RZ Netzwerk-Infrastruktur Redesign von Dr. Franz-Joachim Kauffels
Inhaltsverzeichnis 1 RZ-NETZE: ANFORDERUNGEN, TECHNOLOGIEN, LÖSUNGSMÖGLICHKEITEN 1.1 BYOD: unumkehrbarer, dauerhafter Trend 1.2 Cloud Computing 1.3 Spezialfall: Hybrid Cloud für BYOD-Support 1.4 Einflussfaktor Web-Architekturen 1.5 Einflussfaktor Virtualisierung 1.6 Einflussfaktor I/0-Konvergenz 1.7 Einflussfaktor Speicher-Architekturen 1.8 Einflussfaktor Komplexität 1.9 Lernen von den Mega-RZs der Cloud-Provider 1.10 Design-Ziele und Lösungsmöglichkeiten 1.11 Konsequenzen für unternehmenseigene RZ-Netzwerk-Infrastrukturen 1.12 Überblick über die Kapitel dieses Reports 2 ÜBERTRAGUNGS- UND CHIP-TECHNOLOGIE 2.1 Motivation für neue Evolutionsstufen 2.2 Aktuelle 10 GbE-Varianten 2.2.1 Von IEEE 802.3ae zu 10 GBASE-LRM 2.2.2 10 GBASE-T 2.3 Der Standard IEEE 802.3 ba für 40 und 100 GbE 2.3.1 IEEE 802.3 ba Einführung und Motivation 2.3.2 Die Entwicklung des 40/100 GbE-Standards 2.3.3 40 & 100 GbE MAC & PHY Überblick 2.3.4 40/100 GbE MMF PMDs 2.3.5 40/100 GbE SMF PMDs 2.3.6 40G und 100G Kupfer PMDs und 40G Backplane 2.3.7 Die aktuellen Varianten Stand 2012 2.3.8 40 GBASE-T 2.3.9 Weitere konstruktive Einzelheiten aus IEEE 802.11ba 2.3.10 Wir überspringen 40 GbE 2.3.11 Zwischenfazit für die Unternehmensnetze 2.4 Fibre Channel am Ende? Es lebe 16 GbFC! 2.4.1 Aktuelle Produkte für Fibre Channel 2.4.2 Fibre Channel: Entwicklung, Funktionen und Komponenten 2.4.3 Zwischenfazit für die Corporate RZ-Netze 2.5 Aufbau, Funktionen und Bedeutung moderner speicherbasierter Switch-ASICs 2.5.1 Switch-ASICs mit zentralem Speicher, Überblick 2.5.2 Basisfunktionen speicherbasierter Switch-ASICs 2.5.3 Die gemeinen Microbursts 2.5.4 Verbesserungen des Grundkonzeptes und Zusatzfunktionen 2.5.5 Der Weg zu konvergenten Multi-Rate Multiprotokoll
Switch-ASICs 2.5.6 Möglichkeiten zur Hardware-Konvergenz 2.5.7 Konsequenzen 2.6 InfiniBand IB 2.7 Überlegungen zur Energie-Effizienz 3 TECHNIKEN FÜR KONVERGIERTE NETZE: DCE, CEE, DCB, FcoE, EoFC, iscsi 3.1 FCoE: Motivation und Grundkonzepte 3.1.1 Ziele der FCoE Standardisierung 3.1.2 Einkapselung 3.2 Lossless Ethernet: Probleme über Probleme 3.2.1 Was ist "Lossless"? 3.2.2 Congestion Management & Control 3.2.3 IEEE 802 Data Center Bridges DCB 3.2.4 Lösungsmöglichkeiten 3.2.5 Neue DCB-Erweiterungen 3.3 FC-BB-5: der Durchbruch für FCoE 3.3.1 Vorbereitungen und Übersicht 3.3.2 Modelle und Anforderungen 3.3.3 FC-BB_E im Detail 3.4 Konvergenz: Alternativen zu FCoE 3.5 Beispiel: HP Blade System Matrix 3.6 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 3.6.1 Zur Notwendigkeit der Einführung von DCB-Funktionen 3.6.2 Zwischenfazit einfache Priorisierung vs. PBFC im DCB-Kontext 3.6.3 Verifizierung der Thesen 3.6.4 Konsequenzen für die Auswahl von Core-Switches 3.7 Konsequenzen für die Unternehmensnetze 4 VM-KOMMUNIKATION UND SPEICHERANBINDUNG 4.1 VM-Kommunikation und Wandernde Virtuelle Maschinen 4.2 Grundlagen der leistungsorientierten VM-Kommunikation 4.3 SR-IOV: Basis für leistungsorientierte VM-Kommunikation 4.3.1 SR-IOV als Lösung für Virtual I/O 4.3.2 Weiterentwicklungen der Prozessorarchitekturen mit SR-IOV 4.4 Zur präzisen Funktion von SR-IOV, DirectPath und VNLink 4.5 Wirkung von Low Latency-Komponenten auf die VM-Kommunikation: Low Latency Messaging Systeme zur IPC 4.5.1 Low Latency Messaging Systeme 4.5.2 IBM WebSphere MQ Low Latency Messaging 4.5.4 Zwischenfazit 4.6 Realzeitfähigkeit von Virtualisierungssoftware 4.7 Virtualisierung und Speichertechnologie
