Ethernet-фабрика приходит в дата-центры

Мир меняется, я чувствую это в воде, я чувствую это в земле, я чувствую это в центрах обработки данных :)

ЦОД-ы требуют снижения стоимости владения, повышения доступности, неограниченной масштабируемости и простоты конфигурации. Решением этой задачи является переход от традиционной архитектуры к Ethernet-фабрике.
В отличие от традиционной архитектуры, в которой трафик гуляет снизу вверх от уровня доступа до ядра и обратно, плоская фабрика объединяет каждый источник трафика друг с другом на прямую через весь дата-центр. Такой подход является критичным для приложений которые используют общие ресурсы и работают с чувствительными к задержкам видео и играми. Раньше иерархическая архитектура с многократной переподпиской в ядре была вынужденным решением, так как невозможно было обеспечить адекватную производительность сверху донизу из конца в конец, поэтому приходилось последовательно агрегировать трафик и группировать сервера которым нужно обмениваться данными на локальных свичах. Сегодня с развитием виртуализации и переходом на облачные сервисы такой подход просто не приемлем. Витруальная машина должна получать канал с заданными характеристиками в любой точке центра обработки данных.

Плоская архитектура Ethernet-фабрики позволяет виртуализировать ЦОД и равномерно распределять нагрузку не заботясь о физической конфигурации сети, а так же свободно перемещать виртуальные машины без необходимости каждый раз перенастраивать коммутаторы. В дополнение к этому фабрика имеет практически не ограниченные возможности для расширения. Часто в момент запуска ЦОД не известно какие объемы трафика потребуется пропускать, какая мощность в итоге потребуется и сколько различных сервисов нужно будет предоставлять пользователям. Фиксированная традиционная архитектура требует коренной переработки сети, в случае если требуется расширение. Фабрика легко принимает в себя новые однотипные устройства, автоматически включая их в общую работу через все доступные физические линки.

Так же просто происходит и первоначальная инсталляция Ethernet-фабрики. К новой архитектуре построенной на коммутаторах Brocade применим компьютерный термин plug-and-play. Устройства сами определяют своих соседей, сами подключают и агрегируют линки и в дальнейшем отслеживают их состояние. Естественно это упрощает работу администраторов которые могут управлять всей фабрикой как одним многопортовым коммутатором.
Анонсированные в прошлом году устройства для построения Ethernet-фабрики сегодня уже доступны по всему миру для заказчиков Brocade. Коммутаторы Brocade VDX различных серий позволяют формировать требуемый объем и конфигурацию портов дата-центра в соответствии с требованиями заказчиков, обеспечивая фундамент центров обработки данных следующего дня.

Фабричные войны. Cisco, Juniper или Brocade?

NetworkWorld опубликовал статью посвященную различным технологиям Ethernet-фабрик, продвигаемым производителями оборудования для дата-центров, компаниями Cisco, Juniper и Brocade. Основная идея которую так или иначе предлагают заказчикам - конвергенция сети передачи данных и сети хранения путем использования протоколов Fibre Channel over Ethernet (FCoE) и Data Center Bridging (DCB). Однако все вендоры идут своим путем и их устройства предназначенные для передачи трафика FCoE не совместимы между собой.

Технология FabricPath Cisco в коммутаторах Nexus обеспечивает Lossless-архитектуру с множеством активных путей для передачи трафика однако этот функционал не совместим с протоколом TRILL (Transparent Interconnection of Lots of Links) от IETF. Cisco говорит что это расширение TRILL и рассчитывает что заказчики и разработчики со временем примут стандарт от Cisco вместо IETF, однако не факт что этот план будет удачным, поскольку законодателем моды на рынке SAN-коммутации является Brocade.

Сам Brocade более привязан к принятым стандартам и его архитектура BrocadeOne поддерживает TRILL и IEEE DCB. Фабрика Brocade на базе Virtual Cluster Switching (VCS) инкорпорировала знания и опыт Brocade в области построения сетей хранения данных и обеспечивает передачу данных по множеству путей Ethernet без потерь и задержек к которым критичен трафик FC. За счет автоконфигурации BrocadeOne трансформирует физические ресурсы дата-центра в виртуальные сервисы, выделяемые при необходимости интеллектуальным ПО без физической переконфигурации оборудования. VCS позволяет упросить стандартную трех-уровневую архитектуру ЦОД до двух уровней, одним из которых является кластер из коммутаторов дступа который выглядит для внешнийх устройств как один многопортовый распределенный коммутатор (до 600 портов 10Gbe на сегодняшний день) а вторым - ядро сети ЦОД обеспечивающее маршрутизацию трафика и соединение ЦОД-а с внешними сетями.

