Das Konzept der Ethernet Fabrics im Detail

Data Center Fabrics machen Converged Ethernet im Rechenzentrum möglich

24.10.2011 | Autor / Redakteur: Reinhard Lichte / Andreas Donner

Ethernet Fabric heißt die Technik, die die Netzwerke in Rechenzentren revolutioniert
Ethernet Fabric heißt die Technik, die die Netzwerke in Rechenzentren revolutioniert

Die Anforderungen an Rechenzentrumsnetze steigen stetig. Viele neue Anwendungen, wie Web-Services, Unified Communications oder die Speicherkommunikation mit ihren unterschiedlichen Traffic-Mustern und Anforderungen werden nun über Ethernet transportiert. Dies alles stellt hohe Anforderungen hinsichtlich Geschwindigkeit, Latenz und Verlustfreiheit und verlangt nach einer Vereinfachung des Betriebs. Die Lösung hierzu heißt Ethernet Fabric.

Um die Vorzüge einer Ethernet Fabric besser verstehen zu können, sollen zunächst kurz die Einschränkungen, die sich heute beim Einsatz von traditionellem Ethernet im Rechenzentrum ergeben, aufgezeigt werden.

Ein Switch ist typischerweise nicht in der Lage, alle benötigten Ports im Rechenzentrum bereitzustellen. Daher werden hierarchische oder auch als „Baum“ bezeichnete Topologien aufgebaut. Die Server sind dann pro Rack an einem oder zwei ToR-Switches (Top-of-Rack) angeschlossen.

Im klassischen Ethernet werden Switches untereinander mehrfach durch ISLs (Inter Switch Links) verbunden, um keinen Single-Point-of-Failure im Netzwerk zu erzeugen. Anderseits erzeugen solche Mehrfachverbindungen aber auch Layer-2-Loops, die im Ethernet wiederum verboten sind.

Hier wird das SpanningTreeProtocol (STP) genutzt, um die Mehrfachverbindungen so lange zu blocken, bis eine der Einfachverbindungen ausfällt. Der große Nachteil hierbei ist, dass Bandbreiten zwischen den Switches ungenutzt bleiben und nur im Fehlerfall genutzt werden.

Ein weiterer großer Nachteil sind die langen Umschaltzeiten im STP. Wird eine Leitung hinzugesteckt, ändert sich die Topologie und STP hält den gesamten Netzwerk-Verkehr bis zur Neuberechnung an. Fällt eine Leitung aus dauert das Umschalten ca. 1 Sekunde, fällt allerdings die Rootbridge im STP aus, so dauert das Umschalten bis zu einer Minute.

Mit den heutigen Anforderungen der Anwendung nach Hochverfügbarkeit und dem immer stärker zunehmenden Speicherverkehr in Ethernet-Netzwerken kann das vor vielen Jahren entwickelte STP nicht mehr mithalten. Eine Unterbrechung des Datenpfades, die zwischen einer Sekunde und einer Minute liegt, ist hier nicht mehr akzeptabel.

Das Problem der Switch-Eigenständigkeit

Ein weiteres typisches Merkmal eines klassischen Ethernet-Netzwerkes ist die Eigenständigkeit eines jeden Switches. Jeder Switch behandelt ein Datenpaket neu. Jeder Switch verfügt über seine eigene Control Plane, Management Plane und Data Plane. Das bedeutet erhöhte Latenzzeit durch die jeweils neue Bearbeitung und auch erhöhten Betriebsaufwand, da jeder Switch mit den gleichen Konfigurationsparametern wie VLANs, ACLs, Policys, QoS-Parametern, etc. versehen werden muss.

Auch die Wahrscheinlichkeit, dass die Konfiguration aller Switches nicht konsistent ist, steigt.

Die Weiterentwicklungen der letzten Jahre im Ethernet

Einige Verbesserungen wurden über die Jahre entwickelt. LAGs (Link Aggregation Groups) können bspw. mehrere ISL-Verbindungen zwischen zwei Switches zusammenfassen. Diese müssen aber manuell konfiguriert werden. Wird dies vergessen bildet sich wieder ein Loop und es kommt zum Ausfall des gesamten Netzwerkes.

Durch Multiple STP wurde die Nutzung mehrerer STPs innerhalb der „Baum“-Topologie möglich, das erhöht aber die Komplexität und an den langen Konvergenzzeiten hat dies nichts geändert.

Mit der Stacking Technologie können mehrere Switches wie ein logischer Switch betrieben werden, aber auch hier gibt es wieder Restriktionen. Die Ports für die ISL-Verbindungen zwischen den Switches sind meist fest vorgegeben und nicht beliebig in der Bandbreite erweiterbar. Die Topologie ist fest vorgegeben und ein Switch muss als Master innerhalb des Stacks dienen – dieser ist somit besonders kritisch in Sachen Ausfallsicherheit zu betrachten.

Konsolidierte Weiterentwicklung

Es sind also bereits in der Vergangenheit einige Anstrengungen unternommen worden, das Ethernet „besser“ zu machen. Mit der Ethernet Fabric werden diese Themen nun konsolidiert aufgegriffen, um eine erweiterte Ethernet-Technologie für das Rechenzentrum von heute und morgen verfügbar zu machen.

Die Übernahme des Begriffs „Fabric“ aus der Fibre-Channel-Welt (FC) ist hier natürlich nicht rein zufällig. Viele Ansätze, die bei FC seit Jahren genutzt werden, werden nun gleich oder ähnlich in der Ethernet Fabric verfügbar.

weiter mit: Die Ethernet Fabric

 

Das macht eine Ethernet Fabric Architektur aus

Inhalt des Artikels:

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