunicação RDMA sem perdas, como ECN (notificação de congestionamento explícita), PFC (controle de fluxo de prioridade) ou QoS (qualidade de serviço) necessárias para RoCE v2 e iWARP, não são necessárias. No entanto, essa configuração dá suporte a um máximo de três nós, o que significa que você não pode dimensionar o cluster adicionando mais nós após a implantação.

Observação

Essa arquitetura sem comutador de armazenamento de três nós requer seis portas de adaptador de rede que fornecem links redundantes para todas as intenções de rede. Leve isso em consideração se você planeja usar um SKU de hardware de fator de forma pequeno ou se houver espaço físico limitado no chassi do servidor para placas de rede extras. Consulte seu parceiro fabricante de hardware preferido para obter mais informações.

Topologia de rede física

A topologia de rede física a seguir mostra as conexões físicas reais entre nós e componentes de rede. As conexões entre nós e componentes de rede para uma implantação do Azure Stack HCI sem comutador de armazenamento de três nós são:

  • Três nós (ou servidores):

    • Cada nó é um servidor físico que executa o sistema operacional Azure Stack HCI.

    • Cada nó requer seis portas de adaptador de rede no total: quatro portas compatíveis com RDMA para armazenamento e duas portas para gerenciamento e computação.

  • Tráfego de armazenamento:

    • Cada um dos três nós é interconectado por meio de duas portas de adaptador de rede física dedicadas para armazenamento. O diagrama a seguir ilustra esse processo.

    • As portas do adaptador de rede de armazenamento se conectam diretamente a cada nó usando cabos Ethernet para formar uma arquitetura de rede de malha completa para o tráfego de armazenamento.

    • Esse design fornece redundância de link, baixa latência dedicada, alta largura de banda e alta taxa de transferência.

    • Os nós dentro do cluster HCI se comunicam diretamente por meio desses links para lidar com o tráfego de replicação de armazenamento, também conhecido como tráfego leste-oeste.

    • Essa comunicação direta elimina a necessidade de portas extras de comutador de rede para armazenamento e elimina a necessidade de aplicar a configuração de QoS ou PFC para tráfego SMB Direct ou RDMA nos comutadores de rede.

    • Verifique com seu parceiro fabricante de hardware ou fornecedor de placa de interface de rede (NIC) se há drivers de sistema operacional, versões de firmware ou configurações de firmware recomendados para a configuração de rede de interconexão sem comutador.

  • Switches duplos Top-of-Rack (ToR):

    • Essa configuração é sem comutador para tráfego de armazenamento, mas ainda requer comutadores ToR para a conectividade externa. Essa conectividade é chamada de tráfego norte-sul e inclui a intenção de gerenciamento de cluster e as intenções de computação.

    • Os uplinks para os switches de cada nó usam duas portas de adaptador de rede. Os cabos Ethernet conectam essas portas, uma a cada switch ToR, para fornecer redundância de link.

    • Recomendamos que você use comutadores ToR duplos para fornecer redundância para operações de manutenção e balanceamento de carga para comunicação externa.

  • Conectividade externa:

    • Os switches ToR duplos se conectam à rede externa, como a LAN corporativa interna, e usam seu dispositivo de rede de borda de borda, como um firewall ou roteador, para fornecer acesso aos URLs de saída necessários.

    • As duas opções de ToR lidam com o tráfego norte-sul para o cluster do Azure Stack HCI, incluindo o tráfego relacionado a intenções de gerenciamento e computação.

      Diagrama de um cluster do Azure Stack HCI de três nós com arquitetura de armazenamento sem comutador e comutadores ToR duplos para conectividade externa.

Topologia de rede lógica

A topologia de rede lógica fornece uma visão geral de como os dados de rede fluem entre dispositivos, independentemente de suas conexões físicas. A lista a seguir resume a configuração lógica de um cluster do Azure Stack HCI sem comutador de armazenamento de três nós:

  • Interruptores ToR duplos:

    • Antes da implantação do cluster, os dois switches de rede ToR precisam ser configurados com as IDs VLAN necessárias e as configurações de MTU (unidade máxima de transmissão) para as portas de gerenciamento e computação. Para obter mais informações, consulte os requisitos de rede física ou peça ajuda ao fornecedor de hardware do switch ou ao parceiro do integrador de sistemas (SI).
  • O Azure Stack HCI aplica a automação de rede e a configuração de rede baseada em intenção usando o serviço ATC de Rede.

    • A ATC de Rede foi projetada para garantir a configuração de rede ideal e o fluxo de tráfego usando intenções de tráfego de rede. A ATC de Rede define quais portas físicas do adaptador de rede são usadas para as diferentes intenções (ou tipos) de tráfego de rede, como para o gerenciamento de cluster, a computação de carga de trabalho e as intenções de armazenamento de cluster.

    • As políticas baseadas em intenção simplificam os requisitos de configuração de rede automatizando a configuração de rede do nó com base nas entradas de parâmetro especificadas como parte do processo de implantação de nuvem do Azure Stack HCI.

  • Comunicação externa:

    • Quando os nós ou a carga de trabalho precisam se comunicar externamente acessando a LAN corporativa, a Internet ou outro serviço, eles roteiam usando os switches ToR duplos. Esse processo é descrito na seção anterior Topologia de rede física.

    • Quando os dois switches ToR atuam como dispositivos de Camada 3, eles lidam com o roteamento e fornecem conectividade além do cluster para o dispositivo de borda de borda, como seu firewall ou roteador.

