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Netzwerk: Sind zwei Switches besser als mehrere ToR-Geräte?

Um die Leistung im Netzwerk und Rechenzentrum zu steigern, stellt sich die Frage: Sollen Firmen zwei große Chassis-Switches einsetzen oder mehrere ToR-Geräte (Top of Rack)?

Ab einer gewissen Größenordnung ist es sehr sinnvoll, einige große Switches als eine Data Center Fabric einzusetzen. Nehmen wir zum Beispiel an, dass eine Fabric 140 physische Server benötigt, von denen jeder zehn virtuelle Server oder Container unterstützt und jeder doppelt vernetzt ist, um ausfallsicher zu sein. Diese Anforderungen dürften etwa 280 10-Gigabit-Ethernet-Ports (GbE-Ports) erfordern, eine Port-Zahl, die große Chassis-Switches problemlos meistern.

Der Einsatz von zwei Data Center Switches, die von einem einzigen Anbieter stammen, scheint oberflächlich betrachtet eine sehr einfache Option zu sein. Die Plattform des Anbieters wird vertikal integrierte Dienste wie Layer-2-Overlays sowie Link-Aggregation bereitstellen, und das Unternehmen muss nur zwei Typen von Netzgeräten verwalten.

Dadurch sinkt die Wahrscheinlichkeit, mehr als eine Codeversion oder eine Reihe von Befehlen für die Befehlszeilen beherrschen zu müssen. In der Tat gibt es wahrscheinlich ein Netzwerkgerät in dieser Größenordnung, das auf eine grafische Benutzeroberfläche und einen Assistenten reduziert werden kann – eine einfach zu automatisierende, vom Hersteller betriebene Plattform, die so konzipiert ist, dass sie durch den gelegentlichen Besuch eines Beraters oder Verkäufers verwaltet werden kann.

Welche Konfiguration wäre notwendig, um dieses Design mit zwei Switches durch eine Leaf-Spine-Fabric mit Racks zu ersetzen? Wenn man davon ausgeht, dass jede Oberseite des Racks (ToR, Top of Rack) 24 10-GbE-Ports nach unten und sechs 40-GbE-Ports nach oben unterstützen kann, benötigen Firmen zwölf ToR-Switches in ihrer Fabric.

Die einfachste Konfiguration im Spine-Layer bilden sechs Switches der gleichen Bauart, die jeweils mit zwölf 40-GbE-Ports konfiguriert sind und damit insgesamt 72 40-GbE-Ports im Spine ergeben (siehe Abbildung 1).

Für einen Leaf-Spine-Ansatz wären zwölf ToR-Switches erforderlich, im Gegensatz zu nur zwei großen Chassis-Switches.
Abbildung 1: Für einen Leaf-Spine-Ansatz wären zwölf ToR-Switches erforderlich, im Gegensatz zu nur zwei großen Chassis-Switches.

Neben der Hardware muss auch die Software berücksichtigt werden. Die erste Frage, die sich ein Planer wahrscheinlich stellen wird, lautet: Welche dieser beiden Optionen wird billiger sein? Um der Argumentation willen nehmen wir an, dass die Kosten für beide Modelle über einen Zeitraum von fünf oder zehn Jahren ähnlich hoch sind, damit die Kostenfrage nicht als echtes Unterscheidungsmerkmal dienen kann.

Oder verlassen sich Firmen zu sehr auf den Anbieter? Das scheint bei vielen Unternehmen das Problem zu sein; wenn etwas fehlschlägt, kann der Anbieter, der zumindest theoretisch über viel mehr Ressourcen verfügt, sowohl die richtigen Leute vor Ort schicken, um das Problem zu beheben, als auch die Schuld auf sich nehmen. Das Problem: Wenn der Hersteller die Firma schlechten Support leistet, entsteht so ein Single Point of Failure (SPoF), sprich ein Ausfall der Switches bringt das gesamte System zum Absturz.

Auf welcher Basis können Firmen entscheiden, welcher dieser Ansätze der richtig für sie ist? Vielleicht liegt der beste Weg in der Rückkehr zu den elementaren Grundlagen. Unternehmen sollten die oben aufgeführten Spezifikationen beachten – Anzahl der Ports, deren Geschwindigkeit und das Datenaufkommen an den einzelnen Ports. Fragen zu diesen technischen Anforderungen stellen die IT-Techniker am häufigsten.

Sie fragen selten nach Themen, die mit dem Geschäft zu tun haben. Das sind allerdings mit die wichtigsten Fragen, die es zu beantworten gilt. Folgend einige Beispiele.

Mit welchem Wachstum rechnet das Unternehmen?

