Definition

Was ist eine Ethernet-Fabric?

| Autor / Redakteur: tutanch / Andreas Donner

(© aga7ta - Fotolia)

Eine Netzwerk-Fabric (Ethernet-Fabric) ist ein Netzwerkansatz, der die übliche Struktur eines Ethernet-Netzwerks mit Core-, Aggregation- und Edge-Ebene auflöst. Das Netz erscheint wie ein einziger großer virtueller Switch und ist wesentlich flexibler. Es kann auch so genannten Ost-West-Traffic sehr gut transportieren.

Der englische Begriff Fabric lässt sich mit Gewebe oder Struktur ins Deutsche übersetzen. Eine Netzwerk-Fabric, oft auch Ethernet-Fabric genannt, repräsentiert einen technischen Ansatz, der die Einschränkungen und herkömmlichen Strukturen traditioneller Ethernet-Netze beseitigt und aufhebt. Ziel ist mehr Flexibilität im Netzwerk, um die Anforderungen an moderne Rechenzentrums-Infrastrukturen besser zu erfüllen.

Das Netzwerk erhält dabei eine flache Struktur und erscheint nach außen wie ein einziger großer virtueller Switch. Strukturen mit Core-, Aggregation und Edge-Switchen existieren nicht mehr. Die Netzwerk-Fabric ist wie herkömmliche Netzwerke nicht nur für den Transport von Nord-Süd-Traffic optimiert, sondern eignet sich auch sehr gut für Ost-West-Traffic (Querverkehr), wie er in virtualisierten Umgebungen verstärkt auftritt.

Eine Ethernet-Fabric ist einfach erweiterbar, weil sich Ports und modulare Switch-Einheiten hinzufügen lassen, ohne die grundsätzliche Struktur zu verändern. Netzwerk-Fabrics bieten eine bessere Performance, eine höhere Verfügbarkeit und sind einfacher zu verwalten als herkömmliche 3-Tier-Netzwerkstrukturen.

Technisch gesehen ist die Ethernet-Fabric ein Netzwerk aus Switches, das im Gegensatz zu bisherigen Layer-3-gerouteten Netzwerken eine flache, vermaschte Layer-2-Architektur besitzt. In der Ethernet-Fabric sind alle Switch-Ports im Layer 2 virtuell mit einem Hop untereinander verbunden. Das Netzwerk bewegt sich dadurch weg von physikalischen Ports hin zu einer virtuell gemanagten Umgebung.

Ziele der Netzwerk-Fabric

Hauptziele der Netzwerk-Fabric sind mehr Flexibilität, Skalierbarkeit und Performance im Netzwerk. Die Grenzen der klassischen 2-Tier- und 3-Tier-Architektur des Ethernets sollen aufgehoben werden. Die Netzwerk-Fabric ersetzt die traditionelle 3-Tier-Architektur im Rechenzentrum durch eine moderne, hoch skalierbare Ethernet-Fabric.

Weiteres Ziel ist die Erfüllung der Anforderungen virtueller Serverlandschaften, performanter Storage-Umgebungen, des Cloud-Computings und der Machine-to-Machine-Kommunikation. Das Datacenter darf nicht mehr nur auf klassischen Nord-Süd-Traffic ausgelegt sein, sondern muss auch Ost-West-Traffic performant bedienen, wie er beispielsweise durch die dynamische Lastverteilung oder den Transfer von virtuellen Servern erzeugt wird.

Eine Netzwerk-Fabric besitzt typische Merkmale wie:

  • flache Hierarchie
  • integrierte Intelligenz
  • einfaches Management
  • hohe Leistungsfähigkeit
  • keine Notwendigkeit von Layer-3-Routing
  • keine Edge-, Aggregation- und Core-Ebenen
  • keine Verwendung von Spanning-Tree-Mechanismen
  • hohe Verfügbarkeit durch automatische Redundanzmechanismen

Die Netzwerk-Fabric besitzt eine flache Hierarchie und benötigt weder Layer-3-Routing noch Edge-, Aggregation- und Core-Ebenen. Das Netzwerk ist auf das Switching von Frames mit geringer Verzögerung optimiert.

Die verschiedenen Switches in der Ethernet-Fabric organisieren sich intelligent und selbständig zu einem einzigen großen virtuellen Switch. Sie erkennen sich gegenseitig, bauen automatisch Verbindungen untereinander auf und finden optimale Wege für den Datenverkehr. Hierbei verzichten sie auf herkömmliche Protokolle zur Loop-Vermeidung wie die verschiedenen Spanning-Tree-Protokolle. Zum Einsatz kommen dagegenProtokolle wie TRILL (Transparent Interconnection of Lots of Links) oder Shortest Path Bridging (SPB).

Da die Ethernet-Fabric aus Managementsicht wie ein einziger Switch erscheint, ist die Verwaltung der Netzwerkumgebung stark vereinfacht. Die einzelnen Geräte müssen nicht mehr separat konfiguriert werden. Dies spart Zeit bei der Einrichtung der Switches und vermeidet Probleme durch Konfigurationsfehler.

