Netzwerk-Grundlagen – Fabric-Konzepte im Fokus Netzwerk-Fabrics lösen mehrstufige RZ-Architekturen ab

Autor / Redakteur: Johann Baumeister / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Virtualisierung und Cloud Computing ändern die Spielregeln für die Rechenzentren und damit auch für die Netzwerke. Netzwerk-Fabrics sollen die heute vorherrschende Architektur ablösen und für mehr Dynamik sorgen.

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Netzwerk-Fabrics halten im Rechenzentrum Einzug und sollen für schnelle Ost-West-Verbindungen sorgen.
Netzwerk-Fabrics halten im Rechenzentrum Einzug und sollen für schnelle Ost-West-Verbindungen sorgen.
(© Val Thoermer - Fotolia.com)

In virtuellen Szenarien und erst recht in den aufkeimenden Cloud-Umgebungen sind strukturierte Netze kaum einsetzbar. Denn durch die Techniken der dynamischen Lastverteilung, wie sie durch vMotion oder Live Migration geboten werden, erfolgt der Transfer virtueller Server auf andere Hosts automatisch.

Dabei bleiben die Server online und verfügbar. Für die virtuellen Server kann dies bei traditioneller Netzwerkarchitektur aber nachteilig sein. Denn so können zwei virtuelle Server, die vorher beispielsweise über die Backplane oder einen Top-of-Rack Switch direkt miteinander verknüpft waren, nach der Migration einer virtuellen Maschine auf einen andern Serverhost vielleicht nur noch über mehrere Netzwerkknoten hinweg miteinander kommunizieren.

Anstelle der direkten Kommunikation zweier Server über einen Aggregation Switch oder Top-of-Rack Switch tritt nun die Kommunikation über mehrere Ebenen. Die bis dato vorherrschenden Nord-Süd-Architekturen (von oben nach unten) werden durch die Virtualisierung mehr und mehr durch (horizontale) Ost-West-Architekturen abgelöst.

Dies ist notwendig, da in virtuellen Strukturen oftmals eine Lastverschiebung auf einen anderen physikalischen Host erfolgen soll. Dabei, so das Ziel, soll eine bestmögliche Abstimmung der Anforderungen des Dienstes auf die Ressourcen des Host erfolgen.

Zuerst werden Pools aus den Rechnerressourcen gebildet. Die virtualisierten Dienste erhalten dann ihre Rechenleistung aus diesen Pools zugewiesen. Dies erfolgt durch Automatisierungstools und größtenteils ohne manuelle Eingriffe. Das Ergebnis ist eine bestmögliche Auslastung der vorhandenen Serverhardware.

Hardware-Unabhängigkeit ist unabdingbar

Damit die dynamische Zuweisung der Rechenlast (Applikationen) an die Serverhardware überhaupt funktionieren kann, muss ein Kriterium erfüllt sein: Der IT-Dienst (Applikation) muss unabhängig von der Hardware sein und darf keine spezifische Hardware voraussetzen. Nur dann sind dynamische Szenarien mit Cloud-Techniken realisierbar.

Würde hingegen für eine Anwendung eine spezielle Hardware oder Lokation vorausgesetzt, so könnte diese kaum schnell und dynamisch auf einer „beliebigen“ Hardware in der Public oder Privat Cloud platziert werden.

Durch die Dynamik der Migration ist im Vorfeld nicht erkennbar, wo eine virtuelle Maschine letztendlich betrieben werden wird. Die Netzwerke müssen sich dem anpassen und sollen infolgedessen auf diese neuen Anforderungen abgestimmt werden.

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Manege frei für die Fabric

An die Stelle der heute verwendeten mehrstufigen Netzwerkarchitektur treten nun Fabric-Konzepte. Sie bringen virtuelle Netzwerkinterfaces und sollen die Verwaltung einfacher machen. Dies zumindest haben sich die Hersteller auf die Fahnen geschrieben und neue Netzwerkkonzepte vorgestellt oder zumindest angekündigt.

Avaya spricht dabei von der „Virtual Services Platform, VSP“, Brocade nennt seine neuen Netzwerktechniken „Virtual Cluster Switching, VCS“, Cisco vermarktet die Fabric im Kontext seiner UCS-Plattform „Unified Computing System“, „Open Fabric“ nennt es Extreme Networks und Juniper spricht von „QFabric“. Allen gemeinsam ist die Tatsache, dass sich dabei die Netzwerkverbindungen dynamischer zusammenstellen lassen. Dabei erfolgt die Konfiguration der Kommunikationsstränge in der „Data Center Fabric“.

