Nutanix Clusters Xi: O verdadeiro híbrido

Cerca de quinhentos milhões de anos atrás, criaturas do oceano começaram a se aventurar pela terra. A evolução, por meio de várias iterações, permitiu que algumas criaturas selecionadas tivessem a capacidade única de viver tanto na terra quanto na água. Essa capacidade de se sentir nativa em ambos os lugares foi um avanço radical e foi a chave para o sucesso desses animais híbridos. A maioria dos peixes, no entanto, ainda permanece confinada aos oceanos hoje. Ninguém pegaria um peixe em um aquário e colocaria o aquário no meio dos pântanos e o chamaria de adaptação ou migração. É um elevador e um deslocamento desconfortável! A vida (e, mais importante, a morte) ensinou a natureza a lançar frágeis engenhocas e favorecer projetos que tenham resiliência e eficiência nativas incorporadas a eles. Foi através de uma série de explorações e mutações que apenas cerca de 200 milhões de anos atrás, os verdadeiros crocodilos chegaram.


Na indústria de tecnologia, a evolução acontece, mas em um ritmo muito mais rápido. Há cerca de uma década, a infraestrutura de TI corporativa apresentava um desafio para migrar para a nuvem, impulsionada pelo desejo de reduzir o CapEx, aumentar a agilidade e expandir os negócios rapidamente em escala global. Uma mutação inesperada chamada Hyper Converged Infrastructure (HCI) aconteceu na mesma época, o que trouxe recursos semelhantes à nuvem para a infraestrutura corporativa.


A arquitetura de três camadas, assim como o peixe, não conseguiu sobreviver na nuvem. As primeiras tentativas das empresas de pesquisa de usar arquiteturas de três camadas com dispositivos SAN e NAS não tiveram êxito. A HCI inaugurou uma nova arquitetura semelhante a nuvem na empresa e, agora, os data centers locais estão implantando rapidamente o HCI. Enquanto esta primeira transição está amadurecendo,


Assim como na natureza, para qualquer arquitetura de engenharia ter sucesso, ela precisa ser simples e eficiente.


A AWS é líder em computação em nuvem e simplifica a migração da pilha de software da Nutranix HCI para a nuvem, fornecendo acesso orientado por API a seus servidores bare-metal. Embora existam muitas maneiras diferentes de trazer uma pilha de HCI sobre o metal puro da AWS, na Nutanix, escolhemos a abordagem mais nativa do problema com a convicção de que tal arquitetura é do interesse de nossos clientes conjuntos.


A Nutanix traz uma oferta inovadora de nuvem híbrida que oferece verdadeiro hibridismo e verdadeira elasticidade. Vamos dar uma olhada mais profunda:

Verdadeiro hibridismo


  1. Muitos clientes possuem contas da AWS existentes. O verdadeiro hibridismo exige o uso das contas, VPCs, VPNs, conexões diretas existentes da AWS, trazendo as nuvens pública e privada juntas. Com o Xi Clusters, os atuais clientes da AWS podem aproveitar seus ambientes existentes e lançar o Nutanix Enterprise Cloud OS em seus ambientes atuais, sem a necessidade de criar uma nova conta da AWS, VPCs ou rede WAN.

  2. O verdadeiro hibridismo também permite reunir os serviços nativos da nuvem aos aplicativos e contêineres clássicos executados no Nutanix Enterprise Cloud OS sem a necessidade de passar por gateways de rede ineficientes ou peering VPC. Com o Xi Clusters, os aplicativos clássicos não só podem estar nas mesmas sub-redes dos serviços e aplicativos nativos da nuvem, mas também podem obter desempenho de rede nativa com o mínimo de overheads. Isso também simplifica a migração de aplicativos dos Xi Clusters para o AWS EC2 nativo e vice-versa, sem a necessidade de alterações no endereço IP ou qualquer reconfiguração de rede.

