Коммутаторы Fibre Channel over Ethernet для дата-центров


Алексей Полунин

Hits: 21250

В последнее время четко обозначились тенденции в развитии информационных и телекоммуникационных технологий. Они вызваны требованиями со стороны пользователей по увеличению пропускной способности сетей и повышению производительности вычислительных систем. При этом заказчиков интересует рациональное использование имеющегося своего оборудования, а снижение капитальных и эксплуатационных расходов.

Новые времена – новые технологии

Ответом на подобные ожидания клиентов стало разработка высокоскоростных протоколов передачи данных (10 GE, 40GE и 100GE) и появление новых подходов по организации работы с данными (точнее, использование подзабытых принципов на новом поколении оборудования). С легкой руки маркетологов, новые формы организации вычислений получили название "облачных вычислений". Но, по сути, в их основе лежат два принципа – объединение в единое целое распределенных ресурсов (GRID-системы) и выделение ресурсов по требованию (виртуализация). Как показывает опыт реализации первых проектов, для эффективной работы "облака" необходимо наличие высокоскоростных и надежных каналов связи между элементами единой системы.
Традиционно, при создании любого информационного комплекса, он небольшой корпоративной аппаратной, до масштабного коммерческого дата-центра, используется разделение информационных потоков на сети передачи данных (LAN) и сети хранения данных (SAN). Не будем вдаваться в историю этого вопроса, но до недавнего времени такая топология себя вполне оправдывала и позволяла создавать эффективные решения. Главным протоколом SAN является Fibre Channel, который поддерживает передачу данных между серверами и системами хранения данных (СХД) со скоростью до 8 Гбит/с. Этот протокол полностью стандартизирован и хорошо себя зарекомендовал. Однако, поддержка двух параллельных, но не взаимозаменяемых сетей передачи, приводит к росту издержек и снижению надежности работы вычислительных комплексов, особенно при создании распределенных территориально-распределенных систем. По данным компании Brocade, стоимость SAN-инфраструктуры обычно составляет 10-12% от стоимости СХД и серверов.
Ответом на требование времени стало решение объединить в единую инфраструктуру сети LAN и SAN без потери преимуществ, которыми они обладают. В результате появился протокол, получивший название Fibre Channel over Ethernet (FCoE). Надо заметить, что этот протокол уже полностью стандартизирован, он был окончательно утвержден институтом ANSI в середине 2009 года.

Структура пакета FCoE

При создании протокола FCoE его разработчики не стали особенно мудрить и воспользовались проверенным принципом инкапсуляции. В данном случае пакеты Fibre Channel без каких-либо изменений переносятся в Ethernet-пакеты. Такой подход гарантирует прозрачность среды передачи для протокола верхнего уровня. Это позволяет обеспечить интеграцию с существующими системами и использовать привычные инструменты управления сетью хранения данных. Побочным эффектом такого решения является увеличение служебной информации в Ethernet-пакете, что снижает эффективную скорость передачи данных. Однако с этой избыточностью можно мириться на фоне многократного увеличения общей пропускной способности сетей Ethernet.
Гораздо большей проблемой для протокола FCoE является отсутствие гарантированной доставки в обычном протоколе Ethernet. Поэтому потребовалось создание нового стандарта, получившего название Converged Enhanced Ethernet (CEE). Впрочем, пока это еще только кандидат в стандарты, его окончательное утверждение ожидается летом 2010 года.
В стандарте CEE реализованы механизмы доставки пакетов без потерь на основе распределения трафика по различным уровням приоритета и выделения для каждого уровня заданной пропускной способности (создание виртуального канала). В период перегрузки на сети, потоки с низким уровнем приоритетов "притормаживаются", пропуская вперед трафик чувствительный к задержкам, к которому относится трафик SAN. Другой важной характеристикой CEE является поддержка им протокола обмена Data Center Bridging (DCB). Так как основным методом работы FCoE является инкапсуляция, то задачей стандарта CEE становится минимизация перегрузки сети Ethernet и времени задержки на ней. Вопросы гарантированной доставки пакетов SAN продолжают решаться протоколом Fibre Channel.

