Data Center Fabrics machen Converged Ethernet im Rechenzentrum möglich

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Die Ethernet Fabric

Zunächst soll nicht mehr jeder einzelne Switch autonom sein eigenes Paket Forwarding ausführen, sondern das Ziel ist es, einen „großen logischen Ethernet-Switch“ für das Rechenzentrum bereitzustellen. Dieser soll natürlich hinsichtlich der Portanzahl immer erweiterbar sein. Die Architektur der Ethernet Fabric ist daher eine verteilte Architektur. Control Plane und Management Plane sind nicht mehr einzeln pro Switch aktiv, sondern sie nun erweitert auf die gesamte Fabric.

Entwicklung mit großen Auswirkungen und vielen Vorteilen

Für die Administration eines Netzwerkes bedeute eine verteilte Management- und Control-Plane, dass nur noch ein „logischer Ethernet-Switch“, d.h. die Ethernet Fabric, verwaltet wird. Konfigurationen oder Statusabfragen werden nun auf der Fabric ausgeführt, nicht mehr auf dem einzelnen Switch. Das erleichtert die Verwaltung und stellt eine konsistente Konfiguration in allen Switches der gesamten Fabric sicher.

Es kann nicht mehr passieren, dass z.B. Policies auf 20 Switches eingerichtet, aber auf einem Switch vergessen wurden.

Die Fabric wird durch die Architektur auch automatisch einfacher und weiter skalierbarer. Wird ein weiterer fabric-fähiger Switch hinzugefügt, so wird er Teil der logischen Control Plane. Seine Konfiguration „erbt“ er von der Fabric. Dies ist vergleichbar mit dem Hinzufügen einer Port-Karte in einem Chassis Switch. Auch hier benutzt die Port-Karte die Management Plane und Control Plane des Chassis.

Die Verarbeitung der Pakete erfolgt an den Edge-Ports der Fabric, das reduziert die Gesamt-Latenzzeit für die Pakete. ISL-Ports zwischen den Switches benötigen keine Konfiguration. Hier müssen beispielsweise keine VLANs oder ähnliches konfiguriert werden. Dies entfällt durch die gemeinsame Control Plane.

Verglichen mit einem Chassis würde auch niemand die Backplane-Anbindung einer Port Karte im Chassis konfigurieren wollen. Die ISLs verbinden die einzelnen Switches zu einer Fabric wie eine Backplane die Port-Karten zu einem Chassis verbindet.

Die Ethernet Fabric stellt somit ein flaches Netzwerk da, welches mit jeder Art von Topologie aufgebaut werden kann.

Geräteanbindung

Die Anbindungen von Servern oder anderen Endgeräten wie Storage-Devices kann per vLAG geschehen. Hierbei endet ein LAG von einem Endgerät auf zwei oder mehreren Switches innerhalb der Fabric. Da sich aus Sicht des Endgerätes die Fabric wie ein Switch darstellt ist dies möglich. Auch diese Funktion erhöht die Ausfallsicherheit und die verfügbare Bandbreite der Endgeräteanbindung.

In der Control Plane wird STP durch ein Layer2 Link State Routing ersetzt. Somit hält nun ein Routingverfahren für L2-Verkehr Einzug, was bisher nur L3-Verkehr vorbehalten war. Es ist damit möglich, alle Verbindungen innerhalb der Fabric als aktive Datenpfade zu nutzen. Keine Verbindung muss mehr geblockt werden, um L2 Loops zu verhindern. Daten können somit über die ISL-Verbindungen auf kürzestem Weg und auch über mehrere ISL-Verbindungen parallel ohne Loops transportiert werden.

Sind zwei Switches durch mehrere ISLs verbunden, bilden sich automatisch Trunks zur frame-basierten Lastverteilung. Fällt eine Verbindung innerhalb des Trunks aus, so wird der Verkehr unterbrechungsfrei auf die verbleibenden Verbindungen verteilt. Werden im Betrieb neue Verbindungen hinzugefügt oder bestehend entfernt, fließt der Verkehr über die neuen bzw. die bestehenden ISLs einfach unterbrechungsfrei weiter. Bei STP würde dies eine Rekalkulation des Trees bedeuten und dies würde das komplette Netzwerk anhalten.

Dynamische Services

Die Ethernet Fabric bildet also für Rechenzentren ein Netzwerk, welches nun sehr hohe Ausfallsicherheit, hohe Bandbreiten und viel Flexibilität bei einem stark vereinfachten Management bietet. Zur dynamischen Nutzung weiterer Netzwerk-Services kann eine Ethernet Fabric Verkehr umleiten und Firewalls, Application Delivery Controller und native FC-Services mit einbinden. Hierfür werden entsprechende Komponenten an die Fabric angeschlossen.

Virtuelle Server

Speziell für die Nutzung von virtuellen Servern ist aber noch eine Funktion in der Ethernet Fabric unabdingbar. Die Loslösung der Serverport-Konfiguration vom tatsächlichen physischen Port.

Wo früher ein Server mit einer Anwendung am Ethernet angeschlossen war, konnte dieser Port dem entsprechenden VLAN, den Policies oder den QoS-Einstellungen etc. zugewiesen werden. Heute kommen von einem Server viele virtuelle Server mit unterschiedlichsten Anwendungen.

Diese virtuellen Server können auch auf andere Server umziehen und erscheinen damit plötzlich an einem anderen Ethernet-Port. Die Lösung heißt hier Port Profiles. Die frühere Portkonfiguration vom physischen Port wird nun als Port Profile für die gesamte Fabric zur Verfügung gestellt.

Welcher virtuelle Server dann welches Port Profile nutzt, wird über die MAC-Adresse des virtuellen Servers gesteuert. Dadurch ist es auch möglich, dass virtuelle Server umziehen und nun über einen anderen Switch und anderen Port an die Fabric angebunden sind. Die Port Profiles und die Zuordnung über die MAC-Adressen sind überall in der Fabric konsistent. Das Prinzip ist unabhängig von der eingesetzten Servervirtuallisierung, da jeder virtuelle Server eine MAC-Adresse besitzt.

Die Brocade VCS Architektur

Brocade erfüllt alle diese Anforderungen an eine echte Ethernet Fabric mit seiner VCS-Architektur. Verfügbar ist die VCS Technologie in der VDX Switch Serie.

Über den Autor

Reinhard Lichte ist Senior Network Consultant bei Brocade.

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