  3. Um dos principais aspectos do híbrido é ser capaz de gerenciar os lados privado e público da infraestrutura por meio do mesmo console, sem adicionar overheads de gerenciamento no lado da nuvem pública. O Xi Clusters simplesmente apresenta os nós do AOS no bare metal da AWS, gerenciando-os a partir do Prism Central existente e impondo a ausência de VMs de gerenciamento de rede ou VMs de gateway de rede.

Verdadeira elasticidade

  1. A infraestrutura de nuvem deve permitir rápida capacidade de ruptura . A AWS fornece um serviço de bare metal elástico no EC2. Os Xi Clusters permitem que os clientes criem clusters sob demanda e em minutos. A infraestrutura de nuvem está disponível na AWS em uma granularidade de hora em hora. À medida que o requisito de capacidade de um cluster aumenta ou diminui, os nós podem ser adicionados ou removidos sob demanda.

  2. A infraestrutura em nuvem deve permitir a natureza esporádica dos negócios sem a necessidade de recriar ou migrar os ativos a cada vez. Os Xi Clusters permitem hibernar um cluster em execução junto com suas VMs por qualquer período de tempo no AWS S3 - outra novidade no recurso do setor. Durante a hibernação, nenhum custo de computação é incorrido. Sempre que as cargas de trabalho precisarem ser executadas novamente, o Xi Cluster poderá ser retomado e todas as cargas de trabalho serão ativadas. Isso permite uma infraestrutura elástica para cargas de trabalho sazonais, mas com estado.

Xi Clusters Design Choices

Gerenciamento de conta

Tivemos uma escolha entre criar uma nova conta da AWS para o cliente ou usar uma existente para gerenciar os Xi Clusters. O uso de uma nova conta da AWS daria um espaço de trabalho limpo e facilitaria a criação do produto. No entanto, do ponto de vista de um cliente que se mostrou menos ideal porque os clientes não podem usar suas contas e créditos existentes com a AWS. Por isso, decidimos não criar o peso das novas contas da AWS para o cliente. Suas contas correntes podem ser usadas. O cliente será cobrado diretamente pela AWS pelos gastos de infraestrutura e pagará apenas à Nutanix pelo custo de software do uso da Nutanix durante a utilização dos Xi Clusters.

Design de redes

Tivemos uma escolha entre implantar as VMs da Nutanix em uma rede de sobreposição (usando VXLAN) sobre as sub-redes da AWS ou implantar as VMs da Nutanix diretamente nas sub-redes da AWS. A implantação de uma rede de sobreposição permite uma integração mais fácil com a rede em nuvem subjacente, porque nada precisa mudar na maneira como o hipervisor faz o gerenciamento de endereços IP.


No entanto, a escolha de uma sobreposição apresenta muitos desafios:

  1. A execução de uma sobreposição exige VMs de gerenciamento (pelo menos um controlador e alguns gateways de borda de rede). Essa sobrecarga representa um desafio para o nosso mantra simples e eficiente.

  2. Encapsular o tráfego apresenta uma sobrecarga de CPU não trivial e a obtenção de larguras de banda superiores a 10GBits / seg torna-se difícil.

  3. Quando endereços IP na sobreposição conversam com endereços IP no AWS EC2 nativo, eles passam pelos gateways de Borda da rede. Isso cria um gargalo de desempenho e, se não for dimensionado (causando sobrecarga adicional), pode levar a um tempo de inatividade durante as atualizações.

Por isso, decidimos explorar uma integração mais nativa com a rede AWS EC2. Este novo modelo de rede nativo possui os seguintes recursos:

  1. Não há sobreposição necessária, portanto, não há VMs que atuem como controlador de rede ou gateways de borda de rede. Há 0 VMs de gerenciamento necessárias para salvar recursos caros na nuvem e também reduzir a complexidade do gerenciamento.

  2. As VMs em execução no Nutanix AHV recebem endereços IP fornecidos por redes nativas do AWS e reconhecidas pelo AWS switching fabric.

