10G Ethernet променя начина на проектиране ядрото на мрежата
Преминаване от трислойни към двуслойни архитектури е продиктувано от необходимостта от по-висока скорост, унифицирани комутиращи матрици и сървърната виртуализация
Развитието на 10 Gigabit Ethernet, виртуализацията и унифицираните комутиращи матрици доведе до значителна промяна в проектирането на мрежата в центровете за данни: трислойната комутираща архитектура се „сви" до двуслойна.
По-високата неблокираща пропусквателна способност на 10G Ethernet комутаторите позволи на потребителите да свържат сървърните шкафове и поставените над тях комутатори директно към опорната мрежа, заобикаляйки агрегиращия слой. Освен това сървърната виртуализация натовари с повече приложения по-малко сървъри благодарение на способността си да „разделя" приложенията и операционните системи от физическия хардуер.
По-голямото натоварване от приложенията върху по-малко сървърен хардуер обаче изисква много високопроизводителна мрежа.
Освен това миграцията към унифицирани матрици, които обединяват протоколите за съхранение в Ethernet, също изисква много ниска степен на времезакъснение, архитектура без загуби на пакети, което също води до двуслоен подход. Трафикът от системите за съхранение не толерира буферирането и закъсненията от допълнителните „хопове" през комутаторите при трислойна архитектура, която включва слой от комутатори за агрегиране на потоците, обясняват специалистите.
Всички тези нови високопроизводителни, неблокиращи 10G Ethernet комутатори вече излизат на пазара. И не след дълго тези 10G комутатори ще бъдат надградени до 40G и 100G Ethernet, след като IEEE стандартите за тези скорости бъдат одобрени в средата на 2010 г.
„През следващите 5 г. старото комутационно оборудване ще трябва да бъде заменено с по-бързи и по-гъвкави комутатори", смята Робин Лейланд от Layland Consulting. - По това време скоростта ще трябва да бъде съчетана с ниска латентност, изоставяне на технологии като spanning tree и поддръжка на нови протоколи за съхранение. Комуникационната мрежа в центъра за данни трябва да еволюира до унифицирана комутационна матрица."
Трислойната архитектура от комутатори за достъп, агрегиране и опорни модели бе общоприет модел в корпоративните мрежи през последното десетилетие. Настолни компютри, принтери, сървъри и други свързани с LAN устройства се включваха към комутатори за достъп, които след това комуникираха с агрегиращи комутатори, за по-лесно управление на потоците и сградните кабелни системи.
Агрегиращите комутатори се свързваха с опорни маршрутизатори/комутатори, които предоставят маршрутизиране, свързаност към глобални мрежи, сегментиране и управление на пренатоварването. Наследената трислойна архитектура съдържаше естествено голям Cisco компонент - обикновено 10 г. комутатор Catalyst 6500, който осигури на компанията доминиране на пазара на комутиращи устройства за предприятия и центрове за данни.
Cisco заяви, че трислойният подход е оптимален за сегментиране и мащабиране. Компанията обаче поддържа и двуслойни архитектури, ако потребителите го поискат.
„Предлагаме и двете, казва старши продуктовият мениджър Томас Шейби. - Осигуряваме това, което потребителят се опитва да постигне в мрежата. Всеки слой добавя още два хопа, което увеличава времезакъснението. От друга страна, става дума какъв размер на домейн искате и с колко голяма комутираща матрица разполагате в агрегиращия си слой. Ако потребителят иска да обедини 1000 порта 10G, ще имате нужда от доста голям двуслоен дизайн, който да се справи с това. В противен случай трябва да добавите още един слой."
Blade Network Technology е съгласна с това мнение: „Битката между двуслойния или трислойния модел до голяма степен е обусловен от мащаба", казва Дан Тънчер, вицепрезидент стратегии и управление на продукти в Blade Network Technologies, производител на блейд сървърни комутатори за ЦОД. - При даден мащаб ще се наложи да добавите още един слой за обединяване на мрежовите потоци."
Но закъсненията, характерни за трислойния подход, са неприемливи в новите ЦОД и средите за облачни изчисления, които включват сървърна виртуализация и унифицирани комутиращи матрици, обединяващи LAN трафика и трафика от системите за съхранение, смятат специалистите.
Приложения като свързване на системи за съхранение, високопроизводителни изчисления, видео, огромни обеми Web 2.0 съдържание и други подобни изискват уникални мрежови характеристики, твърди Ник Липис, консултант на купувачи и доставчици на мрежово оборудване. Работата на мрежата трябва да бъде неблокираща, високо надеждна и с малко грешки, малко и предвидимо времезакъснение за broadcast, multicast и unicast типове трафик.
