Одни предприятия реализуют многоуровневые серверные фермы и приложения реального времени, такие как передача голоса и видео, через инфраструктуры Ethernet, другие объединяют миры Fibre Channel и Ethernet посредством FCoE, а третьи осваивают динамичные автоматизированные облачные ЦОД. Здесь уже нет места для старых добрых локальных сетей и протокола Spanning Tree Protocol: пришло время архитектур Ethernet Fabrics.

 

Серверные фермы со сложными взаимосвязями между серверами и реализация мультимедийных приложений по Ethernet/IP стали сегодня уже стандартом для ЦОД многих предприятий. Кроме того, все больше ИТ-организаций начинают заниматься построением облачных сред, то есть максимально автономных и динамичных инфраструктур, состоящих из серверов и систем хранения, которым со стороны сети требуется максимально автоматизированная поддержка. Из-за связанных с этим высоких требований к отказоустойчивости, автоматизации и управляемости, а также необходимости максимального сокращения задержек традиционные инфраструктуры Ethernet очень скоро достигают предела своих возможностей. В связи с этим на рынке коммутаторов старшего класса началась настоящая архитектурная революция по перестройке сетей, и рано или поздно она доберется до основной массы ЦОД и серверных помещений.

В традиционных локальных сетях администратору приходится конфигурировать сетевые устройства на уровнях доступа (Access Layer), агрегации (Aggregation Layer) и ядра (Core Layer), чтобы обеспечить (в идеале) бесшовную коммуникацию конечных устройств с серверной инфраструктурой. Данный процесс часто очень трудоемок — уж ктокто, а читатели журнала LAN должны знать об этом не понаслышке. Однако в результате распространения многоуровневых и облачных архитектур все большие объемы трафика данных передаются между серверами, что влечет за собой изменение требований, предъявляемых к сети.

В связи с необходимостью обеспечения высокой доступности сети администраторы создают избыточные соединения между коммутаторами. Для предотвращения возникновения петель на втором уровне традиционно делалась ставка на протокол Spanning Tree Protocol (STP). Связанная с этим известная проблема состоит в следующем: при отказе коммутатора реорганизация соединений локальной сети с помощью STP может длиться до 30 с, что давно уже не соответствует современным требованиям к доступности приложений. Поэтому на смену протоколу STP пришел его преемник — Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Благодаря протоколу Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) в сочетании с виртуальными локальными сетями (VLAN) можно создавать и параллельные множественные соединения. Однако все это требует тщательных настроек и трудоемкого администрирования, а значит, является потенциальным источником ошибок.

Функционирование традиционных сетей Ethernet замедляется вследствие проверки каждым участвующим в передаче коммутатором входящих кадров Ethernet (Ethernet Frame) — по результатам такой проверки коммутатор самостоятельно принимает решения об их дальнейшей переадресации на основании списков контроля доступа (Access Control Lists), а также о принадлежности к VLAN, очереди QoS (QoS Queue) и т. д. При реализации некоторых сценариев эта так называемая глубокая защита (Defense in Depth) может оказаться полезным и важным свойством, однако в большинстве случаев она приводит главным образом к возникновению дополнительных задержек, что только увеличивает время отклика приложений.

РЕШЕНИЕ: ETHERNET FABRICS

Сегодня все большее число производителей коммутаторов делает ставку на так называемые коммутирующие структуры (Fabric) — эта концепция уже хорошо известна по технологии Fibre Channel. ьТакая архитектура (кстати, это английское слово переводится отнюдь не как «фабрика», а как «ткань» или «структура») предполагает построение сети с максимально плоской иерархией: вместо множества устройств с собственными уровнями данных, контроля и управления (Data Plane, Control Plane и Management Plane), архитектура Fabric обеспечивает централизацию контрольных и управляющих функций. Таким образом, вся сеть предстает в виде одного большого модульного коммутатора, к которому можно добавлять стоечные коммутаторы (Top-of-Rack) и дополнительные порты примерно так же, как это делается при вставке модулей в коммутаторы на основе шасси. В результате архитектура Ethernet Fabric должна обеспечить значительное улучшение производительности, распределения нагрузок, доступности и управляемости систем.

