RZ Netzwerk-Infrastruktur Redesign

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1 RZ Netzwerk-Infrastruktur Redesign von Dr. Franz-Joachim Kauffels

2 Seite i Inhaltsverzeichnis INHALTSVERZEICHNIS I 1 RZ-NETZE: ANFORDERUNGEN, TECHNOLOGIEN, LÖSUNGSMÖGLICHKEITEN BYOD: unumkehrbarer, dauerhafter Trend Cloud Computing Spezialfall: Hybrid Cloud für BYOD-Support Einflussfaktor Web-Architekturen Einflussfaktor Virtualisierung Einflussfaktor I/0-Konvergenz Einflussfaktor Speicher-Architekturen Einflussfaktor Komplexität Lernen von den Mega-RZs der Cloud-Provider Rechenzentren für Cloud Services sind anders Arten von Cloud-DCs Die Kosten im Detail Konsequenzen Agilität und Elastizität in RZ-Netzen der Cloud-Provider Design-Ziele und Lösungsmöglichkeiten Konsequenzen für unternehmenseigene RZ-Netzwerk-Infrastrukturen Multidimensionale Datenverarbeitung Indizien eines gravierenden technologischen Umbruchs Die Störung des konventionellen Planungsvorgangs : ein ganz schlechtes Jahr für bestehende Netze Zwischenfazit und Konsequenzen The Next Generation: Power Chips + SDN Konsequenzen für Betreiber privater Netze Überblick über die Kapitel dieses Reports ÜBERTRAGUNGS- UND CHIP-TECHNOLOGIE Motivation für neue Evolutionsstufen 2-92

3 Seite ii 2.2 Aktuelle 10-GbE-Varianten Von IEEE 802.3ae zu 10GBASE-LRM GBASE-T Der Standard IEEE 802.3ba für 40- und 100-GbE IEEE 802.3ba Einführung und Motivation Die Entwicklung des 40/100-GbE-Standards und 100-GbE MAC und PHY im Überblick /100-GbE MMF PMDs /100-GbE SMF PMDs G- und 100-G-Kupfer PMDs und 40-G-Backplane Die aktuellen Varianten Stand Weitere konstruktive Einzelheiten aus IEEE 802.3ba Wir überspringen 40-GbE Zwischenfazit für die Unternehmensnetze Fibre Channel am Ende? Es lebe 16-GbFC! Aktuelle Produkte für Fibre Channel Fibre Channel: Entwicklung, Funktionen und Komponenten Zwischenfazit für die Corporate RZ-Netze Aufbau, Funktionen und Bedeutung moderner speicherbasierender Switch-ASICs Switch-ASICs mit zentralem Speicher, Überblick Basisfunktionen speicherbasierender Switch-ASICs Die gemeinen Microbursts Verbesserungen des Grundkonzeptes und Zusatzfunktionen Der Weg zu konvergenten Multi-Rate Multiprotokoll Switch-ASICs Möglichkeiten zur Hardware-Konvergenz Konsequenzen InfiniBand IB Überlegungen zur Energie-Effizienz TECHNIKEN FÜR KONVERGENTE NETZE: DCE, CEE, DCB, FCOE, ISCSI IEEE DCB (Data Center Bridges): Überblick DCB Congestion Notification und Congestion Control DCB Priority Based Flow Control 3-216

4 Seite iii DCB-ETS und DCBX Zwischenfazit: einfache Priorisierung vs. PBFC im DCB-Kontext Lossless Ethernet Congestion Management und Control DCBX: DCB Capability Exchange Protocol Priority Grouping for DCB-Networks: Enhanced Transmission Selection ETS Analyse von 10-GbE mit und ohne Priorisierung sowie 100-GbE zur Klärung der Frage der Notwendigkeit der Einführung von DCB- Funktionen auf RZ-Core- und Campus-Switches unter besonderer Berücksichtigung der Latenz Modellierung und Ergebnisse Zwischenfazit einfache Priorisierung vs. PBFC im DCB-Kontext Verifizierung der Thesen Konsequenzen für die Auswahl von Core-Switches FCoE und FC-BB FCoE: Motivation und Grundkonzepte FC-BB-5: der Durchbruch für FCoE Konsequenzen für die Unternehmensnetze ANBINDUNG MODERNER SPEICHERSYSTEME Virtualisierung und Speichertechnologie SSD: Zukunft der professionellen Datenspeicherung Anwendungsbeispiele Physikalische Begrenzungen traditioneller Speichersysteme Vom Flip-Flop zum SSD-Speicher Enterprise-SSDs heute Konsequenzen Aktuelle Entwicklungen bei virtuellen Speichersystemen Konsequenzen für RZ-Netze in Unternehmen und Organisationen VM-KOMMUNIKATION Einfache VM-Kommunikation Verbesserte VM-Kommunikation 5-342