  3. Quando as VMs conversam entre si nos clusters Nutanix Xi ou em máquinas virtuais nativas do EC2, elas não precisam passar por nenhum gateway, mas são diretamente comutadas pela AWS. Isso permite que as VMs do usuário conversem nativamente com serviços de nuvem sem passar por nenhuma tradução de pacotes de sobreposição para subjacente. Isso resulta em redes de alto desempenho e baixa latência.

  4. Para alcançar o que foi dito acima, o AHV foi modificado para adicionar integração profunda à rede da AWS.

Arquitetura de Clusters Xi

Os Xi Clusters são projetados para parecer virtualmente o mesmo que os clusters Nutanix no local. Esses clusters executam a pilha completa do Nutanix AOS e AHV sem nenhuma mudança na CLI, UI ou APIs. Isso permite que os processos de TI existentes ou integrações de terceiros que trabalham no local continuem a trabalhar com os Xi Clusters na AWS.

Com o Xi Clusters, a pilha completa do Nutanix HCI é executada diretamente nas instâncias de bare metal do AWS EC2. O bare metal executa o hypervisor AHV e, assim como qualquer implementação local, executa um Controlador Virtual Machine (CVM) com acesso direto ao hardware de armazenamento de instância NVMe. O software Nutanix AOS oferece alto desempenho, baixa latência e armazenamento altamente disponível usando esses discos NVMe locais. Os Xi Clusters em execução no AWS podem ser gerenciados por um Prism Central existente no local ou por um Prism Central implantado no Xi Clusters no AWS.


Desdobramento, desenvolvimento

Os clientes podem implantar o Xi Clusters na AWS em sua conta my.nutanix.com. Eles podem executar o gerenciamento de clusters no dia-a-dia através do Prism Central e usar a conta my.nutanix.com para criação, hibernação, exclusão e faturamento de seus clusters na AWS.

Arquitetura de Armazenamento


Os clusters Xi na AWS são semelhantes aos clusters Nutanix no local. Um cluster pode ter 3 ou mais instâncias de bare metal i3.metal do EC2. O AHV roda diretamente no metal e expõe o armazenamento local do NVMe aos CVMs. Os CVMs em cada instância agrupam e fornecem uma estrutura de armazenamento única em todos os nós com todos os recursos de armazenamento corporativo que os aplicativos empresariais precisam. A estrutura de armazenamento no Xi Clusters pode ser conectada ao local usando o Nutanix AOS DR, backup, recursos de replicação, permitindo a mobilidade contínua de aplicativos com estado desde o local até a AWS e vice-versa.


Os Xi Clusters não só podem interagir nativamente com os clusters locais na camada de armazenamento, como também estender os recursos de armazenamento de nuvem híbrida da Nutanix, como Volumes, Arquivos e Buckets, para cargas de trabalho nativas executadas no AWS EC2. Isso permite cargas de trabalho que exigem DR ou backup no local, mas precisam aproveitar a computação do AWS EC2 para rebentamento.

Arquitetura de Rede

O AHV executa um controlador de rede distribuído integrado eficiente que integra a rede VM do usuário à rede da AWS. O controlador de rede não cria uma rede de sobreposição. A maneira como isso funciona é que todos os IPs da VM do usuário são atribuídos ao host de metal puro em que as VMs são executadas. O controlador de rede incorporado AHV simplesmente encaminha os pacotes do host para a VM correta no host ou para onde possa ter migrado. O gerenciamento de endereço IP é integrado ao AWS VPC, portanto, todos os IPs de VM do usuário são alocados pelo AWS a partir das sub-redes do AWS nos VPCs existentes.


Não há configuração adicional necessária para VMs de usuários AHV para acessar serviços da AWS e outras instâncias do EC2; e também para instâncias do EC2 se conectarem diretamente a serviços em VMs de usuários do AHV, usando seus endereços IP atribuídos. A rede suporta quase o desempenho de rede nativa entre VMs de usuários AHV e instâncias do EC2.