    • A intenção da rede de gerenciamento usa a interface virtual Converged Switch Embedded Teaming (SET), que permite que o endereço IP de gerenciamento do cluster e os recursos do plano de controle se comuniquem externamente.

    • Para a intenção de rede de computação, você pode criar uma ou mais redes lógicas no Azure com as IDs de VLAN específicas para seu ambiente. Os recursos de carga de trabalho, como VMs, usam essas IDs para dar acesso à rede física. As redes lógicas usam as duas portas do adaptador de rede física que são convergidas usando uma equipe SET para as intenções de computação e gerenciamento.

  • Tráfego de armazenamento:

    • Os nós se comunicam entre si diretamente para o tráfego de armazenamento usando as quatro portas ethernet de interconexão direta por nó, que usam seis redes não roteáveis separadas (ou Camada 2) para o tráfego de armazenamento.

    • Não há nenhum gateway padrão configurado nas quatro portas do adaptador de rede de intenção de armazenamento no sistema operacional do nó do Azure Stack HCI.

    • Cada nó pode acessar recursos S2D do cluster, como discos físicos remotos usados no pool de armazenamento, discos virtuais e volumes. O acesso a esses recursos é facilitado por meio do protocolo SMB-Direct RDMA nas duas portas dedicadas do adaptador de rede de armazenamento disponíveis em cada nó. O SMB Multicanal é usado para fins de resiliência.

    • Essa configuração garante velocidade de transferência de dados suficiente para operações relacionadas ao armazenamento, como manter cópias consistentes de dados para volumes espelhados.

      Diagrama que mostra a topologia de rede lógica para um cluster do Azure Stack HCI de três nós.

Requisitos de endereço IP

Para implantar uma configuração sem comutador de armazenamento de três nós do Azure Stack HCI com links duplos para as interconexões de armazenamento, a plataforma de infraestrutura de cluster requer que você aloque um mínimo de 20 x endereços IP. Mais endereços IP serão necessários se você usar um dispositivo de VM fornecido pelo seu parceiro fabricante de hardware ou se usar microssegmentação ou SDN (rede definida por software). Para obter mais informações, consulte Revisar os requisitos de IP do padrão de referência de armazenamento de três nós para o Azure Stack HCI.

Ao projetar e planejar requisitos de endereço IP para o Azure Stack HCI, lembre-se de considerar endereços IP adicionais ou intervalos de rede necessários para sua carga de trabalho além daqueles necessários para o cluster do Azure Stack HCI e os componentes de infraestrutura. Se você planeja usar o AKS (Serviços de Kubernetes do Azure) no Azure Stack HCI, confira AKS habilitado pelos requisitos de rede do Azure Arc.

Considerações

Estas considerações implementam os pilares do Azure Well-Architected Framework, que é um conjunto de princípios de orientação que podem ser usados para aprimorar a qualidade de uma carga de trabalho. Para obter mais informações, consulte Microsoft Azure Well-Architected Framework.

Importante

Examine as considerações do Well-Architected Framework descritas na arquitetura de referência de linha de base do Azure Stack HCI.

Otimização de custo

A otimização de custos é a análise de maneiras de reduzir as despesas desnecessárias e melhorar a eficiência operacional. Para obter mais informações, confira Visão geral do pilar de otimização de custo.

As considerações sobre a otimização de custos incluem:

  • Interconexões de cluster sem switch versus interconexões de cluster baseadas em switch. A topologia de interconexão sem comutador consiste em conexões entre portas duplas ou redundantes compatíveis com RDMA em cada nó para formar uma malha completa. Cada nó tem duas conexões diretas com todos os outros nós. Embora essa implementação seja direta, ela só tem suporte em clusters de dois ou três nós. Um cluster do Azure Stack HCI com quatro ou mais nós requer a arquitetura de rede comutada de armazenamento. Você pode usar essa arquitetura para adicionar mais nós após a implantação, ao contrário do design sem comutador de armazenamento que não dá suporte a operações de nó de adição.

Eficiência de desempenho

A eficiência do desempenho é a capacidade de dimensionar sua carga de trabalho para atender às demandas colocadas por usuários de maneira eficiente. Para obter mais informações, consulte Visão geral do pilar de eficiência de desempenho.

As considerações sobre a eficiência de desempenho incluem:

  • Você não pode aumentar a escala (ou executar uma operação de adição de nó) de um cluster HCI sem comutador de armazenamento de três nós existente sem reimplantar o cluster e adicionar recursos extras de rede, como comutadores de rede, portas e cabos para tráfego de armazenamento e os outros nós necessários. Três nós são o tamanho máximo de cluster suportado para o design de rede sem comutador de armazenamento. Considere essa limitação na fase de design do cluster para garantir que o hardware possa dar suporte ao crescimento futuro da capacidade de carga de trabalho.

Implantar este cenário

Para obter mais informações sobre como projetar, adquirir e implantar uma solução do Azure Stack HCI, consulte a seção Implantar este cenário da arquitetura de referência de linha de base do Azure Stack HCI.

Use o modelo de automação de implantação a seguir como um exemplo de como implantar o Azure Stack HCI usando a arquitetura sem comutador de armazenamento de três nós.

Dica

Logotipo do GitHub Automação de implantação: este modelo de referência descreve como implantar uma solução do Azure Stack HCI sem comutador de armazenamento de três nós usando um modelo do ARM e um arquivo de parâmetro.

Próximas etapas

Documentação do produto:

Documentação do produto para serviços específicos do Azure:

Módulos do Microsoft Learn: