Объединение центров обработки данных

Мост центра обработки данных ( DCB ) — это набор усовершенствований Ethernet протокола связи локальной сети для использования в средах центров обработки данных , в частности для использования с кластерными сетями и сетями хранения данных .

Мотивация

Ethernet — это основной сетевой протокол в центрах обработки данных для связи между компьютерами. Однако Ethernet спроектирован как сеть с максимальной эффективностью , в которой могут возникнуть потери пакетов , когда сеть или устройства заняты.

В IP- сетях за надежность транспорта по сквозному принципу отвечают транспортные протоколы, такие как протокол управления передачей (TCP). Одной из областей развития Ethernet является добавление расширений к существующему набору протоколов для обеспечения надежности без необходимости усложнения TCP. С переходом на 10 Гбит/с и более высокими скоростями передачи также возникает потребность в более точном контроле распределения полосы пропускания и обеспечении ее более эффективного использования. Эти улучшения особенно важны для того, чтобы сделать Ethernet более жизнеспособным транспортом для трафика хранилища и кластера серверов. Основной причиной является чувствительность Fibre Channel over Ethernet к потере кадров. Целью более высокого уровня является использование одного набора физических устройств или адаптеров Ethernet для компьютеров для взаимодействия с сетью хранения данных (SAN), локальной сетью (LAN) и структурой InfiniBand .

Подход

Целью DCB для выбранного трафика является устранение потерь из-за переполнения очереди (иногда называемое Ethernet без потерь ) и возможность распределения полосы пропускания по каналам. По сути, DCB позволяет в некоторой степени рассматривать разные приоритеты, как если бы это были разные каналы. Для достижения этих целей разрабатываются (или разрабатываются) новые стандарты, которые либо расширяют существующий набор протоколов Ethernet, либо имитируют возможности подключения, предлагаемые протоколами Ethernet. Они разрабатываются (или были) разработаны соответственно двумя отдельными организациями по стандартизации:

• рабочей группы Рабочая группа по объединению центров обработки данных Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) 802.1 IEEE
• Целевая группа инженеров Интернета (IETF).

Широкое включение DCB в произвольных сетях с нестандартной топологией и без специальной маршрутизации может привести к взаимоблокировкам, большим задержкам буферизации, несправедливости и блокировке начала линии . Было предложено использовать DCB для устранения медленного запуска TCP с использованием подхода TCP-Bolt .

Терминология

Для продвижения продуктов, основанных на стандартах мостового соединения центров обработки данных, использовались разные термины:

• Data Center Ethernet (DCE) — это термин, зарегистрированный под торговой маркой Brocade Communications Systems в 2007 году, но от него отказались по запросу в 2008 году. (TRILL) IETF DCE упомянула об усовершенствованиях Ethernet для стандартов мостов центров обработки данных, а также о включении реализации многопутевого доступа уровня 2 на основе стандарта прозрачного межсоединения множества каналов .
• Конвергентный расширенный Ethernet или Converged Enhanced Ethernet (CEE) определялся с 2008 по январь 2009 года группой, в которую входили Broadcom , Brocade Communications Systems , Cisco Systems , Emulex , HP , IBM , Juniper Networks , QLogic . Специальная группа была создана для разработки предложений по усовершенствованиям, обеспечивающим конвергенцию сетевых протоколов через Ethernet, особенно Fibre Channel . Спецификации, предложенные рабочим группам IEEE 802.1, первоначально включали:
  • Спецификация управления потоком на основе приоритетов (PFC) версии 0 была представлена ​​для использования в проекте IEEE 802.1Qbb в рамках целевой группы DCB рабочей группы IEEE 802.1.
  • Спецификация расширенного выбора передачи (ETS) версии 0 была представлена ​​для использования в проекте IEEE 802.1Qaz в рамках целевой группы DCB рабочей группы IEEE 802.1.
  • Спецификация Data Center Bridging eXchange (DCBX) версии 0 также была представлена ​​для использования в проекте IEEE 802.1Qaz .