Структура протокола Converged Enhanced Ethernet

На практике, внедрение стандартов FCoE и CEE позволит упростить сетевую инфраструктуру дата-центров и корпоративных сетей, в которых необходимо поддерживать распределенные системы хранения. Протоколы CEE и FCoE позволяют объединить потоки традиционного Ethernet и Fibre Channel на интерфейсах 10 GbE и тем самым сократить число физических портов в коммутационном и серверном оборудованиях.
Специалисты считают, что наибольшие преимущества от внедрения технологии FCoE и развертывания сетей CEE будут достигнуты в трех областях применения. Это, в первую очередь, консолидация ресурсов на базе использования серверной виртуализации. Помимо несомненных достоинств виртуализация породила новые проблемы, одна из которых это более интенсивная нагрузка физического сервера операциями ввода-вывода. Сейчас, по данным компании Brocade, на одном блайд-шасси в среднем запускается порядка 256 виртуальных машин. В ближайшее время их число может увеличиться до 4096 машин. Применение интерфейсов CEE 10 GbE позволит сократить число каналов ввода-вывода.
Другой областью применения FCoE станет объединение на уровне аппаратной стойки серверного оборудования с сетями передачи данных и сетями хранения данных. Такой вариант использования часто именуется Top-of-Rack. Коммутаторы с поддержкой FCoE смогут заменить ныне используемые коммутаторы Ethernet и SAN. При этом снизится энергопотребление и освободится пространство в аппаратной стойке.
Наконец, применение коммутаторов CEE с поддержкой FCoE позволит иначе создавать магистральные сегменты сети не только на уровне центров обработки данных, но также в рамках всей корпоративной сети. Такая реализация позволяет полностью внедрить новые технологии в диапазоне от серверов до ядра сети и носит название End-of-Row.

 

Типовая схема конвергентной сети дата-центра

Типовая схема конвергентной сети дата-центра

Для создания инфраструктуры FCoE помимо наличия коммутаторов, поддерживающих данный протокол, также требуется использование конвергентных сетевых адаптеров CNA (с поддержкой CEE и FCoE). Поэтому в нашем обзоре мы рассмотрим не только предложения ведущих поставщиком коммутационных решений, но и производителей сетевых адаптеров.

 

Производители оборудования FCoE и их предложения

В качестве своих решений для конвергентных сетей дата-центров компания Brocade позиционирует коммутатор Brocade 8000 Switch, модуль Brocade FCOE10-24 Blade для коммутационной платформы Brocade DCX Backbone и сетевые адаптеры Brocade 1010/1020.
Коммутатор 8000 обладает 24 портами СЕЕ и 8 портами FC, так же возможна поставка модели только с 24 портами СЕЕ. Для увеличения пропускной способности сети в коммутаторе предусмотрена поддержка объединения нескольких портов транковую линию со скоростью 64 Гбит/с. Порты FC являются универсальными и могут работать в полнодуплексном режиме на скоростях до 8 Гбит/с. Для подключения портов СЕЕ могут использоваться медные или оптические кабели, в зависимости от используемого варианта интерфейса. Коммутатор Brocade 8000 выполнен в корпусе высотой 1U и, в полном соответствии с нынешними тенденциями, обладает невысоким энергопотреблением.
Модуль FCOE10-24 Blade разработан для платформы DCX Backbone и позволяет непосредственно подключать серверное оборудование по протоколу FCoE к магистральному сегменту сети дата-центра. Данное "лезвие" имеет 24 порта 10 GbE стандарта СЕЕ. По своим основным техническим и функциональным возможностям модуль FCOE10-24 соответствует коммутатору 8000.
Полноту комплекта для построения конвергентной сети дата-центра дополняет предложением компанией Brocade двух видов сетевых адаптеров CNA, отличающихся числом портов. Модель 1010 имеет один полнодуплексный порт СЕЕ, а модель 1020 поддерживает два таких порта.

Компания Cisco так же не осталась в стороне от этого многообещающего направления развития сетей и предлагает на рынке две модели коммутаторов семейства Nexus, поддерживающих технологию FCoE. Это коммутаторы Cisco Nexus 5010 и 5020, которые отличаются числом портов, производительностью и, соответственно, габаритами.
Старшая модель имеет 40 фиксированных портов 10 GbE с поддержкой протокола СЕЕ и 16 портов Fibre Channel, выполненных как сменные интерфейсные модули. Первые 16 портов 10 GbE так же поддерживают подключение на скорости Gigabit Ethernet, что позволяет осуществлять плавную интеграцию оборудования в существующую инфраструктуру. Суммарная производительность Nexus 5020 составляет 1,04 Тбит/с.
Коммутатор Nexus 5010 выполнен в корпусе высотой 1U и имеет вдвое меньшее число портов, чем старший брат. Это 20 фиксированных портов 10 GbE с поддержкой протокола СЕЕ, из которых первые 8 портов имеют возможность подключения Gigabit Ethernet. Это 8 портов Fibre Channel, выполненных в виде сменных модулей. Пропускная способность коммутатора составляет 520 Гбит/с.
Для обеих моделей коммутаторов выпускается четыре вида интерфейсных модулей, отличающихся числом и типами портов. Кроме модулей с оптическими интерфейсами FC, работающих на скоростях от 1 до 4 или 8 Гбит/с, в коммутаторы можно установить комбинированные модули с интерфейсами 10 GbE CEE и FC или только с интерфейсами 10 GbE CEE.

