Convergência para Ethernet Mais Eficiente

Ethernet Mais Eficiente em Convergência: Novos protocolos melhoram a Ethernet em Datacenter

Autor Original do texto: David Jacobs, 15/04/2009
Fonte: http://searchnetworking.techtarget.com/tip/0,289483,sid7_gci1353927_mem1,00.html

Parte 3 do tutorial 10 Gigabit Ethernet: Conectando datacenters, storage, LAN e Muito mais.

Preço, desempenho e flexibilidade tornaram a Ethernet 10 Gigabit (10 GbE) uma escolha atrativa para Datacenter. Enquanto o padrão 10 GbE tem feito progressos, a falta de recursos nos protocolos Ethernet existentes limitam a sua maior penetração.

A questão crítica com a Ethernet é que ela não garante que pacotes não serão perdidos quando um Switch ou nó final ficar momentaneamente inundado por pacotes entrantes. O IEEE e o Internet Engineering Task Force (IETF) estão atualmente trabalhando no desenvolvimento de protocolos que vão melhorar a eficiência da rede e eliminar situações nas quais os pacotes são perdidos. Esse trabalho é considerado crítico para garantir o desempenho do Fibre Channel over Ethernet (FCoE) e do iSCSI (Internet SCSI).

O trabalho está em curso para resolver:

• Priorização de tráfego;
• Controle de congestionamento;
• Melhoria na Seleção de rota.

O conjunto de protocolos projetados para resolver essas questões foi chamado de Enhanced Converged Ethernet (Convergência para Ethernet Mais Eficiente), ou Ethernet Sem Perda.

Priorização de tráfego e controle

Uma grande vantagem da Ethernet 10 GbE em relação às tecnologias concorrentes é que redes separadas para redes de armazenamento (SAN), comunicação entre servidores e a LAN pode ser substituída por uma única rede GbE 10. Enquanto links 10 Gb podem ter largura de banda suficiente para transportar todos os três tipos de dados, rajadas de tráfego pode inundar um Switch ou ponto final.

O Desempenho da rede SAN é extremamente sensível ao atraso. Lentidão no acesso ao armazenamento tem um impacto no desempenho do servidor e da aplicação. O tráfego entre servidores também sofre com atrasos, enquanto o tráfego LAN é menos sensível. Deve haver um mecanismo para atribuir prioridade ao tráfego crítico enquanto dados com menor prioridade aguarda até que o link fique disponível.

Os Protocolos Ethernet existentes não fornecem os controles necessários. Um nó receptor pode enviar um comando PAUSE do padrão 802.3x para interromper o fluxo de pacotes, mas PAUSE interrompe todos os pacotes.

O padrão 802.1p foi desenvolvido na década de 1990 para fornecer um método para classificar os pacotes em um dos oito níveis de prioridade. No entanto, não inclui um mecanismo para fazer pausa nos níveis individuais. O IEEE está agora desenvolvendo o Controle de Fluxo baseado em Prioridade (PFC) do padrão 802.1Qbb para fornecer uma forma de interromper o fluxo de pacotes de baixa prioridade, enquanto permite fluírem dados de alta prioridade.

Um mecanismo de alocação de largura de banda também é necessário. Seleção de Envio Melhorado (ETS) no 802.1Qaz fornece uma maneira de agrupar uma ou mais prioridades 802.1p em um grupo de prioridade. Todos os níveis de prioridade de um grupo devem exigir o mesmo nível de serviço. Cada grupo de prioridade é então atribuído uma percentagem de alocação do link. Um grupo de prioridade especial nunca é limitado e pode sobrescrever todas as outras alocações e consumir a banda toda do link. Durante os períodos quando os grupos de alta prioridade não estiverem usando sua largura de banda alocada, aos grupos de prioridade menor é permitido utilizar a banda disponível.

Controle de congestionamento

Os padrões 802.1Qbb e 802.1Qaz por si só não resolvem o problema de perda de pacotes. Eles podem interromper o tráfego de baixa prioridade em um link, mas não evitam o congestionamento quando um Switch ou nó final está sendo inundado por pacotes de alta prioridade a partir de dois ou mais links. Precisa haver uma maneira para os nós receptores notificar aos nós transmissores para reduzir as suas taxas de transmissão.

O padrão IEEE 802.1Qau prevê esse mecanismo. Quando um NÓ receptor detecta que ele está próximo do ponto onde ele começará a descartar pacotes entrantes, ele envia uma mensagem para todos os NÓs que estão no momento transmitindo pra ele. Os NÓs transmissores reduzem suas taxas de transmissão. Então, quando o congestionamento é desmarcado, o NÓ envia uma mensagem informando aos transmissores para retomar a sua taxa transmissão integral.

Melhoria na Seleção de rota

O Protocolo Spanning tree (STP) foi desenvolvido no início da história da Ethernet. Ele especifica um procedimento para eliminar loops de roteamento sem a necessidade de configuração manual. Switchs se comunicam uns com os outros para selecionar um NÓ raiz. Em seguida, cada NÓ determina a sua rota de menor custo para o NÓ raiz. Se um Switch for adicionado, removido ou um link falhar, os Switchs restantes se comunicar para determinar um novo NÓ raiz e novos caminhos para ele.

Spanning tree tem funcionado bem, mas tem limitações. O tráfego entre NÓs pode fluir através do raiz, mesmo quando existir uma rota mais direta entre os NÓs. Não há nenhuma maneira de espalhar o tráfego entre várias rotas de custo igual. Finalmente, o processo para determinar um novo NÓ raiz e caminhos pra ele pode ser lento. O tráfego de rede pára enquanto o processo ocorre.

O spanning tree padrão foi aprimorado para fornecer conjuntos separados de rotas por LAN virtual e dentro de seções da rede, mas ainda não selecionar necessariamente as rotas ótimas ou leva vantagem dos vários links.

O poder de processamento e memória limitados nos primeiros Switchs ditou que os cálculos necessários para determinar o NÓ raiz e rotas precisavam ser relativamente simples. Processadores e memória nos Switchs atuais possibilitam protocolos de seleção rota mais complexo. O IETF e IEEE estão trabalhando juntos para desenvolver o IEEE 802.1aq e o Transparent Interconnection of Lots of Links (TRILL). O objetivo desses esforços é usar um protocolo de roteamento estado de link para determinar as rotas mais eficientes através da rede, reagir rapidamente às mudanças da rede, e tirar proveito das várias rotas distribuindo o tráfego entre elas.

Sobre o autor:
David B. Jacobs do grupo Jacobs tem mais de 20 anos de experiência na indústria de rede. Ele gerenciou projetos de desenvolvimento de software leading-edge e deu consultoria para empresas da Fortune 500, bem como startups de software.

... Parte 2

Início

Prossegue ...