QFabric от Juniper идет еще дальше оставляя в ЦОД только один уровень совмещающий в себе доступ, распределение и ядро. Juniper сторонится использовния TRILL и использует вместо него собственную технлологию которая базируется на схеме виртульаного шасси. Более того CTO Juniper по имени Фаундер Прадип Синду откровенно глумится над этим протоколом называя его "решением для поиска проблем" и насмешкой над дата-центрами. К сожалению QFabric не поддерживает FCoE и по этой причине не может конкурировать с конвергентными решениями Cisco и Brocade.

Остальные сетевые вендоры тоже не стоят в стороне. HP, Enterasys, Avaya и Alcatel-Lucent анонсировали аналогичные решения и тоже хотят участвовать в гонке вооружений.

NetworkWorld решил что победителя пределит голосование посетителей сайта :)
Ниже результат голосования на момент прочтения этого материала.

В заключение нужно сказать что все без исключения понимают что дальше так жить нельзя и протокол Spanning Tree должен быть разрушен упразднен по крайней мере в дата-центрах. Наиболее близкое и зрелое решение - TRILL или его аналоги, так что как говорится запасаемся попкорном и ждем развязки.

Коммутатор Brocade VDX 6720 во главе списка наиболее важных IT-продуктов за 2010 год

Компания Brocade получила награду  “Most Important Enterprise IT Product for 2010” от известного сетевого IT-издания CTO Edge за выпуск конвергентного  коммутатора VDX 6720, который является первым в истории коммутатором поддерживающим работу в составе Ethernet-фабрики необходимой для построения виртуализованных и оптимизированных для облачных вычислений для дата-центров.

"Возможно Brocade VDX не является самым известным продуктом 2010 года, однако он является первой ласточкой в новой эре построения и управления дата-центрами начало которой положила концепция Brocade One" - говорит Майк Визард, редактор CTO Edge.

VDX является идеальным выбором для организаций, которым требуется больше, чем позволяет сделать классическая многоуровневая архитектура ЦОД. Масштабируемая самонастраиваемая Ethernet-фабрика объединяющая уровни доступа и агрегации в дата-центре позволяет упростить архитектуру и повысить утилицизцю  и общую производительность сетевой инфраструктуры дата-центров.


VDX 6720 выпускаются в двух вариантах с форм-фактором 1 или 2 юнита и дают возможность в одном устройстве получить от 16 до 60 неблокируемых портов 10 гигабит Ethernet со задержкой при коммутации пакетов порядка 600 наносекунд. Устройства поддерживают технологию DCB  (Data Center Bridging) и могут обрабатывать различные типы SAN-трафика, включая iSCSI, CIFS, NFS and Fibre Channel over Ethernet (FCoE).

Конвергированный Ethernet – настоящее и будущее дата-центров

Сети хранения данных (SAN) традиционно строились на базе протокола FC (Fiber Channel), который предоставляет быстрый и надежный транспорт для передачи данных между массивом и подключаемыми серверами. Подключение к системе хранения по FC обеспечивает серверам высочайшую надежность и производительность работы логической дисковой подсистемы, практически не достижимую при использовании локальных жестких дисков. Надежность и предсказуемость сетей хранения базируются на жесткой стандартизации и тщательной технической проработке решений производителями оборудования.

Желание получить дополнительные степени свободы, гибкость и простоту внедрения и использования систем хранения всегда толкало разработчиков в сторону использования возможностей Ethernet, так появились iSCSI и FCoE. Однако сразу было понятно, что то, что как то работает в тестовых лабораториях и непритязательных сетях SMB построенных на дешевых блокируемых коммутаторах Ethernet, неприемлемо для использования в серьезных решениях, сетях передачи данных крупных предприятий или центров обработки данных (ЦОД).

