Datová centra: Ethernet jako konsolidační prvek

Řada organizací v současnosti stojí před rozhodnutím, jakým způsobem konsolidovat své rozdílné infrastruktury v datovém centru. Využití Ethernetu pro tyto účely zatím bránila jeho relativně nízká propustnost, delší prodleva a také ztrátovost datových rámců. Soubor nově vznikajících standardů však naznačuje, že by se v tomto směru mohla brzy odehrát revoluce.

Při pohledu do typického datového centra lze vidět, že síťová infrastruktura pro klasickou datovou ethernetovou komunikaci a řešení SAN postavená na protokolu Fibre Channel (FC) jsou dnes v podstatě striktně odděleny. Rychle rostoucí objem dat však způsobuje, že se zvyšuje i počet serverů přímo připojených do prostředí LAN i SAN – a s tím stoupá i počet využívaných síťových karet, délka propojovací kabeláže i množství požadavků kladených na rozhraní přepínačů. Konsolidací více infrastruktur do jediné konvergované by podle odborníků bylo možné dosáhnout nemalých finančních úspor, a to nejen z hlediska investic do komponent, ale i v oblasti provozních nákladů spojených s napájením, chlazením, podporou, servisem a správou těchto zařízení.

Překážky pro Ethernet
Silně upřednostňovanou možností takové konsolidace je využití zažité a správcům i uživatelům dobře známé ethernetové technologie. V praxi však tomuto kroku dosud bránilo hned několik omezení. Jedním z problémů byla například nižší datová propustnost, která se však stala minulostí s nástupem 10Gb Ethernetu (nejpoužívanější systémy FC jsou postaveny na propustnosti 4 Gb/s, nová varianta nabízí přenosovou rychlost až 8 Gb/s). V čem však Ethernet za technologií FC stále pokulhává, je něco trochu jiného než jen surová datová konektivita.

Protokol FC totiž v rámci infrastruktury SAN vždy zajistí, aby vyslaný datový rámec došel ke svému cíli, a aplikace stojící nad ním na tyto záruky úzce spoléhají. Ethernetové přenosy jsou však z tohoto pohledu „ztrátové“. Pokud totiž příslušný přepínač nemůže odeslat datový rámec, například z důvodů zahlcení výstupního rozhraní, tak ho jednoduše zahodí a spoléhá na vyšší vrstvy, které si vyžádají, aby byla ztracená data znovu odeslána. Navíc, a to je také důležitý ukazatel, prodleva při přenosu těchto rámců je v případě ethernetových technologií řádově vyšší, než je tomu u FC.

Poslední vývoj ukazuje, že se v oblasti využití Ethernetu pro konsolidaci blýská na lepší časy. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) pracuje na novém souboru standardů označovaných jako Data Center Bridging (DCB), které mají umožnit, aby v rámci ethernetových sítí bylo možné integrovat i přenosy komunikačních protokolů z jiných oblastí, mimo jiné právě i z úložných sítí. Řada výrobců a organizací však používá pro DCB alternativní názvy – jde třeba o Converged Enhanced Ethernet (CEE) nebo o Data Center Ethernet (DCE).

Tyto standardy jsou v současnosti pouze ve stadiu několika návrhů (tzv. draftů), ale již dnes si lze  udělat dobrý obrázek o tom, jak je bude možné při konsolidaci datových center Ethernet zanedlouho využít.

Flow Control
Záměrem draftu Priority-based Flow Control (PFC) je eliminovat ztrátu datových bloků při zahlcení ethernetového spoje. Návrh přepracovává takzvané pauzovací ethernetové rámce, jejichž využití ve stávající podobě je v případě dnešních sítí LAN spíše kontraproduktivní. Nepočítají totiž s dnes běžným používáním priorit pro různé třídy provozu. Přijme-li přepínač na svém rozhraní pauzovací rámec, zastaví na indikovaný časový interval veškeré vysílání, což zpozdí i odpovídající prioritní provoz.

PFC upravuje tento mechanismus tak, že jeden pauzovací rámec nyní nese informaci pro jednotlivé třídy provozu zvlášť. Vysílací přepínač pak pozastavuje vysílání jen těch tříd, které mu indikuje tzv. „Priority Enable Vector“, a to po časový interval uvedený pro danou prioritu.

