Мостовое соединение центров обработки данных

Улучшение Ethernet

Мостовое соединение центров обработки данных ( DCB ) представляет собой набор усовершенствований протокола связи локальной сети Ethernet для использования в средах центров обработки данных , в частности для использования с кластеризацией и сетями хранения данных .

Мотивация

Ethernet — это основной сетевой протокол в центрах обработки данных для связи между компьютерами. Однако Ethernet разработан как сеть с наилучшими усилиями , в которой могут происходить потери пакетов , когда сеть или устройства заняты.

В сетях IP надежность транспорта по принципу «от конца до конца» является обязанностью транспортных протоколов, таких как протокол управления передачей (TCP). Одной из областей эволюции Ethernet является добавление расширений к существующему набору протоколов для обеспечения надежности без необходимости усложнения TCP. С переходом на 10 Гбит/с и более высокие скорости передачи также возникает потребность в более тонкой детализации в управлении распределением полосы пропускания и обеспечении ее более эффективного использования. Эти усовершенствования особенно важны для того, чтобы сделать Ethernet более жизнеспособным транспортом для трафика хранилищ и серверных кластеров. Основной мотивацией является чувствительность Fibre Channel over Ethernet к потере кадров. Цель более высокого уровня заключается в использовании единого набора физических устройств или адаптеров Ethernet для компьютеров, чтобы общаться с сетью хранения данных (SAN), локальной сетью (LAN) и фабрикой InfiniBand . ^[1]

Подход

DCB нацелен на устранение потерь из-за переполнения очереди (иногда называемый Ethernet без потерь ) для выбранного трафика и на возможность выделения полосы пропускания на соединениях. По сути, DCB позволяет, в некоторой степени, обрабатывать различные приоритеты так, как если бы они были разными каналами. Для достижения этих целей разрабатываются (или были) новые стандарты, которые либо расширяют существующий набор протоколов Ethernet, либо эмулируют связь, предлагаемую протоколами Ethernet. Они разрабатываются (или были) соответственно двумя отдельными органами стандартизации:

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

Широкое включение DCB в произвольных сетях с нерегулярной топологией и без специальной маршрутизации может привести к тупиковым ситуациям, большим задержкам буферизации, несправедливости и блокировке очереди . Было предложено использовать DCB для устранения медленного запуска TCP с использованием подхода TCP-Bolt . ^[2]

Терминология

Для маркетинга продуктов, основанных на стандартах мостов между центрами обработки данных, используются различные термины:

• Термин Data Center Ethernet (DCE) был зарегистрирован Brocade Communications Systems в качестве торговой марки в 2007 году, но был отменен по запросу в 2008 году. ^[3] DCE относится к усовершенствованиям Ethernet для стандартов Data Center Bridging, а также включает реализацию Layer 2 Multipathing на основе стандарта IETF Transparent Interconnection of Lots of Links (TRILL). ^[4]
• Convergence Enhanced Ethernet или Converged Enhanced Ethernet (CEE) был определен с 2008 по январь 2009 года группой, в которую входили Broadcom , Brocade Communications Systems , Cisco Systems , Emulex , HP , IBM , Juniper Networks , QLogic . ^[5] Специальная группа, сформированная для разработки предложений по усовершенствованиям, которые обеспечивают конвергенцию сетевых протоколов через Ethernet, особенно Fibre Channel . Первоначально предложенные спецификации для рабочих групп IEEE 802.1 включали:
  • Спецификация приоритетного управления потоком (PFC) версии 0 была представлена ​​для использования в проекте IEEE 802.1Qbb в рамках целевой группы DCB рабочей группы IEEE 802.1.
  • Спецификация Enhanced Transmission Selection (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.

целевая группа IEEE

В качестве стандартов IEEE приняты следующие:

• Управление потоком на основе приоритетов (PFC): IEEE 802.1Qbb обеспечивает механизм управления потоком на уровне канала, который может управляться независимо для каждого приоритета кадра. Цель этого механизма — обеспечить нулевые потери 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, чтобы избежать потери кадров. Ожидается, что это принесет пользу протоколам, таким как TCP, которые имеют собственное управление перегрузкой, поскольку оно реагирует на перегрузку более своевременно.
• Data Center Bridging Capabilities Exchange Protocol (DCBX): протокол обнаружения и обмена возможностями, который используется для передачи возможностей и конфигурации вышеуказанных функций между соседями для обеспечения согласованной конфигурации по всей сети. Этот протокол использует функциональность, предоставляемую IEEE 802.1AB ( LLDP ). Фактически он включен в стандарт 802.1az.