Производители оборудование Ethernet достаточно вольно относятся к соблюдению стандартов, обеспечению качества обслуживания и надежности устройств. По большому счету такие задачи раньше и не ставились, среди пользователей, и даже среди некоторых сетевых инженеров бытовала уверенность, что все проблемы можно решить увеличением пропускной способности, и что всех нас спасет переход на 100Мегабит, гигабит, 10 и 100 гигабит. Впереди маячит уже терабит, но сейчас стало понятно, что Ethernet в том виде, в каком он зародился в семидесятых годах прошлого века, не удовлетворяет современным требованиям сети передачи данных. Результатом стало появление различных расширений Ethernet и работающих поверх него протоколов позволяющих разрешить те или иные проблемы сети.

Подход, описывающий конвергенцию и передачу по Ethernet других протоколов, прежде всего FCoE, названый Converged Enhanced Ethernet (CEE) разрабатывается сообществом производителей Broadcom, Brocade, Cisco, Emulex, HP, IBM, Juniper, QLogic и другими. Главная задача CEE обеспечить передачу трафика FC поверх Ethernet с сохранением предсказуемости и производительности, присущих Fiber Channel. Другой термин который по сути аналогичен CEE - Data Center Bridging (DCB) используется институтом IEEE для обозначения группы расширений Ethernet для центров обработки данных.

Совмещение трафика Storage Area Network (SAN) и Local Area network (LAN) в одном сегменте сети позволяет получить множество преимуществ при построении дата-центров, включая снижение начальных затрат на оборудование (CapEx) и операционных издержек на поддержку, обслуживание, электропитание и кондиционирование оборудования (OpEx). CEE и FCoE объединяют традиционные порты хранения и порты передачи данных в одном 10-гигабитном порту, существенно уменьшая суммарное число портов и адаптеров установленных в серверах. Другое достоинство CEE – отсутствие необходимости перестраивать или менять существующую FC-структуру при добавлении FCoE устройств.
Оставляя описание протоколов специализированным документам попробуем посмотреть из каких элементов строиться CEE-сеть , каковы принципы дизайна для построения сети хранения на FCoE и какие. На первом этапе CEE был ограничен одним «хопом» то есть сервер с CEE-адаптером подключался непосредственно в Ethernet-порт конвергентного коммутатора, который в свою очередь уже по FC включался в сеть хранения SAN. У Brocade это коммутатор BR-8000 с 24 портами 10GbE CEE и 8 портами FC.

Сервер с установленным CNA-адаптером воспринимает его как два различных логических устройства Host-bus Adapter (HBA) и Network Interface Card (NIC). Вся работа связанная с обработкой, приоритезацией и разделением трафика SAN и LAN ложится на коммутатор и CAN-адаптеры. Достоинства решения очевидны, сеть на стороне серверов становится существенно проще, количество кабелей и адаптеров снижается в два раза.
Ограничение на один хоп (сервера должны быть подключены непосредственно в CEE-коммутатор), которое пока присутствует в такой схеме не позволяет масштабировать решение, передавая FCoE трафик через несколько коммутаторов LAN. Проблема вызвана использованием в Ethernet-коммутаторах протокола Spanning Three (STP) который может вызывать временные потери трафика в моменты реконфигурации сети. Для трафика IP пропадание связи на несколько секунд стандартная ситуация, которую отрабатывают протоколы верхнего уровня (TCP/IP) используя механизм перезапросов и восстановления сессий. Однако для работающих в синхронном режиме протоколов SAN такие прерывания абсолютно не приемлемы.

Протокол, который призван заменить STP в сети CEE, и, вдобавок, обеспечивает одновременное функционирование нескольких альтернативных маршрутов передачи трафика, называется TRILL (Transparent Interconnection of Lots of Links). Это протокол второго уровня (L2) стандартизированный IETF, который подобно OSPF использует алгоритм Shortest path и функционирует аналогично протоколам маршрутизации третьего уровня (L3). TRILL и CEE являются элементами концепции построения и развития конвергентных сетей Brocade One которая превращает всю сеть передачи данных в виртуальный коммутатор – Virtual Cluster Switch (VCS) с единой Ethernet фабрикой работающей без потерь и задержек и объединяющей в себе трафик SAN и LAN.