„Нови приложения се нуждаят от предвидима производителност и закъснения", добавя Джейсшри Улал, CEO на Arista Networks, произвеждаща 10G Ethernet комутатори с малко времезакъснение за ЦОД. - Затова наследеният трислоен модел не работи вече, а повечето комутатори са свръхнатоварени в съотношение 10:1, дори 50:1, което означава, че различните приложения се борят за ограничен пропусквателен канал, което увеличава времето за отговор на тези приложения."
Това свръхабониране играе роля и при времезакъсненията на днешните комутатори в трислойната архитектура на центъра за данни, като времето за реакция на заявките на приложенията е 50 до 100 микросекунди, казва Лейланд. Облачните и виртуалните ЦОД изчисления с унифицирана комутираща матрица изискват закъснение под 10 микросекунди, за да работят правилно, добавя той.
Част от това изисква премахване на агрегиращия слой в мрежата на ЦОД. Освен това самите комутатори трябва да използват по-малко буфериране на пакети и свръхабонамент, казва още Лейланд.
Повечето днешни комутатори са устройства за съхранение и препращане, които записват данните в огромни буферни опашки и след това ги изпращат до адресата, когато пакетът стигне началото на опашката. В резултат от всички опашки преминаването през трислоен център за данни може да отнеме и 80 микросекунди, обяснява той.
Новите ЦОД изискват комутация тип „Cut-through", която не е нова концепция. На практика тя започва да препраща рамката или пакета още преди да е получена цялата рамка, като по този начин се намалява значително или дори се премахва буферирането в комутатора. Cut-through моделите могат да свалят закъснението между комутаторите от 15 до 50 микросекунди до 2 - 4 микросекунди, казва той.
Друг фактор, който отхвърля трислойния подход към комутацията в ЦОД, е сървърната виртуализация. Добавянето на виртуализация към блейд или сървъри за вграждане означава, че самите сървъри поемат ролята на комутатор за достъп в мрежата.
Виртуалните комутатори в сървърите заемат мястото на хипервайзор и в други случаи мрежовата матрица „се разширява" до нивото на комуникационния шкаф, използвайки разширителните портове. В резултат слоят с комутацията за достъп се включва в самите сървъри, отбелязва Липис.
„При този модел няма трети слой, в който трафикът да трябва да пътува, за да се настрои спрямо потоците сървър-сървър; трафикът или се комутира към нивото за достъп, или към ядрото на мрежата за под 10 микросекунди", казва той.
„Заради увеличените входно/изходни операции, свързани с виртуалната комутация в сървъра, няма място за комутатор с „блокираща" архитектура между ядрото и слоя за достъп, казва Асаф Сомек, маркетинг вицепрезидент на Voltaire, производител на Infiniband и Ethernet комутатори за ЦОД. - Твърде проблемно е да имаш толкова много слоеве."
Друго изискване към новите комутатори за ЦОД е да премахнат алгоритъма Ethernet spanning tree, казва Лейланд. Всички сегашни Layer 2 модели определят най-добрия път от една крайна точка до друга с помощта на този алгоритъм.
Само един от пътищата е активен, останалите от матрицата до адресата на пакета се използват само ако най-добрият маршрут се повреди. Изискванията за малко времезакъснение без загуби към унифицираните матрици във виртуализираните ЦОД налага комутаторите да ползват няколко пътя за пренос на трафика до адресата. Тези комутатори непрекъснато следят за потенциални точки на задръстване и бързо пренасочват пакетите към най-бързия път.
„Spanning tree работеше добре в зората на Layer 2 комуникациите, но „един единствен път" не е добър подход за света без опашки и буфериране", казва Лейланд.
И накрая, цената е ключов фактор за възхода на двуслойните архитектури. Десетгигабитовите Ethernet порта не са скъпи - около $500, или два пъти повече от цената на Gigabit Ethernet портове, а осигуряват 10 пъти по-голяма пропусквателна способност. Виртуализацията позволи по-малко сървъри да обработват заяви от повече приложения, премахвайки нуждата от купуване на нови сървъри.
Унифицираната матрица означава още, че сървърът не се нуждае от отделни адаптери и интерфейси за LAN и за трафика от системите за съхранение. Комбинирането на двата трафика в една мрежа може да намали броя и цената на интерфейсните адаптери наполовина, смята Лейланд.
Премахвайки нуждата от агрегиращ комутационен слой, се намалява броят на комутаторите, които работят, трябва да се управляват, поддържат и ремонтират.
„Ако имате комутатори с подходящ капацитет и изберете правилното съотношение между входящи портове и трънк линии, не се нуждаете от агрегиращ слой, твърди Джо Скорупа, анализатор в Gartner. - В противен случай добавяте сложности и много разходи, допълнителна топлина и по-трудно отстраняване на проблеми, срещу което получавате частица добавена стойност."
КОМЕНТАРИ
"10G Ethernet променя начина на проектиране ядрото на мрежата"