Im Gegensatz zu klassischen Umgebungen mit Spanning-Tree-Mechanismen stehen in der Ethernet-Fabric redundante Verbindungen für die Übertragung von Daten zur Verfügung und befinden sich nicht in einem Blocking-Status. Die Switches organisieren selbständig die Lastverteilung der Daten auf den verschiedenen Pfaden und schalten bei Linkausfällen automatisch auf redundante Wege um. Die Fabric heilt sich quasi selbst und erreicht eine hohe Stabilität und Verfügbarkeit.

Vorteile der Netzwerk-Fabric

Gegenüber klassischen Ethernet-Strukturen bietet eine Netzwerk-Fabric eine Vielzahl an Vorteilen. Die wichtigsten Vorteile sind:

  • hohe Performance
  • Eignung sowohl für Nord-Süd-Traffic als auch für Ost-West-Traffic
  • effizientere Nutzung vorhandener Ressourcen
  • höhere Verfügbarkeit
  • einfache, flache Strukturen im Netz
  • einfaches, zentrales Management
  • geeignet für virtualisierte Rechenzentrumsumgebungen
  • einfach zu erweitern, auch im laufenden Betrieb
  • hohe Flexibilität und gute Skalierbarkeit
  • niedrigere Kosten
  • einfach in bestehende Rechenzentrumsumgebungen integrierbar
  • Nutzung paralleler Pfade
  • einfache Bereitstellung neuer Services

Ethernet-Fabric – Migration vom physischen Port zum logischen Switch

Wird eine RZ-Umgebung von der klassischen, hierarchischen Ethernet-Struktur auf eine Ethernet-Fabric umgestellt, erfolgt eine Migration vom physischen Port zum logischen Switch. Ein einziger großer logischer Switch stellt den Zugangspunkt für alle angeschlossenen Geräte dar. Sämtliche Geräte können über einen einzigen Layer-2-Hop miteinander kommunizieren, unabhängig davon, an welchem physischen Port sie angeschlossen sind.

Dadurch ist die Netzwerk-Fabric für die dynamische Lastverteilung bestens geeignet, da es unerheblich ist, sollte beispielsweise eine virtuelle Maschine von einem physischen Host auf einen anderen umgezogen werden. Die Anzahl an Netzwerk-Hops erhöht sich nicht und bleibt bei einem.

Das Konzept der Netzwerk-Fabric basiert auf einer logischen Darstellung eines Switches, verwendet aber weiterhin getrennte Netzwerkbaugruppen. Allerdings integrieren sich die verschiedenen physischen Baugruppen durch eine intelligente Verwaltung selbstständig in die logische Switchstruktur.

Durch die Zusammenführung verschiedener Baugruppen zu einer einzigen Switchlogik vereinfacht sich die Verwaltung und das Monitoring des Netzwerks. Der logische Switch wird zentral konfiguriert und überwacht. Intelligente Fabric-Mechanismen und -Protokolle verteilen die Konfigurationsdaten auf die beteiligten Komponenten. Separate Konfigurationen für einzelne Switches sind nicht mehr notwendig. Kommt eine neue physische Komponente zum Netzwerk hinzu, erhält sie ihre Einstellungen von der übergeordneten Fabric.

Netzwerk-Fabric – Aufhebung der klassischen Rechenzentrumsarchitektur

Die Netzwerk-Fabric löst die traditionelle 3-Tier-Architektur im Rechenzentrum ab. Die bisherige Architektur ist hauptsächlich für zentralistischen Nord-Süd-Traffic optimiert und besteht aus Edge-, Aggregation- und Core-Layer.

Die Verbindungen zwischen den Switches sind dabei zwar redundant ausgeführt, können aber aufgrund der Loop-Vermeidung durch Protokolle wie Spanning Tree oder Rapid Spanning Tree nicht parallel genutzt werden. Fällt ein Link aus, erfolgt in der herkömmlichen Architektur eine Neuorganisation der Verbindungswege und eine redundante Verbindung wird nutzbar. Dies kann allerdings mehrere Sekunden dauern. Im normalen Betrieb bleiben parallele Verbindungen komplett ungenutzt und sind nicht für die Lastverteilung verwendbar.

Weitere typische Verhaltensweisen herkömmlicher Ethernet-Umgebungen sind eigenständige Forwarding-Entscheidungen für die weiterzuleitenden Frames. Die Netzwerk-Fabric hebt die klassische zentralistische Struktur komplett auf. Zwischen den Switches sorgen intelligente ISL-Protokolle (Inter Switch Link) für eine Selbst-Aggregation zu einem logischen Switch. Einzelne Switches oder Ports müssen nicht mehr separat konfiguriert werden, sondern integrieren sich in die flache Layer-2-Architektur. Sämtliche Links stehen für den Datenaustausch parallel zur Verfügung und alle gängigen Netzwerk-Topologien wie Ring-, Mesh- oder Baum-Strukturen lassen sich abbilden.

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