Mostkowanie centrum danych

Mostkowanie centrów danych ( DCB ) to zestaw ulepszeń protokołu komunikacyjnego sieci lokalnej Ethernet do użytku w środowiskach centrów danych , w szczególności do użytku w klastrach i sieciach pamięci masowej .

Motywacja

Ethernet jest podstawowym protokołem sieciowym w centrach danych służącym do komunikacji między komputerami. Jednak Ethernet został zaprojektowany jako sieć typu best-effort , która może powodować utratę pakietów , gdy sieć lub urządzenia są zajęte.

W sieciach IP za niezawodność transportu w ramach zasady „end-to-end” odpowiadają protokoły transportowe, takie jak protokół kontroli transmisji (TCP). Jednym z obszarów ewolucji Ethernetu jest dodawanie rozszerzeń do istniejącego zestawu protokołów w celu zapewnienia niezawodności bez konieczności stosowania złożoności protokołu TCP. Wraz z przejściem na 10 Gbit/s i szybszymi szybkościami transmisji, istnieje również potrzeba dokładniejszej kontroli przydziału przepustowości i zapewnienia jej bardziej efektywnego wykorzystania. Te ulepszenia są szczególnie ważne, aby Ethernet stał się bardziej opłacalnym środkiem transportu dla ruchu pamięci masowej i klastrów serwerów. Główną motywacją jest wrażliwość Fibre Channel over Ethernet na utratę ramek. Celem wyższego poziomu jest użycie pojedynczego zestawu fizycznych urządzeń lub adapterów Ethernet do komunikowania się komputerów z siecią pamięci masowej , siecią lokalną i siecią szkieletową InfiniBand .

Zbliżać się

DCB ma na celu, w przypadku wybranego ruchu, wyeliminowanie strat spowodowanych przepełnieniem kolejki (czasami nazywanym bezstratnym Ethernetem ) oraz umożliwienie przydzielania przepustowości łączom. Zasadniczo DCB umożliwia do pewnego stopnia traktowanie różnych priorytetów tak, jakby były różnymi rurami. Aby osiągnąć te cele, opracowywane są (lub zostały) nowe standardy, które albo rozszerzają istniejący zestaw protokołów Ethernet, albo emulują łączność oferowaną przez protokoły Ethernet. Są one opracowywane (lub zostały) odpowiednio przez dwa odrębne organy normalizacyjne:

• Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE) Data Center Bridging Task Group grupy roboczej IEEE 802.1
• Internet Engineering Task Force (IETF).

Szerokie włączanie DCB w dowolnych sieciach o nieregularnych topologiach i bez specjalnego trasowania może powodować zakleszczenia, duże opóźnienia buforowania, niesprawiedliwość i blokowanie na początku linii . Zasugerowano użycie DCB w celu wyeliminowania powolnego startu TCP przy użyciu podejścia TCP-Bolt .

Terminologia

W celu wprowadzenia na rynek produktów opartych na standardach mostkowania centrów danych używano różnych terminów:

• Data Center Ethernet (DCE) był znakiem towarowym firmy Brocade Communications Systems w 2007 r., ale został porzucony na żądanie w 2008 r. DCE odnosiło się do ulepszeń Ethernet dla standardów Data Center Bridging, a także obejmowało implementację wielościeżkowości warstwy 2 w oparciu o Transparent Interconnection of IETF Standard wielu linków (TRILL).
• Convergence Enhanced Ethernet lub Converged Enhanced Ethernet (CEE) została zdefiniowana od 2008 do stycznia 2009 przez grupę obejmującą Broadcom , Brocade Communications Systems , Cisco Systems , Emulex , HP , IBM , Juniper Networks , QLogic . Grupa ad-hoc utworzona w celu tworzenia propozycji ulepszeń, które umożliwiają konwergencję protokołów sieciowych przez Ethernet, w szczególności Fibre Channel . Proponowane specyfikacje dla grup roboczych IEEE 802.1 początkowo obejmowały:
  • Priority -based Flow Control (PFC) w wersji 0 została przesłana do użytku w projekcie IEEE 802.1Qbb , w ramach grupy zadaniowej DCB grupy roboczej IEEE 802.1.
  • Specyfikacja Enhanced Transmission Selection (ETS) w wersji 0 została przesłana do użytku w projekcie IEEE 802.1Qaz , w ramach grupy zadaniowej DCB grupy roboczej IEEE 802.1.
  • Data Center Bridging eXchange (DCBX) w wersji 0 została również przesłana do użytku w projekcie IEEE 802.1Qaz .

grupa zadaniowa IEEE

Następujące standardy zostały przyjęte jako standardy IEEE:

