Richtig Netzwerken im Datacenter

Ethernet Fabrics machen Netze flexibel

| Autor / Redakteur: Frank Witte / Andreas Donner

Im Vergleich zu klassischen hierarchischen Ethernet-Architekturen bieten Ethernet Fabrics mehr Leistung, effiziente Ressourcen-Nutzung, Verfügbarkeit und Einfachheit.
Im Vergleich zu klassischen hierarchischen Ethernet-Architekturen bieten Ethernet Fabrics mehr Leistung, effiziente Ressourcen-Nutzung, Verfügbarkeit und Einfachheit. (Bild: Kadmy - Fotolia.com)

Virtualisierung, Konvergenz, Mobilität: Aktuelle Herausforderungen können nur flexible, schnelle und automatisch anpassbare Netzwerke erfüllen. Ethernet Fabrics gewährleisten dabei optimale Performance und einfache Skalierbarkeit.

In den vergangenen Jahren sind die Ansprüche an das Netzwerk im Rechenzentrum kontinuierlich gewachsen. Hier werden zentral geschäftskritische Informationen zur Verfügung gestellt, sodass Ausfälle oder selbst Wartungsfenster nicht tolerierbar sind. Gleichzeitig werden die Aufgaben immer komplexer.

Der Datenverkehr im Rechenzentrum besteht heute aus zahlreichen unterschiedlichen Anwendungen. Dazu zählen neben klassischen Client-Server-Applikationen auch Web Services, Unified Communications-Dienste, mobile Apps, IP-Telefonie und Videokonferenzen bis hin zu Cloud-basierten Services. Zudem wird das Netzwerk dazu verwendet, um Storage-Systeme über iSCSI oder NAS anzubinden.

Die verschiedenen Anwendungen besitzen unterschiedliche Trafficmuster, zudem erfordern vor allem mobile und Cloud-basierte Anwendungen dynamisch skalierbare Ressourcen. So steigen die Anforderungen an das Netzwerk im Rechenzentrum in Bezug auf Performance, Latenz, Flexibilität, Verfügbarkeit und Verlustfreiheit permanent. Gleichzeitig sind die IT-Abteilungen gefordert, die Services möglichst effizient und kostensparend bereitzustellen.

Klassische RZ-Architekturen reichen nicht mehr

Damit sind klassische Ethernet-Netzwerke zunehmend überfordert. Zum Beispiel kann ein einzelner Switch nicht alle benötigten Netzwerkanschlüsse bereitstellen. So sind zur Skalierung immer wieder neue Switches meist manuell im Rechenzentrum zu installieren – sowie aufgrund der Ausfallsicherheit redundant zu halten.

Hierarchisch aufgebaute Netzwerktopologien werden schnell komplex und benötigen oft lange Umschaltzeiten. Wird zum Beispiel eine Verbindung ergänzt, ändert sich die Topologie und das RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) kann den gesamten Netzwerk-Verkehr anhalten, wenn sich daraus eine neue Struktur ergibt. Fällt eine Rootbridge aus, dauert das Umschalten in der Praxis oft Minuten. Dies ist für die heutigen Anforderungen an Hochverfügbarkeit jedoch viel zu lang, daher sind moderne Verfahren gefragt.

Zudem funktioniert in klassischen Topologien jeder Switch eigenständig und verfügt über eine eigene Kontroll- und Daten-Ebene. Da jeder Switch mit spezifischen Konfigurationsparametern wie VLANs, ACLs, Policies oder QoS-Parametern zu versehen ist, bedeutet dies einen deutlichen Mehrfachaufwand. Zudem ist die manuelle Konfiguration fehleranfällig und meist nicht durchgehend konsistent.

Lösung von Storage abgeschaut

Um diese Nachteile zu vermeiden und eine flexible, skalierbare und effiziente Netzwerktopologie bereitzustellen, haben sich diverse Hersteller einen Ansatz aus dem Storage-Bereich abgeschaut, der ähnliche Anforderungen erfüllt. Er orientiert sich an den Fibre-Channel-SAN-Switches, die anstelle von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen auf der Architektur einer zentralen Fabric basieren. Diese besitzt eine hohe Redundanz durch Quervernetzungen und ist auf hohen Durchsatz, Bandbreite und Ausfallsicherheit ausgelegt.

Durch die Übernahme einer entsprechenden Architektur in das Netzwerk unter dem Begriff Ethernet Fabrics wachsen damit die Infrastrukturen von Server, Storage und Netzwerk immer enger zusammen. Entsprechend erfüllt ein dynamisches Rechenzentrum nicht nur die aktuellen Anforderungen hinsichtlich Flexibilität und Skalierbarkeit, sondern bringt auch ein effizientes, automatisiertes Management mit sich.

In den neuesten Konzepten erfolgt zudem die Steuerung der Netzwerkinfrastruktur zentral über einen Software-Defined Network (SDN) basierten Ansatz. Ethernet Fabrics zeichnen sich hier durch hohe Skalierbarkeit und einen geringeren Verkabelungsaufwand aus. Anstelle der klassischen 3-Tier Architektur, in der ein Server über mindestens eine Distributions-Ebene an das Kernnetzwerk angebunden wird, bietet Ethernet Fabrics sehr flache Hierarchien in der Netzwerktopologie, die als Clos-Architektur bekannt sind, da es über einen Leaf und einen Spine für die Access- und Core-Ebene kurze Wege mit hoher Performance ermöglicht.

Die Infrastruktur im Rechenzentrum eröffnet dann die Möglichkeit für Scale-Out-Architekturen, die zum Beispiel in einer Art Baukasten auch Server- und Storage-Systeme integrieren. Diese standardisierten Block-Lösungen ermöglichen die einfache Bereitstellung virtueller Services in Form eines „Datacenters in a Box“. Doch wie erfolgt die Verbindung zwischen dem virtualisierten und dem realen Netzwerk? Auch hier spielen Ethernet Fabrics ihre Vorteile aus, indem sich die Anbindung ohne Medienbrüche homogen auf Basis von Ethernet realisieren lässt. In einer weiteren Ausbaustufe können mehrere virtualisierte Umgebungen miteinander verbunden sowie mit Services in anderen Bereichen des Rechenzentrums (z.B. getrennt nach Brandabschnitten) skalierbar in einem RZ-Netzwerk verknüpft werden.

Während eine solche Intra-Datacenter-Scale-Out-Architektur noch per Kupfer- oder Glasfaser-Verkabelung funktioniert, ist bei einer Vernetzung von Rechenzentren an unterschiedlichen Standorten eine optische oder IP-Anbindung eines Providers nötig. Derartige Intra-Datacenter-Scale-Out-Architekturen sind heute bereits weit verbreitet. Standardisierte RZ-Infrastrukturen, die im eigenen Unternehmen aufgebaut und auch als Private Cloud bezeichnet werden, lassen sich in einer weiteren Stufe gemeinsam mit Public Cloud Services nutzen. Derartige Hybrid Cloud-Umgebungen werden von Kunden zunehmend angefragt.

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