O Dell Force10 ExaScale Série E. Uma Nota Técnica da Dell

Transcrição

1 O Dell Force10 ExaScale Série E Uma Nota Técnica da Dell

2 Esta nota técnica serve apenas para fins informativos e pode conter erros de digitação e erros técnicos. O conteúdo é fornecido como está, sem garantias expressas ou implícitas de qualquer tipo Dell Inc. Todos os direitos reservados. É estritamente proibida a reprodução deste material em qualquer forma sem a permissão expressa por escrito da Dell Inc. Para mais informações, entre em contato com a Dell. Dell, o logotipo DELL, e o emblema DELL, PowerConnect e PowerVault são marcas registradas da Dell Inc. Symantec e o logotipo de Symantec são marcas registradas da Symantec Corporation ou de seus afiliados nos EUA e em outros países. Microsoft, Windows, Windows Server e Active Directory são marcas registradas da Microsoft Corporation nos Estados Unidos e/ou em outros países. Outras marcas registradas e nomes comerciais podem ser utilizados neste documento como referência às entidades proprietárias das marcas e nomes ou os seus produtos. A Dell Inc. nega qualquer interesse proprietário nas marcas e nomes comerciais que não sejam de sua propriedade. Setembro de 2011 Página ii

3 Índice Visão Geral...2 Ethernet escalável de alto desempenho...2 Capacidade escalável de switch...3 Malha de switches sem bloqueio de 3,5 Tbps...3 Backplane de cobre passivo...3 Encaminhamento de L2/L3 line rate verdadeiro...4 Encaminhamento distribuído com latência reduzida determinista...4 Arquitetura QoS consciente de serviços...5 Plano robusto de controle do sistema...5 Plano de controle de microprocessadores distribuídos...5 Resiliência e segurança...6 Tolerância a falhas e alta disponibilidade...6 Funcionalidade L2/L3/MPLS completa...6 Sistema operacional confiável em tempo real...6 Recursos abrangentes de plano de controle de L2/L3/MPLS...6 Gerenciamento e serviços flexíveis...7 Líder em serviços virtuais...7 Líder em serviços de automatização...7 Conclusão...8 Figuras Figura 1. Arquitetura Force10 ExaScale...2 Figura 2. QoS dentro dos ASICs Force Página iii

4 Visão Geral O switch/roteador central Dell Force10 ExaScale Série E oferece a escalabilidade inigualável, desempenho line rate e switch de L2, roteamento de L3 e funcionalidade MPLS que são essenciais para os aplicativos de rede mais exigentes de hoje em dia. Para oferecer esta combinação inédita entre poder e economia, a taxas de preço/desempenho nunca antes imaginadas, a arquitetura ExaScale Série E potencializa inovações em malha de switches, backplane, Circuito Integrado de Aplicação Específica (ASIC Application-Specific Integrated Circuit) e projeto de plano de controle de sistema. Ethernet escalável de alto desempenho O ExaScale Série E oferece escalabilidade inigualável para portas Gigabit Ethernet (GbE) ou 140 portas 10 Gigabit Ethernet (10 GbE) por chassi, encaminhamento line rate com Access Control Lists (ACLs) em todas as portas e switch de L2 e roteamento de L3 abrangente. A arquitetura do ExaScale Série E oferece estes recursos através de uma série de inovações tecnológicas: A malha de switches ExaScale Série E conta com redundância de N:1, enfileiramento avançado (advanced queuing), multicast e suporte a quadros jumbo e oferece uma escalabilidade inigualável com conectividade sem bloqueio de até 3,5 Tbps. Uma inovação do setor, com capacidade de dados de 100 Gbps por slot (capacidade bruta de 125 Gbps/slot) equipa a malha de switches para suportar 40 GbE e 100 GbE no futuro. Outra inovação no setor, um backplane de cobre passivo econômico e confiável oferece 125 Gbps entre slots de placa de linha sem o custo e a complexidade de backplanes ópticos ou ativos. ASICs ExaScale distribuídos desenvolvidos especificamente para switching de quadros Ethernet e roteamento de IP oferecem suporte de hardware completo para processamento line rate, classificação, buffer e tráfego, programação e switches. Suporte completo a recursos e protocolos L2/L3/MPLS de MPLS, roteamento e switch de L2 line rate de plano de controle para multiprocessador de alto desempenho. Criptografia Figura 1. Arquitetura Dell Force10 ExaScale Página 2

