Технология Converged Enhanced Ethernet (CEE).

Большинство экспертов уверены в том, что технология Ethernet станет основой для построения единой, конвергентной сетевой инфраструктуры ЦОД. В документе обсуждается, какие усовершенствования необходимы для ее использования в этом качестве.

Загрузить документ "Технология Converged Enhanced Ethernet (CEE)".

Оправить запрос на тестирование коммутаторов Extreme Networks.

Введение.

Переход в центрах обработки данных (ЦОД) от нескольких разнотипных сетей к единой инфраструктуре на основе унифицированной технологии позволит значительно сократить затраты (потребуется меньше сетевых адаптеров в серверах, меньше кабелей, меньше коммутаторов) и упростить управление. Такая конвергентная инфраструктура должна соответствовать требованиям, предъявляемым к передаче трафика сетями хранения данных (SAN) и высокопроизводительными вычислительными кластерами (HPCC), вместе с тем обеспечивая эффективный транспорт традиционного трафика ЛВС. Сетевая индустрия выбрала Ethernet в качестве унифицированной технологии для конвергентных сетей ЦОД.
Институт IEEE разрабатывает стандарты, которые должны обеспечить гарантированную полосу пропускания и контроль потока для трафика с учетом его приоритета, а также более тонкие механизмы управления потоками. Со всеми этими нововведениями Ethernet сможет заменить в ЦОД существующие сети Fibre Channel и Infiniband, а также существенно повысить производительность работы новых SAN-систем на основе iSCSI.
Поддержка мобильности виртуальных машин, технология FCoE (Fibre Channel over Ethernet) и другие новые приложения требуют построения крупномасштабных сетей, функционирующих на уровне 2 (L2). Для пересылки трафика по нескольким путям на уровне 2 институт IEEE и организация IETF разрабатывают ряд дополнительных стандартов.

Эффективное масштабирование

Во многих ЦОД одновременно функционируют три типа сетей, построенные на базе трех различных технологий:

• ЛВС: Ethernet
• SAN: Fibre Channel
• HPCC: Infiniband

Постоянно совершенствуясь, Ethernet превратилась сегодня в наиболее масштабируемую и экономически эффективную технологию для построения сетей TCP/IP. Fibre Channel, «жизнь» которой начиналась в качестве канальной технологии для мэйнфреймов, ориентирована на построение масштабируемых и обладающих малой задержкой сетей SAN. Наконец, технология Infiniband оптимизирована для обеспечения высокоскоростной связи с малой задержкой между компьютерами внутри высокопроизводительного кластера.
Серьезным препятствием на пути масштабирования сетей ЦОД – как в части увеличения числа серверов (физических и логических), так и в части повышения пропускной способности инфраструктуры – являются высокие расходы, связанные с внедрением нескольких сетевых технологий и обслуживанием соответствующего оборудования. Традиционный подход требует установки в серверы нескольких сетевых адаптеров, инсталляцию множества разнотипных коммутаторов, дублирование кабельной проводки. С каждой сетевой технологией связаны свои приемы управления, необходим специально обученный персонал, что увеличивает эксплуатационные расходы.
Переход к унифицированной сетевой инфраструктуре ЦОД сократит капитальные и эксплуатационные расходы, но она должна соответствовать уникальным требованиям, предъявляемым системами ЛВС, SAN и HPCC. Трафик ЛВС меньше всего «привередлив» к характеристикам сети, но активно задействует свойственные Ethernet технологии широковещательной/групповой рассылки, виртуальных ЛВС (VLAN), инсталляции по принципу plug-and-play. Трафику SAN (особенно Fibre Channel) необходима малая задержка и передача без потерь пакетов. А трафику HPCC требуется еще меньшая задержка и широкая полоса пропускания. Последние достижения в области технологии iSCSI привели к тому, что все больше заказчиков рассматривают ее как надежное решение для сетей SAN.
Благодаря своей чрезвычайной гибкости, Ethernet сегодня доминирует в большинстве сетевых сред, а поддерживающее эту технологию оборудование выпускается в огромных объемах. Представленные сегодня решения обеспечивают скорость 10 Гбит/с (на один канал), в ближайшем будущем нас ожидают 40 и 100-Гбит/с продукты, а в более отдаленной перспективе не исключено появление терабитного варианта Ethernet. Эти и другие причины привели к тому, что Ethernet рассматривается в качестве основного кандидата для конвергентной инфраструктуры ЦОД.

