Przełącznik w centrum danych

Kluczowe parametry, jakie należy rozważyć w przypadku przełączników do centrum danych, to dostępność portów, ich liczba oraz technologia pracy (1, 10, 25, 40, 50 lub 100 GbE). Połączenia 1, 10, 40 i 100 Gigabit Ethernet stanowią już standard. Nowość stanowią urządzenia zawierające porty 25/50 GbE. Gęstość upakowania portów przełącznika jest zależna od obsługiwanej technologii i przepustowości połączeń. Ogólnie rzecz biorąc, im przełącznik obsługuje większą przepustowość, tym mniej znajduje się ich w urządzeniu. Związane jest to oczywiście z wydajnością rozwiązania, które w przełącznikach do centrum danych mierzone są w terabitach na sekundę. Przełącznik powinien wspierać OpenFlow poprzez dostarczony kontroler, ale powinna istnieć także możliwość wykorzystania alternatywnych kontrolerów, certyfikowanych przez producenta. Dane rozwiązanie powinno wspierać jeden system operacyjny dla wszystkich przełączników w centrum danych, zawierający możliwość zarządzania wszystkimi funkcjonalnościami różnych przełączników. Aktualizacje oprogramowania powinny być wykonywane bez konieczności wyłączania przełącznika.

Przykładowe urządzenia

Dell oferuje cały arsenał przełączników przeznaczonych do centrum danych , zawierających porty 25 i 50 GbE. Porty te stają się coraz bardziej popularne, wypierając z rynku rozwiązania 10 i 40 GbE. Produkty są wyposażone w funkcje skalowania sieci i przepustowości w ramach połączeń do serwerów w chmurach, pamięci masowych, gdzie obciążenie często przekracza wielokrotnie przepustowość interfejsów 10/40G Ethernet. Nowe urządzenia pozwalają obniżyć koszty połączeń gigabitowych oraz pobór mocy. Dell początkowo wszedł na rynek wskazanych rozwiązań z przełącznikiem Z9100. Urządzenie ma formę 1U, może realizować do 32 połączeń 100 GbE, 64 połączenia 50 GbE, 32 40 GbE, 128 połączeń 25 GbE lub 128 + 2 połączeń 10 GbE (2 połączenia przy wykorzystaniu przewodów breakout). Przełącznik został stworzony do obsługi warstw agregacji i dostępu w sieciowym centrum danych. Z9100 jest głównym konkurentem przełączników Cisco Nexus 9504 oraz Juniper QFX10002. Nowym przełącznikiem jest także Dell S4048. Ten model oferuje niskie opóźnienia dla portów 10/40G z dużą tablicą sprzętową, VXLAN, rozszerzone buforowanie, wspiera 48 portów 1/10 GbE oraz sześć połączeń dosyłowych (uplink, 40 GbeE). Inna nowość Della to przełącznik S3048, oferujący porty 1 i 10 GbE i stworzony z myślą o dostawcach chmur oraz usług hostingowych. S3038 zawiera 48 portów 10/100/1000 Mb/s oraz cztery porty uplink 10G SFP+. Każdy z wyżej wymienionych przełączników wspiera środowisko Open Network Install Enviroment, umożliwiając instalację przekwalifikowanych systemów operacyjnych niezależnych dostawców.

Przełącznik w centrum danych

Przełącznik Facebook 6 pack

Z kolei Juniper przedstawił nową linię przełączników QFX. Urządzenia umożliwiają realizację łączności 100 GbE. W produktach z serii QFX10000 zastosowano układ Juniper ASIC Q5, który oferuje telemetrię do analityki i automatyzacji. QFX10000 pojawia się w trzech konfiguracjach. QFX10002 to statyczna konfiguracja przełącznika w formie 2U, który, w zależności od potrzeb, pozwala na aktualizację technologii interfejsów z 40 do 100 GE w ramach tego samego przełącznika. Urządzenie pozwala zainstalować do 24 interfejsów 100 GbE. Potrafi przełączać pakiety z szybkością od jednego do dwóch miliardów na sekundę, a wydajność maksymalna to 5,76 Tb/s. Z kolei QFX10008 jest modularnym przełącznikiem, wyposażonym w 8 slotów na karty interfejsów, którego maksymalna wydajność może sięgnąć 48 Tb/s. Wspiera do 240 portów 100 GbE oraz przełączanie na poziomie 16 miliardów pakietów na sekundę. QFX10016 zawiera 16 slotów na karty interfejsów, dostarczając łącznej wydajności systemu na poziomie 96 Tb/s. Wspiera do 480 portów 100 GbE, a także przełączanie na poziomie 32 miliardów pakietów na sekundę.

