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Der Trend für RZ-Netze Fabric statt Hierarchie

| Autor / Redakteur: Bernhard Schoon / Ulrike Ostler

Cloud Computing und Virtualisierung sind die dominierenden Themen im Datacenter. Die Umsetzung setzt auch Veränderung an Netzwerk voraus, damit Performance und Skalierbarkeit nicht auf der Strecke bleiben. Der Übergang zur Netzwerk-Fabric ist vermutlich der maßgeblichste Infrastrukturansatz.

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Fabric-Switches bringen eine neue Struktur ins Rechenzentrum. Der Vorteil: Die Datenwege zwischen den Komponenten werden kürzer.
Fabric-Switches bringen eine neue Struktur ins Rechenzentrum. Der Vorteil: Die Datenwege zwischen den Komponenten werden kürzer.
(Foto: Cisco)

Die Ausgangslage: Durch ein schnelles Wachstum während der vergangenen Jahre weisen Rechenzentren oft große, flache Layer-2-Designs mit mehreren Betriebssystemen, Server, Massenspeichern und Switches für einzelne Aufgaben auf. Bei der Datenübertragung haben sich Ethernet für Multicast- und Broadcast-Verkehr, VLANs und Link Aggregation sowie Fibre Channel für virtuelle SANs (VSANs) oder das Inter-VSAN Routing (IVR) etabliert.

Die überwiegende Mehrheit der Server-Cluster und die die direkte Vernetzung von Speicher-Ressourcen werden zumeist über Ethernet umgesetzt, daneben übernimmt Fibre Channel den Transport mit Native Fibre Channel-Verkapselung als FCoE (Fibre Channel over Ethernet). Während Ethernet auch Packet-Drops und ihre Auswirkungen auf verschiedene Protokolle toleriert und mit Neusendung reagiert, lässt Fibre Channel über Ethernet einen Paketverlust nicht zu und setzt eine garantierte Ende-zu-Ende-Übertragung ohne Drops voraus.

Vor allem in kleineren und mittleren Netzwerken wurde auch Ethernet-basiertes iSCSI (Small Computer System Interface over IP) als Alternative zum Fibre Channel angesehen, konnte jedoch noch nicht gleichziehen. Auch Infiniband sollte eine Konsolidierung im Datacenter ermöglichen. Trotz seiner Gateways zu Fibre Channel und Ethernet setzt dieser Ansatz ein separates Netzwerk voraus, das allein aus wirtschaftlichen Gründen im Parallelbetrieb mit Ethernet nicht akzeptabel wäre.

Neue Verkehrsmuster

Virtuelle Maschinen, das Pooling von Ressourcen und Cloud Computing mit der bedarfsweisen Nutzung von Ressoucen bringen die Netzwerke bisweilen an den Rand ihrer Kapazität, vor allem wenn diese nach herkömmlichem Muster strukturiert sind. Bislang gliederten sich hierarchische Netzwerke in den Access-Bereich vom Endgerät auf Server und Storage-Komponenten, die Abindung der Access-Switches auf den Netzwerk-Core und die Router nach außen.

Der Netzwerk-Traffic wurde in Legacy-Netzwerken durch das Spanning Tree Protocol (STP) auf Layer 2 des OSI-Schichtenmodells zwischen den Ethernet-Switches optimiert, indem aktive Datenpfade zwischen zwei Knoten geschaffen werden, während nicht benötigte Links nur beim Ausfall dieser Pfade benutzt werden.

Aber das ist neu: Neben dem herkömmlichen Client-to-Server Traffic werden Daten auch innerhalb von Server-Cluster oder zu Storage-Komponenten auf einem SAN übertragen. Vor allem die Server-less Backups zwischen den Massenspeicher vergrößern den Disk-to-Disk- und den Disk-to-Tape-Verkehr. Die Daten fließen also zwischen Clients und Server, zwischen mehreren Server, von den Server zu den Massenspeichern und zwischen mehreren Massenspeichern.

Fabric statt STP

Mit der "Nexus 7000 Series" gehört auch Cisco zu den Anbietern von Fabric-Switches.
Mit der "Nexus 7000 Series" gehört auch Cisco zu den Anbietern von Fabric-Switches.
(Bild: Cisco)
Um von einem Rack in ein ähnliches übertragen zu werden, müssen die Datenpakete zunächst zum Core und erst danach zum anderen Rack übertragen werden. Diese Verkehrsmuster setzen unterschiedliche Bandbreiten voraus, vor allem für die kurzzeitigen Bursts von Client-to-Server- und Server-to-Server Traffic oder den langen, aber gleichmäßigen Daten-Traffic reiner Speicher-Anwendungen.

Da der horizontale Datenverkehr in virtualisierten Umgebungen überwiegt, hat STP in diesen Netzwerken seinen Zenit überschritten. Da STP auch nur einen Teil der Ports im Netzwerk verwendet, werden die Ressourcen nicht optimal ausgelastet, sodass häufig mehr Anlagen als eigentlich benötigt eingesetzt werden müssen. Die Folge: STP wird abgelöst von der Netzwerk-Fabric für gemeinsam genutzte Anwendungen, Server, Geräte und Storage-Komponenten.

Eine Fabric-Architektur eignet sich zum Aufbau von skalierbaren Netzwerken für virtualisierte Datacenter, die in ihrer Leistungsfähigkeit weit über die Parameter einer herkömmlichen Infrastruktur hinausgeht. Mit einer Switch- oder Router-Fabric ist jeder Port direkt mit jedem anderen verbunden, was die Latenzen bei der Datenübertragung reduziert.

Vereinfachte Port-Verwaltung

Da die Fabric eine gemeinsame Tabelle für alle Ports besitzt, muss der Pfad eines Datenpaketes nur einmal berechnet werden. Auch werden alle Ports im gleichen Tier angesprochen und administiert, wodurch das Netzwerk flacher wird.

Fabric-Komponenten werden von Herstellern wie Avaya, Brocade, Cisco, Extreme Networks, HP und Juniper angeboten. Sie bestehen aus Connectivity-Ports und der Fabric, die alle Ports untereinander vernetzt. Die Fabric ist aber nicht an nur eine Hardware-Komponente gebunden, sondern lässt sich als logischer Knoten auch mit mehreren Switches konfigurieren.

Eine Netzwerk-Fabric aus mehreren Switch-Fabrics bildet das komplette Datacenter ab und lässt sich wie eine einzige Fabric administrieren. Da kein Port weiter als einen Hop von einem anderen entfernt ist, lässt sich Applikations-Traffic deutlich schneller übertragen als einer herkömmlichen Netz-Architektur, was vor allem zeitsensitiven Applikationen zu Gute kommt.

Der Autor:

Bernhard Schoon aus München ist freier Fachautor.

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