Стандарты IEEE 802.1 DCB

Комитет IEEE 802.1 отвечает за стандарты, определяющие функциональность сетевых мостов Ethernet. Его группа 802.1 DCB (Data Center Bridging) взяла на себя задачу по разработке нескольких усовершенствований, которые бы сделали Ethernet более подходящим для поддержки приложений SAN и HPCC в ЦОД. Эти усовершенствования можно разделить на три описанные ниже группы.

802.1Qaz Enhanced Transmission Selection и DCB Exchange Protocol.

Стандарт 802.1Qaz состоит из двух отдельных компонентов. Enhanced Transmission Selection (ETS) – это расширение давно известного механизма обработки очередей (802.1Q) с учетом приоритета трафика. Новая технология дает возможность гарантировать для приоритетных групп не только первоочередную обработку их трафика, но и определенную полосу пропускания. Пользу этой функции проиллюстрируем следующим примером: трафику SAN может быть достаточно 25% пропускной способности канала подключения сервера, но зато его передача должна осуществляться с низкой задержкой и наивысшим уровнем приоритета; с другой стороны, трафику ЛВС потребуется минимум 60% пропускной способности того же канала, но он более толерантен к задержке, а потому может обрабатываться с более низким приоритетом. Базовая функциональность 802.1Q сводится только к соблюдению приоритетов обработки разнотипного трафика. Технология ETS обеспечивает управление выделением полосы пропускания, например, с использованием алгоритма WFQ.
Протокол DCB Exchange Protocol (DCBx) является расширением протокола LLDP, реализующим автоматический обмен между соседними коммутаторами параметрами, необходимыми для работы алгоритмов DCB. Механизм предусматривает согласование параметров и выявление каких-либо нестыковок.

802.1Qbb Priority-based Flow Control.

Низшие уровни сети Fibre Channel реализуют контроль потоков на каждом звене передачи (link-by-link), что гарантирует передачу трафика без потерь и с низкой задержкой. Соответственно, верхние уровни сети не имеют механизмов для повторной передачи кадров в случае их потери (такие механизмы предусмотрены протоколом TCP). Если трафик с верхних уровней Fibre Channel пустить через сеть Ethernet (FCoE), но при этом не предусмотреть дополнительных мер, обеспечивающих передачу без потерь, работа систем будет нарушена. Системам на базе технологии iSCSI, которая располагается сверху стека TCP/IP, не столь критичны потери в сети, но их отсутствие однозначно улучшит работу таких систем.
В коммутаторах Ethernet уже довольно давно поддерживается 802.3x PAUSE – простой протокол для контроля потоков на каждом звене передачи. Его существенный недостаток связан с опасностью блокировки большого числа коммутаторов на периферии сети из-за задержки первых пакетов в очередях (Head-Of-Line, HOL): как только вышележащий коммутатор определяет, что одна из его очередей перегружена, он направляет сообщение PAUSE нижележащим коммутаторам, те блокируют свои очереди и направляют сообщения PAUSE дальше.
Технология 802.1Qbb позволяет применять механизм 802.3x к группам с определенным приоритетом: в случае перегрузки очереди, обслуживающей трафик с данным приоритетом, будет приостановлено поступление только тех кадров, которые имеют такой же приоритет – остальной трафик затронут не будет. Эта технология особенно хорошо подходит для защиты ресурсов буферов небольшого размера, выделенных для обслуживания трафика, которому необходимо гарантировать малую задержку. При перегрузке такого буфера сообщения о приостановке передачи будут распространяться от одного коммутатора к другому, пока не достигнут источника трафика. 802.1Qbb – один из алгоритмов, необходимых для реализации коммутирующей сети, обеспечивающей транспорт без потери пакетов.