С интеграцией поддержки VCS, CEE и TRILL в существующие SAN и IP устройства Brocade, такие как DCX и NetIron MLX у заказчиков появляется возможность реализации более простой, надежной и масштабируемой логической архитектуры центра обработки данных с минимальными изменениями существующей физической сетевой инфраструктуры.

Новое революционное решение – Brocade One

В начале июня 2010 г. компания Brocade анонсировала принципиально новое решение под названием «Brocade One» для построения локальных сетей и ЦОД.
Ключевым элементом этого решения стала собственная технология Brocade - Virtual Cluster Switching (VCS). Эта технология позволяет обойти все ограничения связанные с использованием протокола STP (Spanning Tree Protocol) в локальной сети, а также добавляет ряд уникальных преимуществ, а именно:

• Единое управление всеми устройствами
• Повышенную отказоустойчивость
• Гарантированно равномерную загрузку на всех каналах
• Независимость работы трафика приложений от изменений конфигурации сети
• Минимальную и предсказуемую задержку трафика
• Одновременную передачу протоколов IP и FC (Fiber Channel) по одному каналу

В настоящее время все больше сетей ЦОД используют 10 Гб Ethernet для подключения реальных и виртуальных серверов. Для этого необходимо использовать все большее количество виртуальных сетей Virtual LAN (VLAN) с целью создать выделенный L2 домен для каждого виртуального или реального сервера и таким образом разграничивать трафик между ними. В результате возникает проблема обслуживания большого количества VLAN, организации балансировки нагрузки трафика и обеспечения отказоустойчивости сети.
До сих пор эти проблемы решались при помощи протокола STP (Spanning Tree Protocol), а именно его расширенных версий: MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol), позволяющего балансировать трафик виртуальных сетей между двумя и более каналами, а также RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) обеспечивающего переключение между каналами в случае обрыва одного из них или выхода из строя оборудования в течение 5 секунд.
Однако даже использование этих протоколов не дает возможности полностью использовать все ресурсы сети, т.к. остается ограничение, связанное существованием только одного сегмента для каждой виртуальной сети (VLAN).
Уникальная технология Brocade - Virtual Cluster Switching (VCS) позволяет обойти все эти ограничения и обеспечивает отказоустойчивость и независимость работы трафика приложений при изменениях конфигурации сети за счет использования протокола TRILL (Transparent Interconnection of Lots of Links). TRILL – это открытый стандарт, разработанный для сетей с любой топологией, и гарантирующий отсутствие «петель» и балансировку нагрузки между каналами.
Другим ключевым элементом технологии VCS является распределенный интеллект объединяющий все устройства с поддержкой VCS в один единый кластер под названием «Ethernet Fabric». С точки зрения администратора сети «Ethernet Fabric» - это многослотовый коммутатор, а каждое устройство, входящее в его состав - это модуль, предоставляющий различные типы интерфейсов.
Технологии VCS позволяет масштабировать сеть до 1000 портов 1/10 Гб Ethernet c поддержкой протоколов DCB и Fiber Channel, а также до 10 000 виртуальных сетей (VLAN) или 10 000 виртуальных серверов.


Таким образом, VCS позволяет избежать проблем связанных с администрированием и сопровождением большого кол-ва сетевых устройств на уровне доступа и агрегации. Технология VCS формирует в сети новый виртуальный уровень доступа Virtual Access Layer (VAL), в который включен функционал агрегации и управления политиками безопасности и качества обслуживания для поддержки трафика серверов и приложений реального времени. Трафик виртуального уровня доступа можно агрегировать на корневые коммутаторы, объединенные между собой в единое виртуальное шасси с использованием технологии MCT (Multi-chassis Trunk) для обеспечения высокопроизводительной связи между сетями ЦОД.
Новый подход к организации сети делает «Brocade One» абсолютно новым уникальным решением, не имеющим аналогов на рынке, которое позволяет значительно упростить управление сетью, повысить ее масштабирование и производительность и при этом уменьшить капитальные затраты (CapEX) и стоимость обслуживания (OpEx).

Первый конвергентный коммутатор Brocade VDX 6720 с поддержкой технологии Virtual Cluster Switching (VCS) уже  доступен к заказу.

Источник http://www.ocs.ru/products/brocade.html