Test belegt: 100-Gigabit-Netze setzen neue Maßstäbe

100-GbE-Netzen mit kohärenten OTS und IP-Service-Routern gehört die Zukunft

| Autor / Redakteur: Bernhard Lück / Andreas Donner

100 GbE ist die Basistechnologie für Alcatel-Lucents High Leverage Network Architecture (HLN).
100 GbE ist die Basistechnologie für Alcatel-Lucents High Leverage Network Architecture (HLN).

Im Frühjahr 2011 beendeten T-Systems und Alcatel-Lucent ihren Test, bei dem die Rechenzentren der TU Dresden und der TU Bergakademie Freiberg mit kommerziell verfügbarer 100-Gigabit-Technik vernetzt wurden. Nach Angaben der beteiligten Unternehmen haben die Messergebnisse bestätigt, dass die verwendeten 100-GbE-Transportsysteme die theoretische Bandbreite von 100 GBit/s tatsächlich erreichten.

Bei dem 100-Gigabit-Test kam eine technische Lösung zum Einsatz, bei der kohärente optische 100-GbE-Transportsysteme und 100-GbE-IP-Router nahtlos zusammenarbeiteten und eine durchgehende Bandbreite von 100 Gigabit auf der Transportstrecke wie auch bei der Verarbeitung der Anwendungen ermöglichten. Das eingesetzte System hat eine maximale Kapazität von 88 Wellenlängen, also eine mögliche Übertragungsbandbreite von 8,8 Terabit. Auf dieser Infrastruktur testeten die Projektpartner unterschiedliche Anwendungsszenarien in einem bisher nicht verfügbaren Leistungsbereich.

Konkrete Ergebnisse

Die Messergebnisse bestätigten, dass die verwendeten 100-GbE-Transportsysteme im Einsatz mit realistischen Anwendungen die theoretische Bandbreite von 100 Gigabit pro Sekunde tatsächlich erreichten. Dies zeigt: 100 GbE ist aktueller Stand der Technik für Hochleistungsnetze, die verteilte Rechenzentren miteinander verbinden und Cloud-Anwendungen unterstützen.

Die Tests zeigten weiterhin, dass parallele Dateisysteme, die bisher typischerweise innerhalb von Hochleistungsrechenzentren genutzt wurden, auch in Weitverkehrsnetzen mit sehr guten Ergebnissen eingesetzt werden können.

Bei den Tests mit Clustern virtueller Server fanden die Wissenschaftler heraus, dass sie zwar über große Entfernungen funktionieren, die entfernungsabhängige Latenz aber die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt. Der Einsatz von virtuellen Clustern in WANs muss also genau geprüft werden.

Ein weiteres Testergebnis war, dass in universitären Rechenzentren verbreitete IT-Dienste wie Videokommunikation, Speichern im Netz und 3-D-Visualisierung auch auf einer mit parallelem Datenverkehr überbuchten Leitung nicht beeinträchtigt wurden, sofern QoS-Mechanismen den Verkehr steuerten. Wurde QoS nicht verwendet, kam es zu Leistungseinbrüchen. Dies zeigt, dass der Einsatz von QoS-Mechanismen umso wichtiger wird, je mehr parallele Anwendungen bzw. Dienste auf einer Netzverbindung koordiniert werden müssen. Da 100-Gigabit-Netzwerke es ermöglichen, die verfügbare Bandbreite unter einer Vielzahl von Diensten aufzuteilen, muss der Einsatz von QoS hier Hand in Hand gehen.

Einordnung und Ausblick

Die Projektergebnisse zeigen, dass Rechenzentren verschiedener Universitäten auf der Hardware- wie auch auf der Anwendungsebene über eine 100-GbE-Infrastruktur sehr gut zusammenarbeiten können. Im universitären Umfeld eröffnet die 100-Gigabit-Technik neue Möglichkeiten in der wissenschaftlichen Forschung. Dies gilt vor allem für Bereiche, in denen riesige Datenmengen bewegt werden müssen, wie in der Klimaforschung, bei der Simulation von Strömungen im Kraftwerks- und im Automobilbau, bei astronomischen Berechnungen oder bei medizinischen Simulationen von Abläufen im menschlichen Körper.

Hintergrund zum Testprojekt

Das 100-Gigabit-Testprojekt beruhte auf Alcatel-Lucents High-Leverage-Network (HLN)-Architektur und umfasste zwei Netzebenen: die optische Transportebene mit rekonfigurierbaren optischen Add/Drop-Multiplexern (ROADMs), ergänzt durch die Pakettechnologie MPLS. Es handelte sich um die weltweit erste Netzwerkinstallation mit aufeinander abgestimmten optischen Transportsystemen und IP-Service-Routern auf Basis von 100-Gigabit-Technologie. Dabei kamen Alcatel-Lucents 1830 Photonic Service Switch, Alcatel-Lucents 7750 Service Router, Server von HP für Rechenleistung und Speicherbandbreite und Speicherplatten von Datadirect Networks zum Einsatz. VMware steuerte Softwarelizenzen bei. Die Indiana University war als Kooperationspartner der TU Dresden an Tests mit dem Lustre-Wide-Area-Dateisystem beteiligt. Sieben Teilprojekte wurden untersucht:

  • Lasttests auf Transport- und Anwendungsebene
  • Verhalten von parallelen Dateisystemen in Weitverkehrsnetzen
  • Optimierter Dateitransfer
  • Cluster virtueller Server
  • Echtzeitkommunikation in Form von Videokonferenzen
  • Speichern im Netz (Network Attached Storage – NAS)
  • Auswirkung von Quality-of-Service-Mechanismen (QoS) auf die Anwendungen

Die 100-GbE-Teststrecke zwischen den Rechenzentren der TU Dresden und der TU Bergakademie Freiberg war ursprünglich 60 Kilometer lang. Sie wurde im Laufe des Projekts durch Einsatz von Fasertrommeln auf 400 Kilometer verlängert, um das Verhalten von Anwendungen auch auf längeren Entfernungen zu testen.

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