Sieć konwergentna FCoE

Data Center 3.0

Odpowiedzią na powyższe zagadnienia jest koncepcja budowy Centrów Danych w oparciu o architekturę Data Center 3.0, opracowaną przez Cisco Systems. Koncepcja DC 3.0 zakłada przekształcenie Centrum Przetwarzania Danych w środowisko zwirtualizowane i współużytkowane (zasoby serwerowe i sieciowe oraz pamięć masowa) oraz zoptymalizowane pod kątem działających aplikacji, poziomu usług czy też wydajności, zaś aplikacje, poziom usług, wydajność i współpraca są zoptymalizowane.

Oczywiście, ewolucja z konwencjonalnych architektur do Data Center 3.0 nie odbędzie się w jednym etapie. Migracja zakłada planowane krok–po-kroku działania, zapewniające podtrzymanie pracy systemu:

• „consolidation” – ustandaryzowanie oraz zwiększenie mocy obliczeniowej infrastruktury sprzętowej w celu konsolidacji usług świadczonych dla użytkowników,

• „virtualization” – zwirtualizowanie zasobów sprzętowych dla lepszej utylizacji mocy obliczeniowych urządzeń oraz zintegrowanie sieci LAN/SAN poprzez technologię „unified fabric”,

• „automation” – budowa DC w oparciu o technologię „unified computing”, która poprzez uproszczenie topologii infrastruktury sprzętowej oraz wirtualizację zasobów pozwala na szybkie dostosowanie DC do zmieniających się wymagań aplikacji i usług,

• „utility” – przeprojektowanie infrastruktury DC w celu elastycznego świadczenia usług dla klientów zewnętrznych w modelu operatorskim tzw. „cloud computing”,

• „market” – rozszerzenie modelu „cloud computing” na wiele rozproszonych geograficznie DC.

Kluczową technologią - z punktu widzenia architektury Data Center 3.0 - jest „Data Center Ethernet”, adresująca najczęściej spotykany przez architektów CPD problem, jakim jest fakt współistnienia w pojedynczym ośrodku przetwarzania niezależnych sieci:

• sieci Ethernet/IP służącej do komunikacji klient-serwer oraz serwer-serwer,

• sieci SAN, opartej o Fibre Channel, służącej do komunikacji z macierzami dyskowymi i bibliotekami.

Data Center Ethernet umożliwia przesyłanie ruchu Fibre Channel z wykorzystaniem technologii ramkowania standardu Ethernet (tzw. FCoE – Fibre Channel over Ethernet) i pozwala na wykorzystanie tego samego interfejsu dla jednoczesnego dołączenia serwerów do obu sieci . Zastosowanie technologii FCoE umożliwiło zastąpienie odrębnych portów IP oraz SAN w maszynach serwerowych na rzecz skonsolidowanych interfejsów sieciowych IP/SAN. Zamiast osobnych kart Ethernet NIC (Network Interface Card) oraz FC HBA (Host Bus Adaptor), jakie byłby stosowane do tej pory, możliwe stało się zastosowanie pojedynczych (ew. redundantnych) kart CNA (Converged Network Adaptor), dzięki czemu ilość kart, kabli i portów na przełącznikach zostaje zredukowana. Na rynku dostępne są już karty CNA, produkowane przez firmy, takie jak: Qlogic, Emulex czy Intel, które są zgodne ze specyfikacją standardu FcoE, przedłożonego komitetowi ANSI T11.

Architektura Data Center Ethernet ma na celu implementację rozszerzeń standardu Ethernet o nowe funkcjonalności pozwalające szerszą implementację urządzeń pracujących w oparciu o powyższy standard w centrach przetwarzania danych. Rozszerzenia, przedstawione w dalszej części opracowania, sprawiają iż klasyczne przełączniki Ethernet’owe umożliwiają przesyłanie danych Fibre Channel, wypierając tym samym konieczność budowania osobnej infrastruktury sieciowej dla protokołu FC. Najważniejsze mechanizmy jakie zostały zaimplementowane do DCE, to:

• Fibre Channel over Ethernet (FcoE) - FCoE to metoda przesyłania ruchu FC z wykorzystaniem klasycznej ramki Ethernet. Typową ramkę FC (max 2112 bajty) enkapsuluje się w nagłówek/końcówkę Ethernet (razem max 2180 bajtów) i przesyła poprzez standardowy interfejs Ethernet, tyle że w obrębie zdefiniowanej specjalnej klasy ruchu (CoS), zapewniającej transmisję bez utraty pojedynczych ramek i z zagwarantowanym pasmem .

• Priority Flow Control– pozwala na zdefiniowanie różnych klas ruchu (CoS, Class od Service), współdzielącego łącze. PFC dzieli fizyczny link na 8 niezależnych kolejek, umożliwiając tym samym kontrolę ruchu (flow control) poprzez np. uruchomienie mechanizmu „pauzy” dla konkretnego strumienia danych, co umożliwia transmisję bez gubienia ramek (lossless)
• Enhanced Transmission Selection – umożliwia podzielenie linku 10GbE na wirtualne klasy ruchu danych wraz z przypisaniem odpowiednich polityk priorytetów
• Bandwidth Management– zapewnia m.in. odpowiednią jakość obsługi (QoS) dla różnych klas ruchu, np. dla Fibre Channel zapewnione zostaje odpowiednie pasmo oraz transmisja bez utraty ramek (lossless).
• Layer 2 Multipathing– eliminuje wykorzystywane do tej pory w sieciach awaryjne i czasochłonne protokoły warstwy 2 modelu OSI/ISO (np. Spanning Tree), które obniżają stabilność pracy złożonych systemów, takich jak CPD. L2M pozwala na równoległą i jednoczesną transmisję na wielu interfejsach, dołączonych do różnych przełączników.
• Congestion Management– umożliwia opanowanie strumienia danych w sytuacji natłoku w sieci. Zapewnia eliminację natłoku w szkielecie sieci i regulację przepływu na jej brzegu, dzięki wykorzystaniu informacji zbieranych z kolejek na interfejsach sieciowych urządzeń.