Для конвергентных сетей, совмещающих функции передачи данных локальных сетей и сетей хранения, компания HP предлагает два коммутатора и сетевой адаптер CAN. Модель HP 2408 FCoE Converged Network имеет 8 портов Fibre Channel 8 Гбит/с и 24 порта Ethernet 10 Гбит/с. Порты Ethernet 10 Гбит/с поддерживают передачу по стандарту CEE. Агрегированная полоса пропускания по всем портам и видам трафика достигает 608 Гбит/с. Для интерфейсов FC обеспечивается автоматическое определение скорости работы портов коммутатора 1, 2, 4 и 8 Гбит/с. Модель НР 2408 обладает встроенной системой управление FCoE и FC, что позволяет использовать единую, унифицированную среду мониторинга и контроля. Коммутатор выполнен в корпусе размером 1U и отличается низким уровнем энергопотребления.
Так же компания HP предлагает своим заказчикам две разновидности более мощных коммутаторов, выпускаемых по лицензионному соглашению с компанией Cisco. Это модели HP Nexus 5010 и 5020, которые рассматриваются в части обзора, посвященному предложениям Cisco.
Для установки в серверное оборудование предлагается сетевой адаптер, поддерживающий передачу на едином порту трафика Ethernet и FC. Адаптер имеет два порта 10 Гбит/с СЕЕ, к которым могут подключаться медные или оптические кабели.

Из производителей сетевых адаптеров для конвергентных сетей следует выделить компании QLogic и Emulex. Их продукцию часто используют на основе OEM-соглашений многие ведущие поставщики оборудования. В настоящее время Emulex предлагает две модели CNA, это LightPulse 21000 FCoE и OneConnect OCe10102-F FCoE. Обе модели имеют один интерфейс 10 GbE с поддержкой СЕЕ и FCoE и предназначены для установки PCI-интерфейс сервера. Компания QLogic поставляет для конвергентных сетей одну модуль QLogic QLE8042, но которая имеет два интерфейса 10 GbE.

Стоит отметить, что в сегменте сетевого оборудования с поддержкой технологии FCoE поставки продукции на основе OEM-соглашений практикуются очень широко. Все без исключения производители в своих линейках в той или иной мере используют такое оборудование. Именно поэтому в обзоре не были отдельно упомянуты предложения компаний EMC и NetApp, чьи продукты FCoE полностью основаны на моделях других вендоров.

 

Рыночная ниша FCoE

Как это обычно бывает, появление нового направления технологических решений проходит ряд этапов. Вначале отрабатываются и утверждаются протоколы, появляются первые решения, которые проходят обкатку в проектах. Спустя некоторое время новые технологии появляются на рынке, где пытаются занять свою нишу. Подобный сценарий развития ожидает и технологию FCoE. Сейчас, по мнению специалистов компании Brocade, данная технология находится в стадии активного, но все же начального развития. Такое позиционирование связано с отсутствием (пока) утвержденного стандарта СЕЕ, который является обязательной составляющей частью оборудования для построения конвергентных сетей дата-центров.
Определенным сдерживающим фактором в продвижении FCoE является дальнейшее развитие технологии Fibre Channel. Сейчас идет массовое внедрение оборудования, позволяющего сети хранения данных работать на скорости 8 Гбит/с. При этом стоимость нового оборудования уже сопоставима с оборудованием предыдущего поколения, имевшим скорость 4 Гбит/с. Вскоре, как прогнозируют участники рынка, следует ожидать предложений продуктов FC со скоростью 16 Гбит/с. В такой ситуации связку технологий FCoE + CEE ждут серьезные испытания.
Тем не менее, все основные производители инвестируют в развитие нового направления. Этому способствует ряд факторов. Во-первых, конвергентные сети объективно интересны заказчикам, так как они удобны в эксплуатации и их использование сильно упрощает кабельную инфраструктуру дата-центра. Во-вторых, кризис закончится и вновь активизируется строительство новых ЦОД. Как показывают расчеты, внедрение FCoE в существующих дата-центрах часто бывает экономически неоправданно. Зато при строительстве новых ЦОД эта технология очень привлекательна.

Ожидается, что серьезный спрос на оборудование конвергентных сетей возникнет в 2011 – 2012 годах. К этому времени технология достигнет определенной зрелости и, естественно, продукция с ее использованием заметно подешевеет.
Впрочем, гарантировать успех любой новой технологии следует с оглядкой, время покажет, какую рыночную нишу она сможет занять.

 


Комментарии (0):

Добавить комментарий

 
Ваше имя:
Ваш комментарий:
Решите задачку (ответ напишите цифрами):
Два + Ноль =

 
 
 
Наверх