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Low Latency Networks im Überblick, Teil 5

Dr. Franz-Joachim Kauffels

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Voltaire Scale-Out Data Center Fabric Architecture

Grundsätzlich funktioniert die Architektur mit IB oder CEE. Der Unterschied liegt nach Angaben des Herstellers Voltaire darin, dass CEE sehr gut ist, für allerhöchste Anforderungen aber nach wie vor IB benutzt werden muss. Wir betrachten jetzt hier nur den CEE-Teil.

Die CEE-Scale-Out Architektur ist gedacht für

  • Konsolidierung im RZ
  • Extensive Benutzung der Server-Virtualsierung
  • Hohe Packungsdichte in Racks voller leistungsfähiger CPUs
  • Service-Orientierung an Automation und Cloud Computing

Technisch basiert die Konstruktion auf Switches hoher Dichte mit vielen Wire-Speed 10-GbE-Ports ohne Überbuchung. Die Switch-Architektur beinhaltet verschiedene Funktionen für die Verkehrsverwaltung, die es letztlich ermöglichen, dass die systembedingte Latenz unter 1 µs bleibt. Je nach gewählter Verkehrsklasse wird lossless Arbeitsweise gewährleistet. Mit dem Vantage 8500 haben wir ja schon einen entsprechenden Switch kennen gelernt, es gibt auch kleinere von diesem Hersteller. In ihren Herzen sind das allesamt InfiniBand-Switches, die nach außen hin nur so tun, als seien sie Ethernet-Switches aber, weil sie eine so schön geringe Latenz haben und außerdem wirklich verlustfrei arbeiten können, soll uns das an dieser Stelle egal sein.

Ein weiterer Vorzug dieser Switches ist es, dass man sie praktisch beliebig zu großen Topologien vermaschen kann, ohne dass sie ihre Grundqualitäten verlieren.

Durch die Architektur und die passende Software sieht die Menge der mit Scale-Out strukturierten Switches von außen wie ein großer monolithischer Ethernet-Switch aus. Das erleichtert die Integration in gemischte Umgebungen, wo man z.B. einen Teil des Netzes so lassen möchte, wie es bisher war, und alle neuen Teile mit Scale-Out aufbaut.

Es gibt ja auch im Ethernet-Bereich eine Reihe von Verbesserungen wie TRILL oder PLSB, die eine mehr oder minder beliebige Vermaschung von Switches erlauben, wobei keine Voraussetzungen hinsichtlich deren Größe gemacht werden. Aber zum einen sind sie noch weit davon entfernt, wirklich vollständig zu sein und zum anderen benötigt man ohnehin neue Switches, weil die alten mit den Erweiterungen des Paketformats, was durch diese Verfahren zwingend bedingt wird, nicht klarkommen.

Software als Kern der Gesamtlösung

Neben den Switches ist eine Software der Kern der Gesamtlösung: der Unified Fabric Manager (UFM) von Voltaire. Zunächst stellt er alle realen und virtuellen Switches im Netzwerk fest. Neben Geräten von Voltaire können das auch zertifizierte Systeme von Fremdherstellern sein. Aus diesen Informationen fügt er dann entlang der Anforderungen der Anwendungen das Netz dynamisch zusammen.

Alle Komponenten des Netzes und alle Verbindungen werden permanent überwacht, nicht nur auf Fehler und Funktionalität, sondern auch hinsichtlich der Einhaltung der Anforderungen aus den Anwendungen.

UFM akzeptiert Anforderungen oder Definitionen virtueller Einheiten und justiert die Policies für diese Anforderungen über alle Switches Ende-zu-Ende dynamisch. Dadurch braucht man als Betreiber eigentlich nicht mehr zu verstehen, wie die physikalischen oder virtuellen Beziehungen aussehen oder wie die Switches untereinander verbunden sind. Insbesondere muss man nichts mehr von Hand konfigurieren.

Das mag zunächst befremdlich erscheinen, aber mit zunehmender Konzentration und Virtualisierung und den schnellen Änderungen in dynamischen Umgebungen, wie sie z.B. durch Web-2.0-Architekturen ausgelöst werden, kann kein Mensch und auch kein Team mehr alle diese Verbindungen kennen, Überwachen oder gar von Hand einstellen. Das muss man wohl oder übel schon einem Automaten überlassen.

Beispiele für verwaltete Endpunkte sind NICs, HBAs oder HCAs realer oder virtueller Maschinen, Storage Elemente (Targets, LUN, Volume oder File Server) sowie Router-/Gateway-Ports oder Uplink-Ports. Multiple Endpunkte können auch gruppiert werden, z.B. wenn eine Menge von Endpunkten in einem virtuellen Netz in der gleichen L2-Domäne verbleiben soll oder wenn ein Anwendungscluster eine Menge von Netzwerk-Schnittstellen enthält.

In einem konvergierten Netz ist es notwendig, Qualitätsklassen für spezifische I/O-Endpunkte festzulegen und an diese spezielle Eigenschaften zu binden. Beispiele wären:

  • Netzwerk-Adapter (NIC, vNIC) mit normalen Ethernet Eigenschaften
  • Storage-Adapter (HBA, vHBA) mit lossless-Anforderung über die Fabric
  • Messaging/HPC-Adapter (HCA, vHCA) mit lossless-Anforderung und geringer Latenz

UFM erlaubt es den Betreibern, Anwendungen, Anwendungs-I/O und Netzwerkanforderungen sowie Flow Requirements (Verbindungen zwischen Anwendungs-Arbeitseinheiten) zu definieren. Der intelligente Betriebsmittel-Verwalter in UFM produziert automatisch die Traffic-Policies, die notwendig sind, um die Anwendungen im gewünschten Maße zu unterstützen. Er optimiert die Benutzung der Betriebsmittel und die Leistung. Vom Hersteller war allerdings nicht zu erfahren, was UFM macht, wenn der Betreiber nicht genügend Switches und Leitungen spendiert hat, um den Anforderungen zu genügen.

UFM überwacht natürlich während des Betriebs laufend, was passiert, berichtet über Engpässe und erstellt Statistiken.

Interessant ist auch noch, dass Voltaire für Messaging Traffic eine Vielzahl von Fabric Protokollen und Protokollerweiterungen bereitstellt, die mit einer Anwendung verbunden werden können und auf Basis eines schnellen IPCs die Kommunikation erheblich beschleunigen. Beispiele sind Beschleuniger für Multicast und Messaging-Queues, Oracle RDS und Speicherzugriff. In einem späteren Kapitel werden wir noch darauf zurückkommen, das ist beeindruckend.

Letztlich prägt Voltaire den Begriff „Fabric as a Service“ (FaaS), der darauf abzielt, das Netzwerk konsequent als Diensterbringer für die Kommunikation virtueller Maschinen zu definieren. Das umfasst auch viele Management-Aspekte, auf die wir nicht hier, sondern in einem gesonderten Kapitel vergleichend eingehen.

weiter mit: Ein Zwischenfazit

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