Wenn das Unternehmen tendenziell immer größere Anforderungen hat, dann müssen die zwei großen Chassis-Switches groß und leistungsfähig genug sein, um das prognostizierte Wachstum zu bewältigen – und das alles im Rahmen der prognostizierten Lebensdauer der beiden gekauften Geräte.

Das Chassis sollte in der Lage sein, genügend Blades in den Slots aufzunehmen und so viel Bandbreite zur Verfügung zu stellen, um die größte angenommene Arbeitslast und das potenziell höchste Datenvolumen zu bewältigen, die vor der Ausmusterung des Netzwerkgeräts zu erwarten ist. Das Modell mit zwei großen Switches basiert auf der vertikalen Skalierung des Netzwerks (Scale-Up). Das heißt: Die Leistung weniger großer Geräte wird im Laufe der Zeit erhöht, um mit den Anforderungen Schritt zu halten.

Eine Leaf-Spine-Architektur besteht aus einer einzigen Geräteart. Firmen können daher ihre wachsenden Anforderungen meistern, indem sie das Netzwerk horizontal skalieren. Beim Scale-Out-Modell werden zur Kapazitätssteigerung parallel weitere Komponenten hinzugefügt; das System wird größer, nicht die Dichte oder Leistung der einzelnen Geräte. Eine Leaf-Spine-Topologie lässt sich auf verschiedene Weise verbessern – zum Beispiel durch eine höhere Geschwindigkeit der Fabric, durch eine höhere Anzahl der Spine-Switches oder durch den Wechsel von einer einfachen Leaf-Spine-Topologie mit drei Stufen zu einer komplexeren fünfstufigen Struktur mit einer Benes- oder Butterfly-Topologie.

Scale-Out-Modelle ermöglichen im Vergleich zu Scale-Up-Modellen grundsätzlich die effizientere und kostengünstigere Verarbeitung von Workloads.

Welches Modell kann das System ersetzen?

Kein System ist wirklich zukunftssicher. Geräte und Software erreichen irgendwann das Ende ihrer Lebensdauer; Hersteller ersetzen veraltete Architekturen durch neue, um neue Funktionen anbieten zu können.

Bei der Data Center Fabric mit zwei Chassis-Switches ist der Austausch des Systems mit dem Aufbau einer neuen Fabric verbunden. Firmen müssen dann die Workloads auf ein Ersatzsystem verschieben, wenn die Geräte das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, oder das System kurzzeitig abschalten, um die beiden Switches zu ersetzen. Fällt ein Gerät kurz vor dem Ende des Lebenszyklus der Switches aus, müssen Firmen die Kosten für den Austausch des ausgefallenen Switches durch ein neues Gerät desselben Modells mit den Kosten für den Austausch des gesamten Systems vergleichen und entsprechend entscheiden.

Das Modell mit einer größeren Anzahl kleinerer Geräte erfordert mehr Eigenverantwortung seitens des Unternehmens. Dies bedeutet aber auch, dass es die Komponenten des Netzwerks im Laufe der Zeit in einem natürlichen Kreislauf ersetzen kann.

Welche Funktionen benötigt das Netzwerk?

Wenn die Anwendung im Besitz des Unternehmens ist oder das Unternehmen den Anwendungsentwickler zurückdrängen will, um die Interaktion zwischen der Anwendung und dem Netzwerk zu einer bidirektionalen Straße zu machen, muss das Netzwerk weniger Funktionen unterstützen. In einer Umgebung, in der sich das Netzwerk darauf konzentriert, eine kleinere Menge von Aufgaben sehr gut zu erledigen, wird ein eher White-Box-orientierter Ansatz die kurzfristigen Anforderungen leichter erfüllen und gleichzeitig die Flexibilität für zukünftige Anforderungen an das Netzwerk bieten.

Denken Sie daran: Es gibt einen direkten Zusammenhang zwischen funktionalen Anforderungen, Komplexität und Flexibilität; das Hinzufügen weiterer Funktionen führt immer zu höherer Komplexität und reduziert die längerfristige Flexibilität.

Fazit

Ob die Zwei-Switch-Option sich für die Rechenzentrums-Fabric von Unternehmen am besten eignet, hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab – am wichtigsten ist es, die Geschäftsanforderungen zu verstehen, die das Netzwerk erfüllen muss. Jede Entscheidung kann in Ordnung sein – es gibt hier viel mehr zu berücksichtigen als die Anzahl der Hosts, Server und anderer Netzwerkgerätetypen, die Firmen für die Vernetzung mit der Fabric benötigen.

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Artikel wurde zuletzt im April 2018 aktualisiert

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