Low Latency Networks im Überblick, Teil 5

Dr. Franz-Joachim Kauffels

21.12.2010 | Redakteur: Andreas Donner

Ein Vergleich von Ethernet, CEE und InfiniBand – die enge Feature-Verwandtschaft von IB und Converged Enhanced Ethernet ist offensichtlich
Ein Vergleich von Ethernet, CEE und InfiniBand – die enge Feature-Verwandtschaft von IB und Converged Enhanced Ethernet ist offensichtlich

Verschiedene Hersteller bezweifeln, dass Methoden wie Fat Trees und Virtual Chassis für die Strukturierung von Low Latency Networks ausreichen und bevorzugen daher einen konstruktiven Ansatz, der allgemein als „Scale-Out“ bezeichnet wird. Die Anwendung von Scale-Out auf Netzwerke ist eine Revolution.

Scale-Out steht für ein völliges Umdenken bei Netzen. Traditionelle Netze sind eher nach dem Grundgedanken des „Scale-Up“ aufgebaut, bei dem immer größer werdende monolithische Switches die wesentlichen Hauptaufgaben übernehmen. Das führt zu sehr schönen skalierbaren Netzen, allerdings auch zu fulminanten Kosten für diese Core-Switches und ihren Betrieb.

Bei Scale-Out werden kleinere, standard-basierte Switches mit einer speziellen Software geclustert. Das Konzept ist heute in RZs bei Speichersystemen und geclusterten Web-Servern bekannt und beliebt. Es gibt nun Hersteller, die diesen Ansatz bevorzugen. IDC sieht in Scale-Out einen wichtigen Weg für die Zukunft von Rechenzentren.

Scale-Up bedeutet, die Aufgaben immer größeren monolithischen Maschinen, wie z.B. schweren Core-Switches in Netzen, zu übertragen. Eigentlich wissen wir schon, dass das nicht der richtige Weg ist. Neben Skalierungsproblemen kommen Kostenexplosion und Management-Probleme auf uns zu.

Scale-Out bedeutet die horizontale Skalierung durch Clustering multipler kleinerer Maschinen.

In einem Scale-Out Design werden viele Elemente, die nach Industriestandards arbeiten, mit einer Clustering-Software zu einem größeren Gebilde zusammengebunden, die für eine vereinheitlichte Systemsicht sorgt. Da kleinere Komponenten nach Industriestandards viel schneller hergestellt werden können als große monolithische Switches, dauert es bei einem solchen Design längst nicht so lange, bis neue Industriestandards auch in Form von Produkten bei den Kunden ankommen.

Spannend ist aber auch, dass die Summe kleinerer Systeme immer erheblich preisgünstiger ist als ein großes System – egal bei welchem Hersteller.

Denken Sie jetzt einmal an ein Fat Tree Design, wie wir es im letzten Beitrag besprochen haben und die Kosten, die dadurch entstehen, dass es auf der Spine-Ebene große Core-Switches geben muss und man zu den Kosten der Ports an den Leaf-Switches, die die eigentliche Versorgung der Server vornehmen, noch die Kosten für die Ports der gesamten Infrastruktur hinzurechnen muss. Wie viele Ports man im Rahmen der Infrastruktur braucht, hängt vom Konzentrationsgrad auf den Leitungen ab. Da dieser individuell verschieden ist, können wir hier nicht weiter rechnen, aber mit dieser Anleitung können Sie das für Ihr Netz ja selbst.

Die Diskussion der Folgekosten durch Platzbedarf der Core-Switches, Stromversorgung und Kühlung unterlassen wir jetzt, aber da ist auch Potential drin.

Scale-Out ist In

Es gibt viele Beispiele für Scale-Out-Lösungen im RZ wie Cluster von Web-Servern, geclusterte Anwendungen und Datenbanken sowie geclusterte File- oder Blockspeicher. Sie alle zeigen, dass Scale-Out ein erfolgreiches konstruktives Konzept ist. Alle diese Beispiele verbessern Leistung und Kapazität mit weniger Ressourcen. Der Erfolg einer Cluster-Lösung hängt von ihrer Software-Architektur ab. Dabei stehen folgende Fragen im Vordergrund:

  • Wie nahe kommt das Verhalten des Clusters einem monolithischen System?
  • Wie steht es um die Linearität der Skalierbarkeit und deren Grenzen?
  • Wie verhält sich das geclusterte System bei Fehlern?

Es gibt sogar die These, dass die bisherigen Scale-Up-Lösungen bald an konstruktive Grenzen stoßen werden. Die Core-Switches müssen einerseits immer mehr Aufgaben übernehmen, andererseits wachsen Datenrate und Konzentrationsgrad laufend, das heißt, die Mehraufgaben müssen immer schneller erledigt werden. Irgendwann wird auch noch so parallelisiertes CMOS dabei an Grenzen stoßen. Also muss man auf einen anderen VLSI-Herstellungsprozess zurückgreifen, wie etwa GaAs. Dadurch werden die Core-Switches wahrscheinlich noch mal deutlich schneller, aber bestimmt auch noch mal wesentlich teurer, ganz abgesehen vom Energieverbrauch.

Dieser Scale-Up Ansatz ist eigentlich nur eine Krankheit von Ethernet. Bei anderen Netztypen wie InfiniBand und in gewissem Umfang Fibre Channel hat man schon früh erkannt, dass es so nicht geht und das Scale-Out Konzept angewendet. Eine typische InfiniBand-Umgebung besteht üblicherweise aus einer sehr leichtgewichtigen Switching-Struktur, die folgende Eigenschaften aufweist:

  • Fähigkeit der Arbeit in fast beliebigen Mesh-Topologien
  • Unterstützung paralleler, multipler Wege
  • Fabric- und I/O-Partitionierung
  • Zentrale Discovery
  • Policy Management

In den letzten Jahren hat IEEE aber an Verbesserungen von Ethernet gearbeitet, die dem Ethernet in Form des Converged Enhanced Ethernet InfiniBand-ähnliche Eigenschaften verleihen, wie wir das ja schon oft diskutiert haben. Das Teaserbild macht dies eigentlich ohne weitere Erläuterung klar. Der hervorgehobene Kasten zeigt die enge Verwandtschaft der Möglichkeiten von IB und CEE.

An Differenzen bleibt, dass IB immer schneller sein wird als Ethernet, während Ethernet jetzt bei 40/100 GbE steht, wird IB bald jenseits der 300 Gbps angekommen sein. Zudem unterstützt IB kein IP-Routing, weil es für die klassischen Anwendungsbereiche von IB viel zu langsam wäre und somit nicht benötigt wird. Dafür können Ethernet-Netze räumlich größer werden.

Für das, was wir hier diskutieren, spielt das aber alles keine Rolle. Vielmehr ist es hoch interessant, dass CEE jetzt von IB so viele Eigenschaften übernommen hat, dass eine Anwendung des Scale-Out Prinzips denkbar und erfolgversprechend ist.

weiter mit: Voltaire Scale-Out Data Center Fabric Architecture

 

ComConsult Netzwerk-Redesign Forum 2011

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