Como resultado da arquitetura acima, não é necessário que as VMs do controlador de rede, os gateways de borda da rede ou quaisquer outras VMs de gerenciamento sejam executadas nos clusters do Nutanix Xi. A microssegmentação é implementada por meio do controlador de rede incorporado no AHV e as políticas são gerenciadas a partir do Prism Central, que pode estar sendo executado no local ou na nuvem nos Xi Clusters.


O que permanece o mesmo em comparação com o local?


Quase todos os recursos, APIs e experiência do usuário permanecem os mesmos. Os clusters no AWS atuam exatamente como uma extensão real do DC no local. Há mobilidade contínua entre local e na nuvem e vice-versa, sem qualquer alteração nos aplicativos.

Seis Casos de Uso de Clusters Xi

Agilidade


As empresas bem-sucedidas procuram, de forma rotineira, expandir rapidamente a presença de seus aplicativos de negócios em regiões onde ainda não têm um espaço físico para o datacenter. Isso precisa ser feito sem qualquer alteração nos aplicativos. Com o Xi Clusters, as empresas podem escolher entre várias regiões da AWS Global para expandir rapidamente sua presença em todo o mundo.


Consolidação

Muitas empresas têm de lidar com a fragmentação dos ativos dos centros de dados e gostariam de consolidar ou encerrar alguns ativos de datacenter de baixo desempenho. Ter a opção de consolidar em uma zona de disponibilidade próxima da AWS com uma capacidade flexível, sem ter que se preocupar com a compatibilidade de aplicativos com o novo ambiente de nuvem, é ideal para essas transições. O Xi Clusters oferece a capacidade de executar aplicativos corporativos no estado em que se encontra na infraestrutura da AWS, enquanto gerencia os aplicativos a partir de um único console Prism, que pode ser no local ou na nuvem.


Eficiência

As empresas de varejo veem altos picos sazonais na demanda por infraestrutura. Como a adição de novos nós no local é um processo longo, muitas empresas são obrigadas a ter uma infra-estrutura quase sempre subutilizada durante a maior parte do ano. Usando o Xi Clusters, agora as empresas podem manter a utilização alta durante estações fora de pico, reduzindo a área de cobertura geral da infraestrutura e entrando na nuvem nas épocas de pico. Como os clusters Xi nos clusters AWS e nas instalações estão na mesma rede, e a migração de malha de armazenamento dos aplicativos para frente e para trás é conveniente.


Aptidão


Alguns aplicativos clássicos exigem acesso a discos compartilhados com suporte a SCSI-PR. O Xi Clusters permite que esses aplicativos sejam executados dentro da AWS. Essa flexibilidade permite que novas classes de aplicativos migrem para a nuvem pública.


Atuação


Bancos de dados de ponta, aplicativos de big data ou outros aplicativos de E / S com fome podem não conseguir obter IOPs de armazenamento suficientes no ambiente nativo da nuvem sem alterar sua arquitetura ou gastar muitos IOPs provisionados. O Xi Clusters traz a alta capacidade de IOPs de armazenamento do AOS sobre os servidores bare-metal da AWS, fornecendo uma nova classe de aplicativos com fome de E / S para migrar para a nuvem.


Proximidade


Ao migrar aplicativos para a nuvem, o desafio comum enfrentado pelos clientes é que nem todos os componentes do aplicativo podem ser preparados para a nuvem ao mesmo tempo. Portanto, o desafio comum é a divisão de longa distância dos componentes de aplicativos no local e dos componentes de aplicativos na nuvem, levando a problemas de latência. Isso frustra muitos esforços de migração da nuvem. Agora, com os Xi Clusters, os componentes do aplicativo podem ser movidos como estão e sem nenhuma alteração na nuvem para ficarem próximos aos componentes nativos da nuvem. A integração exclusiva que o Xi Clusters fornece com a rede nativa da AWS permite alta largura de banda e baixa latência entre os componentes do aplicativo na Nutanix Infrastructure na AWS e nas VMs nativas da AWS.


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