Przełączniki Junipera obsługują technologię Junos Fusion, która zarządza siecią centrum danych jako jednym systemem, w przeciwieństwie do zarządzania pojedynczymi elementami sieci. W zakresie automatyzacji oraz zarzadzania SDN, nowa linia przełączników wspiera oprogramowanie Junos Space Network Director, a także narzędzia Puppet, Chef, Ansible, OpenStack. Wskazane oprogramowanie pozwala zautomatyzować budowę, rozwój i zarządzanie infrastrukturą sieciową. Junos Fusion wykorzystuje standard IEEE 802.1BR Bridge Port Extension w celu rozszerzenia funkcji mostu warstwy drugiej L2 i jego zarzadzania ponad fizyczną strukturę i architekturę jednej lokalizacji.

Juniper przez długi czas stosował mechanizm QFabric jako architekturę jednowarstwową, ale Junos Fusion nie będzie konkurencją dla QFabric. QFX3008 QFabric nie może być zarządzany przez Junos Fusion, natomiast nowe modele QFX10000 nie mogą być zarządzane przez QFabric Director, będący kontrolerem wcześniejszej architektury. Juniper zmierza do decyzji o przeznaczeniu modelu QFX10000 jako głównego rozwiązania spine, QFX5100 – jako przełącznika typu leaf oraz Junos Fusion jako modułu zarządzania. To wszystko ma zastąpić system QFabric, który jest krytykowany za brak otwartości na możliwość instalacji firmware’u niezależnego od producenta a także ograniczony w skalowalności.

Z kolei Cisco Nexus 93128 jest idealnych urządzeniem ToR. Obsługuje warstwy L2 oraz L3, a także przepustowość 1,28 Tb/s. Urządzenie wspiera architekturę ACI (Applitation Centric Infrastructure), posiada otwarte API do zdalnego zarządzania przełącznikiem, porty 1, 10 oraz 40 GbE. Urządzeniem realizującym zadania przełącznika szkieletowego może być Cisco Nexus 9504 z wydajnością na poziomie 15 Tb/s, wspierający do 576 portów 10 GbE, a także do 144 portów 40 GbE.

Jaka przyszłość?

Wydaje się, że wszystko zmierza do jeszcze większego upakowania portów o coraz większych szybkościach połączeń w ramach jednej obudowy. Dodatkowo niezbędne będzie wsparcie dla niezależnego oprogramowania, interfejsy API i integracja w ramach SDN (Software Defined Networks) / NFV (Network Function Virtualization). NFV, znane także pod nazwą VNF, tj. Virtual Network Function, to nowy sposób tworzenia, rozwijania i zarządzania usługami sieciowymi. NFV może realizować typowe funkcje sieciowe, jak NAT (Network Address Translation), IDS, zapora ogniowa za pomocą oprogramowania, nie sprzętu. Centra danych zmierzają do coraz bardziej otwartych i jeszcze mocniej skalowanych rozwiązań. W odpowiedzi na problemy skalowalności i dostosowania do potrzeb danej serwerowni, rodzą się niezależne inicjatywy tworzenia własnego sprzętu do określonych specyficznych zastosowań.

Przykładem może być Facebook, który rozpoczął tworzenie przełączników ToR o nazwie Wedge. Facebook stworzył architekturę FABRIC dla tego rozwiązania, uzupełniając ją o modularną platformę o nazwie 6-pack. Platforma wykorzystuje Wedge jako proste bloki do budowy przełącznika. Całość realizuje architekturę fullmesh, zawierającą 12 niezależnych elementów przełączania. Każdy niezależny element potrafi przełączać pakiety z prędkością 1,28 Tb/s. Istnieją dwie konfiguracje portów – pierwsza to 16x40GE. Każdy z elementów Wedge, pomimo wewnętrznego połączenia w ramach 6-pack, uruchamia własny system operacyjny i jest kompletnie niezależny od innych, od aspektów przełączania począwszy, na kontroli chłodzenia kończąc. Każdy element przełączający posiada lokalny plan kontroli zaimplementowany na mikroserwerze, który komunikuje się ze scentralizowanych kontrolerem. Taka konfiguracja jest znana jako HybridSDN. HybridSDN to struktura, w której tradycyjny sprzęt sieciowy oraz mechanizmy SDN funkcjonują w jednym środowisku. Pozwala to uruchomić nowe technologie SDN oraz standardowe mechanizmy przełączania jednocześnie na tym samym fizycznym sprzęcie. Przykładem może być interakcja pomiędzy urządzeniami wspierającymi OpenFlow oraz nie wspierającymi tej technologii, umożliwiająca migrację do sieci w całości opartej o SDN.


IBM Think Digital Summit Poland, 16-17 września 2020
TOP 200