• Kontrola przepływu oparta na priorytetach (PFC): IEEE 802.1Qbb zapewnia mechanizm kontroli przepływu na poziomie łącza, który może być kontrolowany niezależnie dla każdego priorytetu ramki. Celem tego mechanizmu jest zapewnienie zerowych strat w przypadku przeciążenia sieci DCB.
• Rozszerzony wybór transmisji (ETS): IEEE 802.1Qaz zapewnia wspólną strukturę zarządzania do przypisywania przepustowości do priorytetów ramek.
• Powiadomienie o przeciążeniu: IEEE 802.1Qau zapewnia kompleksowe zarządzanie przeciążeniem dla protokołów, które są w stanie ograniczyć szybkość transmisji, aby uniknąć utraty ramek. Oczekuje się, że przyniesie korzyści protokołom, takim jak TCP, które mają natywne zarządzanie przeciążeniami, ponieważ reagują na przeciążenia w bardziej terminowy sposób.
• Data Center Bridging Capabilities Exchange Protocol (DCBX): protokół wykrywania i wymiany możliwości używany do przekazywania możliwości i konfiguracji powyższych funkcji między sąsiadami w celu zapewnienia spójnej konfiguracji w całej sieci. Protokół ten wykorzystuje funkcjonalność zapewnianą przez IEEE 802.1AB ( LLDP ). W rzeczywistości jest zawarty w standardzie 802.1az.

Inne grupy

• Standard IETF TRILL (Transparent Interconnection of Many of Links) zapewnia najtańsze przesyłanie danych parami bez konfiguracji w sieciach z wieloma przeskokami o dowolnej topologii, bezpieczne przekazywanie nawet w okresach tymczasowych pętli oraz obsługę wielościeżkowego ruchu zarówno unicast, jak i multicast . TRILL osiąga to za pomocą routingu stanu łącza IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) i hermetyzacji ruchu przy użyciu nagłówka zawierającego liczbę przeskoków. TRILL obsługuje sieci VLAN i priorytety ramek. Urządzenia, które implementują TRILL, nazywane są RBridges. RBridges mogą stopniowo zastępować mosty klienckie IEEE 802.1. Karta grupy roboczej TRILL
• IEEE 802.1aq określa mostkowanie najkrótszej ścieżki ramek ethernetowych emisji pojedynczej i multiemisji w celu obliczenia wielu aktywnych topologii (wirtualnych sieci LAN), które mogą współdzielić poznane informacje o lokalizacji stacji. Opisano dwa tryby działania, w zależności od tego, czy źródłowy most to 802.1ad (QinQ), znany jako SPBV, czy 802.1ah (MACinMAC), znany jako SPBM . SPBV obsługuje sieci VLAN przy użyciu identyfikatora VLAN (VID) na węzeł w celu identyfikacji najkrótszego drzewa ścieżek (SPT) powiązanego z tym węzłem. SPBM obsługuje sieć VLAN, wykorzystując jeden lub więcej adresów MAC szkieletu do identyfikacji każdego węzła i powiązanego z nim SPT, a także może obsługiwać wiele topologii przekazywania w celu podziału obciążenia w drzewach o równych kosztach przy użyciu pojedynczego B-VID na topologię przekazywania. Zarówno SPBV, jak i SPBM wykorzystują technologię routingu według stanu łącza. SPBM dzięki enkapsulacji MACinMAC jest bardziej odpowiedni dla dużego centrum danych niż SPBV. Standard 802.1aq definiuje 16 konfigurowalnych opcji wielościeżkowych jako część protokołu podstawowego, z rozszerzalnym mechanizmem wielościeżkowym, który pozwoli w przyszłości na znacznie więcej wariantów wielościeżkowych. 802.1aq obsługuje dynamiczne tworzenie wirtualnych sieci LAN, które łączą wszystkich członków za pomocą symetrycznych tras o najkrótszej ścieżce. Wirtualne sieci LAN mogą być deterministycznie przypisane do różnych wielu ścieżek, zapewniając pewien stopień inżynierii ruchu oprócz wielościeżkowości i mogą rosnąć lub zmniejszać się dzięki prostym zmianom członkostwa. 802.1aq jest w pełni wstecznie kompatybilny ze wszystkimi protokołami 802.1. 802.1aq stał się standardem IEEE w kwietniu 2012 roku.
• Fibre Channel over Ethernet : T11 FCoE Ten projekt wykorzystuje istniejące protokoły Fibre Channel do działania w sieci Ethernet, aby umożliwić serwerom dostęp do pamięci masowej Fibre Channel przez Ethernet. Jak wspomniano powyżej, jednym z czynników stojących za ulepszeniem sieci Ethernet jest obsługa ruchu w pamięci masowej. Chociaż protokół iSCSI był dostępny, jest on zależny od protokołu TCP/IP i istniała potrzeba obsługi ruchu pamięci masowej w warstwie 2. Doprowadziło to do opracowania protokołu FCoE, który wymagał niezawodnego transportu Ethernet. Standard został sfinalizowany w czerwcu 2009 roku przez komitet ANSI T11.
• IEEE 802.1p/Q zapewnia 8 klas ruchu dla przekazywania opartego na priorytetach.
• IEEE 802.3bd zapewnia mechanizm sterowania przepływem na poziomie łącza według priorytetu pauzy.

Te nowe protokoły wymagały nowego sprzętu i oprogramowania zarówno w sieci, jak iw kontrolerze interfejsu sieciowego . Produkty były opracowywane przez firmy takie jak Avaya , Brocade , Cisco , Dell , EMC , Emulex , HP , Huawei , IBM i Qlogic .