Рабочая группа IEEE

Следующие стандарты были приняты в качестве стандартов IEEE:

• Управление потоком на основе приоритета (PFC): IEEE 802.1Qbb предоставляет механизм управления потоком на уровне канала, которым можно управлять независимо для каждого приоритета кадра. Целью этого механизма является обеспечение нулевых потерь при перегрузке в сетях DCB.
• Расширенный выбор передачи (ETS): IEEE 802.1Qaz обеспечивает общую структуру управления для назначения полосы пропускания приоритетам кадров.
• Уведомление о перегрузке: IEEE 802.1Qau обеспечивает сквозное управление перегрузкой для протоколов, которые способны ограничивать скорость передачи во избежание потери кадров. Ожидается, что это принесет пользу таким протоколам, как TCP, которые имеют встроенное управление перегрузкой, поскольку они реагируют на перегрузку более своевременно.
• Протокол обмена возможностями моста центра обработки данных (DCBX): протокол обнаружения и обмена возможностями, который используется для передачи возможностей и конфигурации вышеупомянутых функций между соседями для обеспечения согласованной конфигурации во всей сети. Этот протокол использует функциональные возможности, предоставляемые IEEE 802.1AB ( LLDP ). Фактически он включен в стандарт 802.1az.

Другие группы

• Стандарт IETF TRILL (Прозрачное межсоединение множества каналов) обеспечивает минимальную стоимость парной пересылки данных без настройки в многоскачковых сетях с произвольной топологией, безопасную пересылку даже в периоды временных петель и поддержку многопутевой передачи как одноадресного, так и многоадресного трафика. . TRILL достигает этого, используя маршрутизацию состояния канала IS-IS (от промежуточной системы к промежуточной системе) и инкапсулируя трафик с помощью заголовка, который включает количество переходов. TRILL поддерживает сети VLAN и приоритеты кадров. Устройства, реализующие TRILL, называются RBridges. RBridges может постепенно заменить клиентские мосты IEEE 802.1. Устав рабочей группы TRILL
• IEEE 802.1aq определяет мостовое соединение по кратчайшему пути для одноадресных и многоадресных кадров Ethernet для расчета нескольких активных топологий (виртуальных локальных сетей), которые могут совместно использовать полученную информацию о местоположении станции. Описаны два режима работы в зависимости от того, является ли исходный мост 802.1ad (QinQ), известный как SPBV, или 802.1ah (MACinMAC), известный как SPBM . SPBV поддерживает VLAN, используя идентификатор VLAN (VID) для каждого узла для идентификации дерева кратчайшего пути (SPT), связанного с этим узлом. SPBM поддерживает VLAN, используя один или несколько MAC-адресов магистральной сети для идентификации каждого узла и связанного с ним SPT, а также может поддерживать несколько топологий пересылки для распределения нагрузки между деревьями с одинаковой стоимостью, используя один B-VID для каждой топологии пересылки. И SPBV, и SPBM используют технологию маршрутизации по состоянию канала. SPBM благодаря инкапсуляции MACinMAC больше подходит для крупных центров обработки данных, чем SPBV. 802.1aq определяет 16 настраиваемых вариантов многопутевого распространения как часть базового протокола с расширяемым механизмом многопутевого распространения, позволяющим в будущем реализовать гораздо больше вариантов многопутевого распространения. 802.1aq поддерживает динамическое создание виртуальных локальных сетей, которые соединяют всех участников с помощью симметричных маршрутов кратчайшего пути. Виртуальные локальные сети могут быть детерминированно назначены различным множественным путям, обеспечивая определенную степень управления трафиком в дополнение к множественности путей, и могут расширяться или сокращаться с помощью простых изменений членства. 802.1aq полностью обратно совместим со всеми протоколами 802.1. 802.1aq стал стандартом IEEE в апреле 2012 года.
• Fibre Channel через Ethernet : T11 FCoE. В этом проекте используются существующие протоколы Fibre Channel для работы в Ethernet, что позволяет серверам иметь доступ к хранилищу Fibre Channel через Ethernet. Как отмечалось выше, одним из факторов улучшения Ethernet является поддержка трафика хранилища. Хотя iSCSI был доступен, он зависел от TCP/IP, и было желание поддерживать трафик хранилища на уровне 2. Это привело к разработке протокола FCoE, который нуждался в надежном транспорте Ethernet. Стандарт был окончательно утвержден в июне 2009 года комитетом ANSI T11.
• IEEE 802.1p/Q предоставляет 8 классов трафика для пересылки на основе приоритета.
• IEEE 802.3bd предоставил механизм управления потоком пауз на уровне канала по приоритету.

Эти новые протоколы потребовали нового аппаратного и программного обеспечения как в сети, так и в контроллере сетевого интерфейса . Продукты разрабатывались такими компаниями, как Avaya , Brocade , Cisco , Dell , EMC , Emulex , HP , Huawei , IBM и Qlogic .