4.8 SSD: Zukunft der professionellen Datenspeicherung 4.8.1 Anwendungsbeispiele 4.8.2 Physikalische Begrenzungen traditioneller Speichersysteme 4.8.3 Vom Flip Flop zum SSD-Speicher 4.8.4 Enterprise SSDs heute 4.8.5 Konsequenzen 4.9 Aktuelle Entwicklungen bei Virtuellen Speichersystemen 4.10 Konsequenzen für RZ-Netze in Unternehmen und Organisationen 5 NETZWERKSTRUKTURIERUNG: CHANCEN UND RISIKEN, KONVERGENZ UND CHAOS 5.1 Motivationslagen 5.2 Die klassische Struktur und ihre Gefährdung 5.2.1 Grundfunktionen und Ziele in Layer 2 5.2.2 Anforderungen an L2-Neuentwicklungen 5.2.3 Grundfunktionalitäten und Ziele in L3 5.2.3.1 Routing und Netzwerk-Protokolle 5.2.3.2 RIP 5.2.3.3 OSPF 5.2.3.4 IS-IS-Protokoll 5.2.3.5 Integrated IS-IS 5.2.4 Überleitung 5.3 VLANs, VPNs, mandantenfähige Netze und MPLS 5.3.1 VPNs und mandantenfähige Netze 5.3.2 MPLS aktuelle Basis für VPNs 5.3.3 Einwände gegen MPLS 5.3.4 Zwischenfazit zu MPLS 5.4 Neue Verfahren (Übersicht) 5.4.1 Redundanzsteuerung und Recovery 5.4.1.1 Verfahren für vermaschte Strukturen 5.4.1.1.1 IEEE 802.1ad Link Aggregation 5.4.1.1.2 Proprietäre Virtuelle Redundanzmechanismen 5.4.1.1.2.1 Cisco Virtual Switching System VSS und Virtual Blade Switch VBS 5.4.1.1.2.2 Juniper Virtual Chassis 5.4.1.1.2.3 Nortel Inter Switch Trunk IST und Split Multi Link Trunking (Split MLT) 5.4.1.1.3 Standardisierungsaktivitäten 5.4.1.1.3.1 IEEE Layer 2 Multi Path L2MP 5.4.1.1.3.2 IETF Transparent Interconnection of Lots of Links TRILL 5.4.1.1.3.3 IEEE 802.1 (Q) aq Provider Link State Bridging PLSB bzw. Shortest Path Forwarding oder Shortest Path Bridging 5.4.1.2 Verfahren für Ethernet-Ringstrukturen 5.4.1.2.1 IEC62439 Media Redundancy Protocol MRP 5.4.1.2.2 Cisco Resilent Ethernet Protocol REP 5.4.2 Schwerpunkt Audio/Video IEEE 802 TG AVB Audio/Video-Bridging
5.5 Konsequenzen für die Unternehmensnetze 6 DATA CENTER FABRICS ODER SCALE OUT? 6.1 Reduktion der Anzahl von Knoten, die zwischen Quelle und Ziel durchlaufen werden müssen 6.2 Das Skalierungsproblem 6.3 Lösungsansatz Fat Trees und Clos-Netze 6.3.1 Unified Fabrics 6.3.2 Cisco: Fabric Path 6.4 Lösungsansatz Virtual Chassis 6.4.1 Virtual Chassis allgemein 6.4.2 Juniper QFabric 6.5 Lösungsansatz Scale-Out 6.5.1 Voltaire: Scale-Out Data Center Fabric Architecture 6.5.2 Das Versprechen von Scale Out 6.5.3 Scale-Out-Mechanismen: das Ende der Core-Switches 6.6 Management Aspekte 6.7 Zwischenfazit 6.8 Verschwindet das RZ-Netz ganz? 6.9 OpenFlow: Weg zu Netzwerk-Virtualisierung und Scale-Out 6.9.1 OpenFlow Switches 6.9.2 Nutzen und Chancen von OpenFlow für die IT von Unternehmen 6.10 Konsequenzen für RZ-Netze in Unternehmen und Organisationen