Netzwerk-Grundlagen – Rechenzentrumsnetze im Umbruch, Teil 9 Data Center Bridges (DCB) – Funktionalität nahe am Lossless Ethernet

Das Projekt DCB wird im Markt oft nur im Zusammenhang mit FCoE und „Lossless Ethernet“ gesehen. Das ist schade, denn DCB ist viel mehr. Es bietet elegante Möglichkeiten, den in einem RZ-Netz nunmehr konvergierten Datenstrom zu steuern und dadurch Netze einer ganz anderen Qualität als heute zu bauen. Dieser Artikel fasst die Ergebnisse zusammen, die vom Autor und ComConsult Research im Rahmen aufwändiger Untersuchungen erzielt wurden.

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Die DCB-Funktionen umfassen Staubenachrichtigung und rückwärts gerichtete Staubehebung, Prioritäts-basierte Flusskontrolle und erweiterte Verkehrssteuerung sowie Systeme zum Informationsaustausch der beteiligten Switches hinsichtlich der von ihnen unterstützten Funktionen.

DCB bedeutet „Data Center Bridges“. Die Funktionen wurden definiert, um der Idealvorstellung eines „lossless Ethernet“ möglichst nahe zu kommen. Diese zusätzliche Eigenschaft eines Ethernets wird dann benötigt, wenn man FCoE mittels FC-BB-5/FC-BB_E implementieren möchte.

Wir untersuchen die Funktionen der Reihe nach.

DCB Congestion Notification und Congestion Control

Konventionelle Ethernet-Switches haben die unangenehme Eigenschaft, Pakete zu verwerfen, wenn die Eingangswarteschlangen in ihrer Summe so lang werden, dass der Switch annehmen muss, diese Warteschlangen nicht mehr sinnvoll abarbeiten zu können. Mögliche Gründe für das Auftreten dieser Situation sind:

• Schlecht und mit zu hoher Überbuchung konstruierte Netze
• Zu kleine Speicher in den Switches
• Defekte im Switch
• Zu hohe Belastung des Switches aus multiplen Quellen

DCB Congestion Control arbeitet so, dass im Falle des bald zu erwartenden Auftretens einer Stausituation von den betroffenen Eingangsports (meist ist dies nur einer) eines betroffenen Switches eine Congestion Notification an den Auslöser der Überlast geschickt wird. Dieser senkt dann seine Datenrate. Die Hoffnung ist, dass sich die Stausituation dadurch auflöst.

Dabei ist zu bemerken, dass Congestion Control nur dann funktionieren kann, wenn die NIC des zuviel Verkehr erzeugenden Gerätes auch die entsprechenden Funktionen zur Senkung der Datenrate besitzt. Generell ist das vergleichbar mit der Senkung der Datenrate bei WLANs, wenn sich die Umgebungsbedingungen verschlechtern.

Praktisch ist DCB Congestion Control also auf die Endsysteme beschränkt, die es unterstützen. Das sind zurzeit aber nur ganz moderne Server mit entsprechend eingerichteter Virtualisierungssoftware und einer I/O-Implementierung, die die Einschränkungen differenziert an die virtuellen Maschinen weitergibt.

An den ersten drei Punkten kann DCB Congestion Control nichts ausrichten, sondern lediglich am letzten. Das sollte man aber auch nicht übertreiben, IEEE 802.1 sagt selbst, dass Simulationen gezeigt hätten, dass ein Verlust von Paketen auch durch die Congestion Control nicht völlig vermeidbar ist. Das Verfahren ist überdies nicht deterministisch.

Aufgrund der Erfahrung und der zukünftigen Anforderungen wird man ein neues Netz direkt so designen, dass man auf Überbuchung verzichtet und es insgesamt blockierungsfrei auslegt.

Durch das neue IS-IS-basierte und von der IETF standardisierte Strukturierungsverfahren TRILL stehen hier ganz andere Möglichkeiten für das Design von Netzen zur Verfügung, weil redundante Ersatzwege nicht mehr wie bei Spanning Tree einfach ausgeschaltet, sondern aktiv mitbenutzt werden. Dies kann man deshalb jetzt endlich mit den seit Jahrzehnten existierenden Erkenntnissen aus der Theorie der Mehrstufenmehrfachverbindungsnetzwerke, wie z.B. dem Clos Netz, kombinieren und kommt damit zu völlig neuartigen, optimierten und vor allem völlig blockierungsfreien Netz-Designs. Dies ist hier aber nicht das Thema.

Wir können festhalten

Wird ein neues Netz mit neuen Core-Switches so konstruiert, dass es frei von Überbuchungen ist und blockierungsfrei arbeitet, ist die DCB Congestion Control völlig überflüssig.

Das einzige Problem, was in einem solchen Netz noch auftauchen kann, ist ein technischer Defekt in Line Card oder Switch. Dagegen kann aber DCB Congestion Control ohnehin nichts machen, es ist in diesem Zusammenhang eine konstruktive Aufgabe, das Netz auf hinreichende Redundanz für solche Fälle auszulegen.

weiter mit: DCB Priority Based Flow Control

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