Другие группы

• Стандарт IETF TRILL обеспечивает наименее затратную парную пересылку данных без настройки в многоадресных сетях с произвольной топологией, безопасную пересылку даже в периоды временных петель и поддержку многопутевого трафика как одноадресного, так и многоадресного . TRILL достигает этого с помощью маршрутизации состояния канала IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) и инкапсуляции трафика с помощью заголовка, включающего количество переходов. TRILL поддерживает VLAN и приоритеты кадров. Устройства, реализующие TRILL, называются RBridges. RBridges могут постепенно заменять клиентские мосты IEEE 802.1. Устав рабочей группы TRILL
• IEEE 802.1aq определяет мостовое соединение кратчайших путей одноадресных и многоадресных кадров Ethernet для расчета нескольких активных топологий (виртуальных локальных сетей), которые могут совместно использовать изученную информацию о местоположении станции. Описаны два режима работы в зависимости от того, является ли исходный мост 802.1ad (QinQ), который известен как SPBV, или 802.1ah (MACinMAC), который известен как SPBM . SPBV поддерживает VLAN, используя идентификатор VLAN (VID) на узел для определения дерева кратчайших путей (SPT), связанного с этим узлом. SPBM поддерживает VLAN, используя один или несколько MAC-адресов Backbone для идентификации каждого узла и связанного с ним SPT, и может поддерживать несколько топологий пересылки для распределения нагрузки по деревьям с равной стоимостью, используя один B-VID на топологию пересылки. И SPBV, и SPBM используют технологию маршрутизации на основе состояния канала. SPBM благодаря своей инкапсуляции MACinMAC больше подходит для крупных центров обработки данных, чем SPBV. 802.1aq определяет 16 настраиваемых многопутевых опций как часть базового протокола с расширяемым механизмом многопутевого распространения, позволяющим в будущем создавать еще больше многопутевых вариаций. 802.1aq поддерживает динамическое создание виртуальных локальных сетей, которые соединяют всех участников симметричными кратчайшими маршрутами. Виртуальные локальные сети могут быть детерминированно назначены различным многопутевым путям, обеспечивая определенную степень проектирования трафика в дополнение к многопутевому распространению, 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 Этот проект использует существующие протоколы Fibre Channel для работы в Ethernet, чтобы позволить серверам иметь доступ к хранилищу Fibre Channel через Ethernet. Как было отмечено выше, одним из драйверов улучшения Ethernet является поддержка трафика хранилища. Хотя iSCSI был доступен, он зависит от TCP/IP, и было желание поддерживать трафик хранилища на уровне 2. Это привело к разработке протокола FCoE, которому требовался надежный транспорт Ethernet. Стандарт был окончательно утвержден в июне 2009 года комитетом ANSI T11.
• IEEE 802.1p/Q предоставляет 8 классов трафика для приоритетной пересылки.
• IEEE 802.3bd предоставил механизм управления потоком данных на уровне канала с учетом приоритетной паузы.

Эти новые протоколы требовали нового оборудования 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 . ^{[ требуется цитата ]}

Ссылки

1. Сильвано Гай, Сети центров обработки данных и Fibre Channel over Ethernet (FCoE) (Nuova Systems, 2008)
2. Стивенс, Б.; Кокс, А. Л.; Сингла, А.; Картер, Дж.; Диксон, К.; Фелтер, В. (2014-04-01). "Практический DCB для улучшенных сетей центров обработки данных". IEEE INFOCOM 2014 - Конференция IEEE по компьютерным коммуникациям . стр. 1824–1832. CiteSeerX  10.1.1.713.2937 . doi :10.1109/INFOCOM.2014.6848121. ISBN 978-1-4799-3360-0. S2CID  14526636.
3. "Data Center Ethernet". Серийный номер товарного знака 77287410. Бюро по патентам и товарным знакам США . Получено 18 июля 2013 г.
4. Радия Перлман и др. (Июль 2011 г.). Маршрутные мосты (RBridges): базовая спецификация протокола . IETF . RFC 6325 . 
5. "cee-authors". Архив Yahoo Groups . Январь 2008 г. – Январь 2009 г. Архивировано из оригинала 19 июля 2012 г. Получено 6 октября 2011 г.