Low Latency Networks im Überblick, Teil 4

Fat Trees und Virtual Chassis – Strukturierungsaspekte im Überblick (1)

20.12.2010 | Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Andreas Donner

„Virtual Chassis“ ist die konsequente Fortführung der Virtualisierung im Bereich der Switches
„Virtual Chassis“ ist die konsequente Fortführung der Virtualisierung im Bereich der Switches

In den letzten Artikeln haben wir eine Reihe von Komponenten und deren Architektur kennen gelernt, die als einzelne Bauteile mit geringer oder sehr geringer Latenz arbeiten. Insgesamt

In den letzten Artikeln haben wir eine Reihe von Komponenten und deren Architektur kennen gelernt, die als einzelne Bauteile mit geringer oder sehr geringer Latenz arbeiten. Insgesamt nutzt das aber sehr wenig, wenn diese Komponenten zu einem ungünstigen Netz zusammengeschaltet werden. Eine sinnvolle Methode, die Netzstrukturierung zu verbessern– neben der Ersetzung von Spanning Tree durch TRILL oder PLSB – ist der Einsatz so genannter Virtual Chassis.

Kern der Überlegungen bei allen Strukturierungen ist das Skalierungsproblem. Man weiß, dass ca. 1/3 der IT-Ausgaben eines Unternehmens in das RZ wandern. Bei diesem großen Anteil ist klar, dass Änderungen im RZ die Wettbewerbsfähigkeit und die IT-Gesamtkosten eines Unternehmens erheblich beeinflussen. Das hat heute, wo durch Virtualisierung und Cloud Computing die Grenzen zwischen Rechnern, Speichern und Netz deutlich verschoben werden, noch eine ganz andere Dimension angenommen als früher. Der Konzentrationstrend von Rechenleistung in Rechenzentren hat im Grunde genommen grade erst angefangen. In naher Zukunft werden wir noch wesentlich mehr virtuelle Maschinen auf einem Core, mehr Cores in Prozessoren, mehr Prozessoren auf Blades und mehr Blades in einem Blade Center sehen.

Das ist die sog. massive Skalierung von Rechenzentren. Wenn sie auf der Ebene der Server stattfindet, muss das Netz als Lebensader der Kommunikation zwischen diesen Prozessoren und den ebenfalls konzentrierten Speichersystemen mithalten können. Also haben wir ein massives Skalierungsproblem für das Netz.

Darüber hinaus wird das Design von High End Rechenzentren mit Themen wie zunehmender Komplexität, dem Bedarf nach größerer Workload-Mobilität und natürlich der Anforderung nach reduziertem Energieverbrauch beeinflusst.

Wir haben schon häufiger bemerkt, dass in einem solchen RZ völlig neue Datenströme entstehen und Planungen aufgrund der Extrapolierung bisheriger Erfahrungswerte recht nutzlos sein können.

In der Vergangenheit haben Netzdesigner auf der Suche nach Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit auf ein Design mit Layer-3-Strukturierung und IP-Adressierung zurückgegriffen, um Netze zu strukturieren und skalierbar zu machen. Mit der Anforderung der Wandermöglichkeit für VMs oder anderen verteilten Anwendungen benötigen wir jetzt aber eine Skalierung ohne IP-Segmentierung. Daher wurden neue Verfahren gesucht, die eine Skalierung in reinen Layer-2-Netzen ermöglichen.

Bevor wir aber darauf kommen, wollen wir noch den Blick auf etwas anderes lenken. In der Vergangenheit hat sich in Rechenzentren eine dreilagige Struktur etabliert.

Drei-Layer-Architektur im Rechenzentrum

Da gibt es Access-Switches, an die die Server und Speicher angeschlossen sind, Aggregations-Switches und schließlich Core-Switches bzw. Core-Router. Letztere vermitteln die Verkehrsflüsse zwischen den Aggregations-Switches und zu anderen angeschlossenen Netzen wie Intranets oder dem Internet.

Es hat sich eingebürgert, bei dieser Struktur auf der Access-Ebene Überbuchungen vorzunehmen und das ebenfalls, wenn auch in geringerem Maße, in den anderen Ebenen zu tun. Das kann die Latenz natürlich erheblich erhöhen und die Leistung senken, aber dazu später.

Zu dieser Struktur gehört eine balancierte Platzierung von Layer-2-Forwarding (VLANs) und Layer-3-Forwarding (IP-Router). Normalerweise läuft das L2-Forwarding auf den Access- und Aggregations-Switches und das L3-Forwarding auf den Core-Switches oder -Routern.

Verwendet man in einer solchen Architektur ein Element aus der Spanning-Tree-Familie zur Schleifenunterdrückung, so werden teuer bezahlte und eigentlich dringend benötigte Leitungen einfach abgeschaltet, siehe Abbildung 1.

Mit neuen Verfahren wie TRILL oder PLSB könnte man bei ansonsten gleicher Struktur wenigstens die blockierten Leitungen ebenfalls benutzen. An der Gesamtlatenz durch die vielen Stufen ändert das jedoch nichts.

weiter mit: Fat Trees und Clos-Netze

 

ComConsult Netzwerk-Redesign Forum 2011

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