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

Unified Fabrics

Je länger man darüber nachdenkt, desto klarer wird, dass man die anstehenden Probleme nicht lösen kann, wenn man auch noch unterschiedliche Netzarten zu berücksichtigen hat. In einer herkömmlichen RZ-Vernetzung stellt die Koexistenz von Ethernet, FC und IB eigentlich kein wirkliches Problem dar, wenn man von der Vielzahl unterschiedlicher Wartungspunkte und einer Menge überflüssiger Kabel und Ports einmal absieht.

In den letzten Jahren hat sich deshalb vor allem in Hinblick auf völlig neuartige Netzarchitekturen der Gedanke verfestigt, alle Netztypen auf einen einzigen abzubilden und nur noch diesen systematisch auszubauen.

Es ist klar geworden, dass die gesamte Industrie das auf Basis von angereichertem „konvergierten“ Ethernet erreichen möchte. Nach einigen Jahren zähen Ringens um Dinge wie FCoE ist es mit den weitestgehend verlustfreien und latenzarmen Varianten vor allem unter Einbeziehung der DCB-Funktionen und neuen Ausbaustufen wie 40 und 100 GbE gelungen, eine Netzart zu entwickeln, die unter meistens hinnehmbaren Einschränkungen die Konvergenz so gut realisiert, dass mit RoCE sogar die „letzte Bastion“ IPC eingenommen werden konnte, die bislang ausschließlich dem spezialisierten InfiniBand-System vorbehalten war. Wobei man natürlich bemerken muss, dass das ein statistischer Effekt ist: für die überwiegende Anzahl von Anwendungen kommt man mit einem konvergierten Ethernet aus, es wird aber immer welche geben, bei denen das nicht so ist, sie sind aber in der Minderzahl.

Unified Fabric – eine Ethernet-basierte Switching Struktur

So entsteht der Gedanke der „Unified Fabric“. Das ist eine Ethernet-basierte Switching Struktur, die so schnell, latenzarm, verlustarm und zuverlässig ist, dass mit ihr der größte Teil aller bisher vorhandenen Transportmechanismen implementiert werden kann.

Praktisch jeder Hersteller hat nun eigene Gedanken, wie man diese Unified Fabric für den Spine eines Fat Trees aufbauen sollte. Natürlich könnte man aufgrund der extrem tiefgreifenden Ethernet-Standardisierung auch große Core Switches unterschiedlicher Hersteller mischen. Das wollen die Anbieter jedoch verständlicherweise nicht und reichern ihre Systeme mit proprietären Sonderfunktionen an, von denen sie jeweils hoffen, dass der Mitbewerb da nicht mithalten kann.

Die vielleicht bekannteste Realisierung einer Unified Fabric mit Zusatzfunktionen ist FabricPath von Cisco Systems. Der bekannte US-Kollege Nick Lippis sagt, dass „FabricPath im Kern Link Aggregation auf Sterioden ist“. Das musste ich jetzt unbedingt zitieren.

FabricPath ist eine N-OX-Erweiterung für die Nexus Systeme. FabricPath ist ein Multipath Ethernet mit hohem Durchsatz, geringer Latenz, geringer Varianz der Latenz und gegenüber traditionellem Ethernet erheblich gesteigerter Verfügbarkeit. Es verbindet L3-Elemente mit konvergentem Ethernet. Das bedeutet im Ergebnis geringe Kosten, einfache Konfiguration und Workload-Flexibilität einer L2-Umgebung verbunden mit der Kontrollfähigkeit einer L3-Lösung.

FabricPath beinhaltet Technologien wie VLAN-Pruning, TTL oder Reverse Path Forwarding, die auch große L2-Bereiche betriebssicher machen. Der STP hat ausgedient und wird bei FabricPath durch ein eigenes Verfahren ersetzt, welches redundante Wege nicht blockiert, sondern nutzbar macht. FabricPath kann aber auch routen und baut entsprechende Tabellen für passende Wege im Netz auf. Die Besonderheit ist dabei, dass im Gegensatz zu konventionellen Routing-Verfahren die Kontroll-Ebene so erweitert wurde, dass alternative Wege im Bedarfsfall auch parallel benutzt werden können. Das ist wohl die wichtigste Besonderheit an FabricPath, denn es unterstützt um es anders zu sagen, eine L3-gestützte Link Aggregierung.

Virtual Chassis

Nach der Virtualisierung der Server (in Einzelschritten Laufzeitumgebung, Speicherunterstützung, I/O-Unterstützung) sind mit dem Konzept der Virtual Chassis die Switches an der Reihe, und damit das ganze Netz.

Ein sog. Virtual Chassis besteht nun aus einer Menge von Switches, die untereinander mit extrem leistungsfähigen Inter Switch Links verbunden sind. Vermöge eines Management-Systems, welches z.B. bei Juniper Networks durch das JUNOS-Betriebssystem und erweiterte MPLS-Funktionen unterstützt wird, arbeiten diese Switches systematisch zusammen und bilden einen einzigen virtuellen Switch. Mit dieser Strukturierung sind folgende Versprechen verbunden:

• Senkung der Kosten durch erheblich weniger Verbindungen und Adapter, bessere Energieeffizienz aller Komponenten, dramatische Reduktion der Wartungspunkte, Senkung der Management-Aufgaben, geringe Komplexität von Änderungen, schnelle Einführung von Änderungen
• Sehr geringe Latenz durch wenige (1-2) Gliederungsstufen
• vereinheitlichte Technologien
• moderne Protokolle
• einfache Desaster Recovery
• RZ und Ausweich-RZ werden zu einer einheitlichen Struktur, auf die alle Aufgaben gleichmäßig verteilt werden

Die sehr geringe Latenz hingegen wurde von den Herstellern in mehreren Projekten eindrucksvoll nachgewiesen. Ich verweise hier besonders auf das Projekt von Juniper bei der New Yorker Börse NYSE.

Bei solchen Projekten reden wir von Verzögerungen im µsec-Bereich. Traditionell strukturierte Netze liegen eher im Millisekundenbereich, mit STP gibt es sogar Reaktionen im Multi-Sekundenbereich.