Das Netzwerk wird flach

Fabrics - Die Alternative zur konventionellen Netzwerkinfrastruktur

Die traditionelle dreistufige Struktur von lokalen Netzwerken stößt an ihre Grenzen. Ein Grund ist die wachsende Nutzung von Virtualisierung und Cloud Computing. Gefordert sind daher flexible virtualisierte Netzwerkinfrastrukturen, beispielsweise auf Grundlage von Fabrics.

Ein Problem der Fabric-Architektur ist: Es gibt unterschiedliche Ansätze, etwa auf der Basis von Protokollen wie Shortest Path Bridging und Trill. Lokale Netze (LANs) basieren derzeit in der Regel auf einer traditionellen hierarchischen Infrastruktur auf Basis von Ethernet-Switches und drei Ebenen:

• Zugangssysteme (Access-Switches),

• Aggregation-Switches und

• Core-Switches.

In einem Rechenzentrum sind beispielsweise Server-Racks in vielen Fällen mit einem Top-of-Rack-Switch (ToR) ausgestattet. Alternativ dazu wird zwischen Server-Racks ein Middle-of-Row-Switch (MoR) platziert, oder am "Ende" einer Reihe von Server-Racks kommt ein End-of-Row-Switch (EoR) zum Einsatz. Alle Switches kommunizieren miteinander über Inter-Switch-Links (ILS). Für diese Verbindungen gelten jedoch strikte Einschränkungen: Sie dürfen keine Schleifen (Loops) bilden. Das Spanning Tree Protocol (STP) verhindert dies, indem es nur eine aktive Verbindung (Pfad) zwischen zwei Switches ermöglicht.

Eine herkömmliche Ethernet-Infrastruktur mit drei Ebenen: Access-, Aggregation- und Core-Switches. Der Datenverkehr läuft in diesem Fall vertikal hoch zu den Core-Switches und zurück zur Access-Ebene - eine klassische Nord-Süd-Richtung.
Eine herkömmliche Ethernet-Infrastruktur mit drei Ebenen: Access-, Aggregation- und Core-Switches. Der Datenverkehr läuft in diesem Fall vertikal hoch zu den Core-Switches und zurück zur Access-Ebene - eine klassische Nord-Süd-Richtung.

Das bedeutet, dass eine baumartige hierarchische Infrastruktur entsteht. Der Datenverkehr läuft in diesem Fall in "Nord-Süd-Richtung", also von den Access-Switches zu Aggregation- und Core-Systemen und wieder "hinunter". Diese wenig effiziente Technik war bislang für die meisten Einsatzzwecke ausreichend. Bei speziellen Anwendungen, etwa der Anbindung von Storage-Systemen, kamen Protokolle wie Fibre Channel und separate Speichernetze zum Zuge, die parallel zum Ethernet-LAN betrieben wurden. Um die Ausfallsicherheit sicherzustellen, wurden zusätzliche Switches und Netzwerkverbindungen eingesetzt.

Nun stehen Änderungen ins Haus: LAN Fabrics, die Ethernet-Switches auf Layer 2 mit Elementen des Layer-3-Routings verknüpfen, sollen die überkommende Struktur ablösen. Dafür führen die Anbieter von Fabrics mehrere Gründe an: den Trend in Richtung Virtualisierung und Cloud Computing, höhere Datenraten von 10 Gbit/s, 40 Gbit/s und künftig 100 Gbit/s sowie die Konvergenz unterschiedlicher Protokolle und Netztypen, speziell von Storage- und Datennetzen.

Virtual Machines erfordern neuartige Netzwerkinfrastruktur

Für den Einsatz von LAN Fabrics spricht, dass sie die Mobilität von Virtual Machines (VM) erhöhen. VM lassen sich mit einer Fabric schnell implementieren und bei Bedarf von einem Server oder Rack zu einem anderen verlagern. Dieser Vorgang kann automatisiert werden. In einem herkömmlichen Netzwerk ist das Verschieben von VMs von einem Server-Rack in ein anderes oder gar in ein anderes Rechenzentrum aufwendig. So muss der IT-Administrator Switch-Ports neu konfigurieren und sicherstellen, dass jeder VM Storage-Kapazitäten, Netzwerkbandbreite und Quality-of-Service-Eigenschaften (QoS) im erforderlichen Maß zur Verfügung stehen.

Wegen der engen Kopplung von LAN-Infrastruktur und IT-Services ist es zudem aufwendig, Netzwerkdienste in der gewünschten Qualität bereitzustellen oder an wechselnde Anforderungen anzupassen. Dies ist speziell in Cloud-Computing-Umgebungen ein Manko, zu deren größten Vorteilen die hohe Flexibilität zählt. Hinzu kommt, dass in virtualisierten Umgebungen, aber auch bei Web-2.0-Anwendungen, der Anteil der direkten Server-zu-Server-Kommunikation zunimmt. Das heißt, die Kommunikationsströme laufen verstärkt in "Ost-West-Richtung". Müssen Daten über Core-Switches und ein traditionelles Backbone-Netz übermittelt werden, sind Performance-Einbußen die Folge.