802.1Qau Congestion Notification.

Хотя технология 802.1Qbb дает возможность реализовать для приоритетных групп передачу без потерь, она не всегда устраняется проблему блокировок HOL. Для достижения более высокой пропускной способности требуется усовершенствованный алгоритм управления потоком. Технология 802.1Qau Congestion Notification (QCN) позволяет промежуточным коммутаторам в сети идентифицировать потоки трафика, которые приводят к перегрузке очередей, и рассылать уведомления BCN (Backwards Congestion Notification) источникам этих потоков, дабы те снизили скорость посылки пакетов. Это дает возможность более тонко управлять потоками в сети и оптимизировать использование ее ресурсов, обеспечивая транспорт с низкой задержкой и без потерь. Но надо иметь в виду, что улучшения обстановки в сети, связанные с реакцией источников трафика на уведомления BCN, будет ощущаться только через промежуток, равный двойному времени прохождения пакетов от коммутатора до источника, поэтому описанный механизм эффективен только в локальных сетях.

Дополнительные технологии CEE.

Помимо описанных выше трех стандартов группы 802.1 DCB, в процессе разработки и стандартизации имеются и другие технологии, нацеленные на решение сетевых задач ЦОД следующего поколения.
Передача по нескольким путям на уровне 2 (L2 Multi-path) - активная топология сети Ethernet должна иметь структуру типа «дерево», поскольку в кадрах Ethernet отсутствует поле «время жизни» (TTL), а значит, попав в сетевую петлю, они будут кружить по ней вечно. Для реализации топологии «дерево» обычно применяют один из вариантов протокола STP (Spanning Tree Protocol), а для функционирования Ethernet в физических кольцах – протоколы типа EAPS. Оба названных механизма блокируют часть портов Ethernet, чтобы предотвратить зацикливание трафика.
Топология «дерево» имеет серьезные ограничения: она не позволяет задействовать сразу несколько путей доставки трафика и снижает эффективность использования имеющихся сетевых ресурсов. Технологии IP-маршрутизации обеспечивают преимущества доступности множества путей доставки трафика без опасности «вечного» зацикливания, но для таких приложений, как FCoE и мобильность виртуальных машин, необходимы коммутируемые соединения L2. Таким образом, возникает задача поддержки множества путей в сети L2 Ethernet.
Для решения этой задачи комитет IEEE 802.1 разрабатывает протокол 802.1aq Shortest Path Bridging (SPB), а организация IETF – TRILL (Transparent Interconnection of Lots of Links). Технология SPB не требует изменений привычных атрибутов, применяемых для пересылки кадров Ethernet, а TRILL вводит в кадры новый ярлык, включающий поле TTL, что и позволяет защитить от образования петель.

Заключение.

По причинам, названным выше, Ethernet доминирует в современных сетях. Как ранее голосовые приложения, сегодня системы хранения данных переводятся на работу через стандартные сети Ethernet. Построение сетей SAN на базе iSCSI получает все большую популярность благодаря высокой производительности этой технологии и появлению интерфейсов 10 Гбит/с. С разработкой технологии FCoE системы Fibre Channel тоже начали миграцию в сети Ethernet, что обеспечивает сокращение стоимости и упрощение обслуживания технических решений. Существующие инсталляции Fibre Channel останутся частью сетевой инфраструктуры ЦОД, однако в новых проектах специалисты все чаще будут обращаться к решениям iSCSI и FCoE. Конвергенция разнотипных сетей на базе Ethernet неизбежна, а технологии iSCSI и FCoE в конечно итоги «переведут» системы хранения данных в сеть Ethernet. 
 

Запрос на тестирование коммутаторов Extreme Networks

Название компании:

Город:

Телефон:

e-mail:

Ф.И.О.:

Комментарии:


Введите символы, указанные на изображении