5 Seite iv SR-IOV: Basis für verbesserte VM-Kommunikation SR-IOV als Lösung für Virtual I/O Weiterentwicklungen der Prozessorarchitekturen mit SR-IOV Zur präzisen Funktion von SR-IOV, DirectPath und VNLink VXLAN und NVGRE: Grundlagen, Einsatzszenarien, Perspektiven VXLAN Die Grundlagen NVGRE Die Grundlagen Zielvorgaben Einsatzszenarien Was aber ist mit vmotion? Layer 2 versus Layer Netzwerkvirtualisierung: Wo endet das RZ-Netz? Fazit Leistungsorientierte VM-Kommunikation: Low Latency Messaging Systeme Low Latency Messaging Systeme IBM WebSphere MQ Low Latency Messaging IBM WebSphere MQ Low Latency Messaging mit Arista Gigabit-Ethernet-Switch und Mellanox ConnectX-2EN mit RoCE- Adapter VM-Migration Einführung VM-Migration am Beispiel Xen VM-Migration mit RDMA: mögliche Vorzüge und Design- Anforderungen Lösungsmodell für VM-Migration via RDMA Der Einfluss von QoS im Netz Ergebnisse Anwendung von RDMA/RoCE auf konvergiertem Ethernet sowie mit weiteren Virtualisierungssystemen Konsequenzen NETZWERKSTRUKTURIERUNG ZWISCHEN CHANCEN UND RISIKEN, KONVERGENZ UND CHAOS Motivationslagen 6-427

6 Seite v 6.2 Die klassische Struktur und ihre Gefährdung Grundfunktionen und Ziele in Layer Anforderungen an Layer-2-Neuentwicklungen Grundfunktionalitäten und Ziele in Layer Überleitung VLANs, VPNs, mandantenfähige Netze und MPLS VPNs und mandantenfähige Netze MPLS aktuelle Basis für VPNs Einwände gegen MPLS Zwischenfazit zu MPLS Neue Verfahren (Übersicht) Redundanzsteuerung und Recovery Schwerpunkt Audio/Video IEEE 802 TG Audio/Video-Bridging Konsequenzen für die Unternehmensnetze DATA CENTER FABRICS ODER SCALE OUT? Reduktion der Anzahl von Knoten, die zwischen Quelle und Ziel durchlaufen werden müssen Das Skalierungsproblem Lösungsansatz Fat Trees und Clos-Netze Unified Fabrics Cisco: Fabric Path Lösungsansatz Virtual Chassis Virtual Chassis allgemein Juniper QFabric Lösungsansatz Scale-Out Voltaire: Scale-Out Data Center Fabric Architecture Das Versprechen von Scale Out Scale-Out-Mechanismen: das Ende der Core-Switches Management Aspekte Zwischenfazit Verschwindet das RZ-Netz ganz? SDN: KONZEPTE 8-517

7 Seite vi 8.1 Was ist eigentlich mit SDN wirklich gemeint? Open Flow OpenFlow - Basiskonzept Open Flow Switches Nutzen und Chancen von OpenFlow für die IT von Unternehmen Lösungsarchitektur am Beispiel RZ-Netz Das SDN-orientierte Referenzmodell SDNORM: Überblick Beispiele für Implementierungen SDN in RZ-Netzen SDN in flächendeckenden Wireless Infrastrukturen Die Relation von SDNORM zum ISO-OSI-Referenzmodell und der DoD-Protokollwelt Das komplexe Zusammenwirken von Elementen der Anwendungsschicht, der virtuellen Infrastrukturschicht und der Abstraktionsschicht in SDNORM Fazit SDN: STRATEGIEN Herstellerkonzepte im Zusammenhang mit SDN/OpenFlow Arista Big Switch Networks Brocade Cisco Extreme Networks HP IBM Juniper NEC NOX und POX Zwischenfazit Konzepte im Rahmen der Virtualisierungssoftware Microsoft Hyper-V Extensible Switch Niciria NVP Open Stack 9-641

8 Seite vii 10 WIRD ALLES SOFTWARE IN NETZEN? Herausforderungen durch Konvergenz und Datenraten Wie können die Anforderungen erfüllt werden? Flexibilitäts- und Leistungsansprüche an eine Lösungsarchitektur Anwendungsbeispiel Application Delivery Controller Anwendungsbeispiel Mustererkennung für Reguläre Ausdrücke (RegEx) Zur Entwicklung der Hardware Konsequenzen ABBILDUNGSVERZEICHNIS 669 TABELLENVERZEICHNIS 680