Congestion Notification
Cílem dalšího draftu označovaného jako Congestion Notification (CN) je předcházet zahlcení na přepínačích datového centra způsobenému déletrvajícími datovými toky. Tím je možné se  vyhnout ztrátám datových rámců, díky čemuž pak následně dochází rovněž ke snížení zpoždění při jejich přenosu. CN tak doplňuje výše popsané specifikace PFC.

Myšlenkou CN je doslova vytlačit riziko zahlcení z centra sítě na okraj k samotným zdrojům, tedy ke konkrétním síťovým adaptérům (NIC) serverů či jiných zařízení, které tyto negativní jevy způsobují. Využívá se k tomu funkce označované jako Backward Congestion Notification (BCN), pomocí které přepínač odpovídajícím zdrojům selektivně sděluje, aby snížily rychlost vysílání.  Princip BCN přibližuje přiložený obrázek.

Enhanced Transmission Selection
Třetí návrh označovaný jako Enhanced Transmission Selection (ETS) popisuje mechanismus práce s prioritami a následnou alokaci pásma pro skupiny těchto priorit. Cílem tohoto procesu je různým typům provozu, jako je standardní komunikace LAN, výměna dat v SAN nebo IP přenos hlasu či videa, v konvergované síti alokovat požadované pásmo a přiřadit odpovídající vysílací charakteristiky. ETS zavádí termín Priority Group (PG) jako administrátorem definovanou skupinu priorit, které mají nastavené minimální přidělené pásmo.

V rámci standardu je navíc zahrnuta definice protokolu DCBX (DCB Capability eXchange Protocol), který je určený k výměně informací o schopnostech zařízení na příslušných koncích ethernetové linky. Myšlenku ETS znázorňuje přiložený obrázek.

Kdy se dočkáme?
Snížení prodlevy Ethernetu je výše uvedenými specifikacemi řešeno pouze nepřímo – bude totiž na výrobcích jednotlivých aktivních prvků, aby dokázali ve svých přepínačích přesunout rámec ze vstupního rozhraní na výstupní rychleji. Ale i zde jde technologie rychle kupředu. Nové ethernetové přepínače určené pro datová centra totiž generují zpoždění jen v jednotkách mikrosekund, což už je hodnota srovnatelná se zpožděním typickým v rámci infrastruktury Fibre Channel.

Práce nad jednotlivými standardy DCB probíhají podle různých časových plánů. Obdobné to asi bude i s jejich ratifikací. Již dnes však v některých přepínačích a síťových kartách existují implementace draftů PFC nebo DCBX. Je ale bezpečné kupovat drahá zařízení datového centra s podporou „pouze“ draftů DCB? Většinou jde o výrobce, kteří se aktivně podílejí na vývoji těchto standardů a případné odchylky budou zřejmě řešit aktualizací firmwaru zařízení. Na druhou stranu, výjimka z tohoto pravidla se může uživateli prodražit.

Závěrem
Důležitým příspěvkem k možnosti konsolidovat síťovou infrastrukturu jsou první implementace technologie FCoE (Fibre Channel over Ethernet), a to jak na straně výrobců síťových adaptérů, tak na straně dodavatelů přepínačů. Standard FCoE byl schválen letos v červnu a řeší přenos FC rámců a protokolu přes ethernetovou infrastrukturu tak, že z hlediska aplikací nad FC je tento přenos transparentní. Standard ale předpokládá bezeztrátovou infrastrukturu odpovídající právě DCB.

Již dnes tedy lze začít s postupnou konsolidací sítí postavených na Fibre Channelu  a Ethernetu do jedné fyzické infrastruktury. ICT manažeři samozřejmě hned nezačnou likvidovat své rozvaděče s přepínači, ale pokud datová centra plánují kapacitně rozšířit nebo konsolidovat, měli by se při svém rozhodování zaměřit i na zařízení podporující DCB – je totiž docela pravděpodobné, že i přes jejich obvykle vyšší cenu mohou v konečném důsledku hodně ušetřit.

Autor pracuje jako vedoucí oddělení komunikační infrastruktury ve firmě Anect.