Juniper QFabric baut auf flache Netzwerkstrukturen Netzwerke für Virtualisierung und Cloud-Computing

Juniper will mit QFabric die Netzwerkstrukturen erneuern und das Netzwerk so fit machen für Virtualisierung und Cloud Computing. IP-Insider nimmt das Konzept, das die bis dato aus den Bereichen Access, Aggregation und Core bestehenden Strukturen auflösen will, unter die Lupe.

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Die Netzwerkstrukturen in den Unternehmen sind in der Regel mehrstufig und als Baumstruktur realisiert. Deren unterste Ebene stellt meist den Standardrouter für die Endgerät dar. Am oberen Ende sorgen die Core Switches für eine leistungsfähige Kommunikation auf dem Netzwerkbackbone. Korrespondierend dazu stehen weitere Netzwerkbaugruppen zur Link-Optimierung oder Port Aggregation. Sie kümmern sich unter anderem um eine Lastverteilung oder Bündelung mehrerer Kanäle zu einer logischen Netzwerkverbindung.

Die strukturierte Segmentierung der Netzwerke ist sinnvoll und hat sich bewährt. Sie erlaubt eine passgenaue Abstimmung der Netzwerkbandbreite auf die Geräte. Im Zusammenhand mit der Virtualisierung und dem Cloud Computing aber müssen diese Netzwerkstrukturen angepasst werden.

Einstufige Netzwerkstruktur reduziert Latenzzeit

Juniper zielt mit seinem neuen Netzwerkkonzept just in diese Richtung. Dabei wird die mehrstufige Strukturierung zugunsten einer einstufigen Netzwerkschicht geändert. Juniper vermarkte diese nun unter dem Begriff „QFabric“. In der logischen Betrachtung entspricht die Switch-Technik von Junipers QFabric einem einzigen großen Switch – der aus mehreren physischen Baugruppen gebildet wird. An diesem einen logischen Switch hängen nun alle Systeme wie Server oder Speicher.

Wenn nun zwei Geräte kommunizieren wollen, so erfolgt dies immer über einen einzigen Switch-Knoten (Hop). Die Kommunikation über nur einen Hop ist schneller wie wenn beispielsweise drei Knoten überwunden werden müssen. Die Zeitverzögerungen durch die Zwischenspeicherung (Store and Forward) entfällt dabei gänzlich. Beim Store-and-Forward-Modus eines Switches liest dieser das Datenpaket komplett ein, prüft dann die Unversehrtheit des Pakets durch Checksummen und leitet das Paket wenn korrekt anschließend an den nächsten Knoten weiter.

Beim Cut-Through-Switching wird diese Verzögerungen reduziert. Denn hierbei wird nicht der gesamte Frame eingelesen, sondern nur bis zur Zieladresse. Cut-Through hat eine geringe Latenz zur Folge, kann aber fehlerhafte Frames nicht erkennen und schleust diese einfach weiter.

Die Architektur von QFabric

Juniper vermeidet diese Hops über mehrere Stufen durch die Linearisierung der Switch-Logik. Dabei handelt es sich wie erwähnt um eine logische Darstellung.

Physisch betrachtet setzt auch Juniper auf mehrere einzelnen Switches. Diese erhalten nun aber einen anderen Aufbau. Die bisherigen Trennung eines Switches in Line Cards in der Front, Midplane und Fabric-Cards im Backend wird nun geändert.

Die als Line Cards bezeichneten Anschlusspunkte für die Endgeräte werden in eine eigene Hardware gepackt. Dies ist beispielsweise der ab sofort verfügbare Switch „QFX3500“. Der QFX3500 umfasst 48 Ports mit maximal 40 Gigabit Übertragungsleistung. Alternativ stehen 10 und 1 GBit-Modelle zur Verfügung. Die Ports können sowohl als Standard Ethernet-Ports als auch als Fiber Channel-Anschluss genutzt werden und mit Gateway-Funktionalität ausgestattet sein. Durch Fibre Channel over Ethernet (FCoE) lassen sich auch FC-Speichersysteme anbinden.

Die zweite Komponente der Juniper QFabric stellen die die neuen Midplanes dar. Sie beruht auf Glasfaserverbindungen. Damit lassen sich höhere Übertragungsraten als bei der Verwendung von Kupfer erreichen – aktuell 100 GBit pro Sekunde. Um die Midplanes gegen Ausfall abzusichern, sind Strukturen von bis vier Midplanes möglich. Damit lassen sich zwei Standorte fehlertolerant aufbauen.

6.000 Ports mit 40 GBit

Der maximale Ausbau bezüglich der Line Card wird mit 128 angegeben. Dies ergibt über 6.000 Ports (128 Line Cards * 48 Ports pro Line Card = 6.144 Ports) für die Endgeräte. Damit lassen sich über 6.000 Geräte mit dem System verknüpfen. Da das System ja in erster Linie für einen Einsatz im Data Center ausgelegt ist, gilt dieser Wert für Server, Storage und ähnlich kritischen Systeme. Juniper setzt dabei auf die Spezifikationen von Glasfaserverbindungen. Dies erlaubt eine Distanz von 125 Meter zwischen der Line Card und der Midplane. Die Latenzzeit der Verbindung von zwei Punkten solle kleiner als 5 Mikrosekunden sein.

QFabric soll sich in puncto Verwaltung der Geräte als ein einziger großer Switch präsentieren. Dies wird durch eine zentralisierter Verwaltungsschicht, der Management Plane von QFabric, erreicht. Sie erzeugt aus den verteilten Netzwerkgeräten der QFX3500 und Midplanes eine logische Darstellung eines einzigen Switches. Zur Überwachung der Netzwerkstruktur steht außerdem eine spezielle Control Plane bereit. Auch sie ist verteilt – wird aber in einer Überwachungsinstanz zusammengeführt.

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