Keine starren Verbindungen

Die feste Zuordnung eines Servers zu seinem Netzwerkinterface wird aufgehoben. Über das physische Netzwerkinterface werden dabei in der Regel mehrere virtuelle Kanäle abgebildet. Hinzu kommt, dass die physischen Interfaces oftmals mehr Bandbreite bereitstellen als ein virtueller Gast alleine benötigen würde. Durch die Aufteilung der Bandbreite lassen sich nunmehr auch feste Anteile für eine virtuelle Maschine zuordnen.

Data Center Fabrics

„Data Center Fabrics“ haben mit den bestehenden Netzwerkstrukturen und Baugruppen kaum eine Gemeinsamkeit. Unternehmen werden daher wohl um Neuanschaffungen nicht herumkommen. Aber auch untereinander vertragen sich die einzelnen Implementierungen nicht zwingend. Jeder Hersteller verfolgt hier meist eine eigene Strategie. Um nicht in die Abhängigkeit eines einzelnen Herstellers zu geraten, gilt es daher bei der Auswahl der Lösungen, die Konzepte und Möglichkeiten intensiv zu vergleichen.

Das Ziel der Data Center Fabrics ist die Auflösung der heute etablierten 3-stufigen Netzwerkstruktur, die sich insbesondere in virtuellen Szenarien als Engpass erweist. An die Stelle der strukturierten und mehrstufigen Architektur soll ein einfacheres Netzwerkmodell gesetzt werden.

Dieses präsentiert sich meist als einziger großer Switch, der jedoch nicht als einzelner physischer Switch ausgeführt sein wird. Stattdessen wird der Switch als logischer Switch nachgebildet. Das Verfahren ähnelt jenem, wie es beispielsweise bei der Virtualisierung von Plattenplatz erfolgt. Durch die zusätzliche Virtualisierungsschicht des Speichersystems wird dabei ein großer Speicherpool bereitgestellt. Die physische Ablage der Daten auf den Platten bleibt für den Nutzer unsichtbar im Hintergrund.

Logische Switches statt physischer Ports

Der logische Switch dient dann als Zugangspunkt für alle angeschlossen Geräte. Die Kommunikation der Systeme erfolgt, in dieser Betrachtung, immer über einen einzigen Knoten (Hop). Damit spielt es auch keine Rolle mehr, wenn eine virtuelle Maschine von einem physischen Host auf einen anderen Host umgezogen wird.

Seine Kommunikationspartner erreicht der Server vor und nach der Migration immer über einen einzigen Knoten. Diese Änderungen im Netzwerkdesign sind die Voraussetzung für eine weitergehende Virtualisierung mit dynamischer Lastverteilung.

Das Konzept der Fabric ist wie erwähnt eine logische Darstellung. Physisch betrachtet setzen die Hersteller weiterhin auf mehrere getrennte Netzwerkbaugruppen. Die in den Switch integrierte Verwaltungslogik sorgt jedoch dafür, dass sich das gesamte Gebilde wie ein einziger großer Switch präsentiert.

Diese Zusammenführung in ein logisches Gebilde vereinfacht aber auch die Verwaltung. Die Konfiguration der Switches erfolgt nur noch über ein einziges Interface und an einer Stelle. Bis dato ist es oftmals notwendig, dass jeder Switch seine eigene Konfiguration erhält bzw. separat verwaltet werden muss. Gleiches gilt auch für die Abfrage der Statuswerte und Monitoring-Meldungen. Durch die Zusammenführung in eine einzige Verwaltungsinstanz sind die verteilten Switches über einen einzigen Verwaltungszugang verfügbar. Dies erlaubt auch eine neue Art der Auswertungen und Überwachung.

Ein weiter Aspekt betrifft die Skalierbarkeit des gesamten Switch-Verbundes in der Fabric. Werden weitere Ports benötigt, so erfolgt dies in der Regel durch die Hinzunahme eines weiteren Fabric Switches. Dieser neue Switch wird dann in den bestehenden Verbund integriert. Seine Konfigurationseinstellungen erhält er aus der übergeordneten Fabric. Individuelle Nacharbeiten sollen dabei überflüssig werden.

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