Подобные структуры Ethernet Fabric характеризуются следующими особенностями:

  • Встроенный интеллект. Коммутаторы способны распознавать друг друга, самостоятельно устанавливать соединения между задействованными устройствами, а также автоматически находить наикратчайший путь для трафика Ethernet. При этом им не требуются протоколы для маршрутизации на третьем уровне и механизмы обнаружения петель (Loop Detection), имеющиеся в (R/M)STP. В них используются протоколы Shortest Path Bridging (SPB) и Transparent Interconnection of Lots of Links (TRILL).
  • Плоская иерархия. Благодаря наличию интеллектуальных функций уровни агрегации уже не нужны: решения о путях передачи данных принимаются однократно на основе заданных правил (Policy), а коммутаторы просто осуществляют передачу кадров с минимально возможными задержками.
  • Высокая производительность и масштабируемость. В отличие от STP, для передачи данных доступны все возможные пути по избыточным соединениям. Распределение нагрузки (Load Balancing) между путями передачи коммутаторы осуществляют автоматически, равно как и быстрое переключение на другой маршрут в случае недоступности первого пути.
  • Упрощение управления. С точки зрения администрирования Ethernet Fabric представляет собой большой логический коммутатор. Это позволяет избежать ошибок конфигурации, которые периодически могут возникать при администрировании множества отдельных сетевых устройств.

В настоящее время предложения для реализации архитектуры Ethernet Fabric имеются у всех производителей, занимающихся оснащением крупных ЦОД. Лидер рынка компания Cisco делает ставку на свое семейство решений Unified Fabric, включающее в себя системы Nexus 5500, Nexus 3000, а также не так давно представленное решение Nexus 7009 c модулем Fabric 2. Ее главный конкурент компания HP объявила, что с помощью своей архитектуры FlexFabric намерена распространить концепцию Ethernet Fabric с отдельно взятых ЦОД на локальную сеть, охватывающую всю территорию предприятия. Аналогичный сквозной подход исповедует Enterasys, дочерняя компания Siemens Enterprise Communications, с целью еще большего упрощения процессов управления сетью (см. Рисунок 1). Juniper, которая в сегменте провайдерских решений является главным конкурентом Cisco, а на рынке коммутаторов занимает — пусть и со значительным отставанием — почетное третье место, реализует в представленном год назад решении Qfabric собственный проприетарный подход. Компания Brocade, первопроходец в сегменте решений Fabric, недавно дополнила свой портфель продуктов Ethernet Fabric, созданных на основе собственной технологии VCS, средствами автоматического обнаружения виртуальных машин в облачных средах VM Discovery. У Extreme Networks тоже имеется собственный подход — Open Fabric.

 

Ethernet Fabrics
Рисунок 1. Архитектуры Ethernet Fabric призваны существенно упростить администрирование сетей в ЦОД. Компания Enterasys даже расширяет эту концепцию до сквозной архитектуры.

 

При этом происходит сращивание не только уровней коммутации, но и сетей LAN и SAN (ключевой термин: Fibre Channel поверх Ethernet), а значит, стирание границ и различий между серверами, системами хранения и сетями в облачных инфраструктурах. Не зря компания Cisco устремилась со своим решением UCS в сегмент серверных платформ, в то время как IBM осенью 2010-го, наоборот, приобрела производителя коммутационных решений Blade Network Technologies (BNT), а HP существенно расширила — или, точнее, заменила — свое оборудование ProCurve в результате присоединения 3Com/H3C. Летом позапрошлого года наконец-то подтянулась и компания Dell, купившая Force 10 Networks — специалиста в области 10 Gigabit Ethernet. В результате крупнейшие производители серверов теперь могут предложить собственные сетевые решения. Они освободились от долгосрочного партнерства с Cisco, после чего последняя бросила им вызов, выпустив свое решение UCS.

РЫНОК В ДВИЖЕНИИ

Таким образом, рынок коммутационных решений претерпевает изменения не только с точки зрения появления новых технологий, но и в плане развития деловых взаимоотношений. Cisco по-прежнему остается лидирующим игроком на рынке коммутаторов, но ее превосходство постепенно перестает быть неоспоримым. Особая заслуга в этом принадлежит компании HP, которая, завершив интеграцию продуктов 3Com и H3C в свой портфель решений, провела их репозиционирование и выступает теперь в качестве достойной альтернативы Cisco. Обострившаяся конкуренция особенно ярко проявляется в стремительном снижении цен на рынке коммутаторов, тем более что кроме крупных производителей за кусок общего пирога сражаются еще и такие игроки, как Avaya, Extreme и Huawei.

«Теперь слово за покупателями коммутаторов Ethernet, поскольку производители начали активно сражаться за этот рынок, — считает и Маттиас Маховински, главный аналитик в сфере корпоративных сетей и видео из компании Infonetics Research. — В то время как основная битва разворачивается между Cisco и HP, другие производители тоже выходят на линию огня, что в качестве побочного эффекта приводит к снижению цен. По этой причине мы ожидаем стагнации оборота по результатам 2011 года, несмотря на наличие стабильного спроса». Разве это не хорошие новости? Рынок сетевых технологий основательно реформируется, а клиенты остаются в выигрыше.

Вильгельм Грайнер — редактор LANline.