5 Desempenho line rate, escalabilidade econômica e switch de L2 e roteamento de L3 robusto: A malha escalável de switch sem bloqueio permite ruído e latência reduzidos, cruciais para aplicativos de streaming de mídia O backplane de cobre passivo confiável e econômico maximiza a confiabilidade do sistema e minimiza o custo Os ASICs de alto desempenho Dell Force10 distribuem encaminhamento de pacotes, processamento de ACLs, Qualidade de Serviço (QoS) e buffer para todas as placas de linha Plano de controle robusto de multiprocessadores L2/L3/MPLS com recursos inovadores de limitação de taxas e filtragem de tráfego de controle O Dell Force10 ExaScale Série E combina estes elementos da arquitetura com recursos de alta disponibilidade, como o hot-swap de todos os principais componentes e monitoramento ambiental de todo o sistema. Esta combinação permite que a plataforma ofereça o máximo de capacidade de manutenção e tempo de atividade do sistema, com desempenho e escalabilidade sem precedentes. Como resultado, o ExaScale Série E pode trazer a simplicidade e economia da Ethernet para alguns dos aplicativos de rede mais exigentes de hoje, incluindo datacenter virtualizado, computação em grid/cluster, Centrais de Internet (IXs Internet Exchanges) de próxima geração, redes de computação em nuvem e Backbones Corporativos. Capacidade escalável de switch Malha de switches sem bloqueio de 3,5 Tbps A malha de switches oferece capacidade de switches sem bloqueio de 3,5 Tbps, junto com suporte a enfileiramento avançado, multicast e jumbo frames. Os Módulos de Malha de Switches (SFMs Switch Fabric Modules) que compreendem a malha de switches são redundantes N:1 e contam com hot-swap, maximizando a disponibilidade do sistema do ExaScale Série E. A plataforma oferece 125 Gbps de largura de banda full-duplex para cada slot de placa de linha. Isto garante o desempenho line rate em até portas GbE ou 140 portas 10 GbE em um único chassi ExaScale Série E e deixa aos clientes flexibilidade (headroom) suficiente para dobrar a densidade de portas do sistema no futuro sem a inconveniência de um upgrade de hardware. O design redundante N:1 da malha de switches permite que a plataforma ofereça redundância sem replicar todo o complexo da malha de switches uma estratégia cara, necessária para outras arquiteturas. A malha de switches é projetada para encaminhar quadros IP e Ethernet completos em hardware, trocando-os sem qualquer necessidade de segmentação e remontagem. A arquitetura de switches crossbar baseada em Fila de Saída Virtual (VOQ Virtual Output Queue) supera o custo e complexidade de malhas de switches em cluster ou multinível. Em contraste com as arquiteturas anteriores de switches/roteadores, o modelo escalável de malha VOQ permite o switching de alto desempenho de pacotes completos através do backplane. Este recurso permite que os switches/roteadores ExaScale Série E escalem bem além das arquiteturas de encaminhamento baseadas em software, eliminem as limitações de taxa de transferência de arquiteturas baseadas em barramento e evitem as características não deterministas de arquiteturas baseadas em células (como problemas de remontagem e sequenciamento). Backplane de cobre passivo O backplane confiável e econômico é o primeiro backplane não óptico e de alta velocidade do setor a atingir 3,5 Tbps em um chassi de meio rack de switches/roteadores. Ao contrário dos sistemas de interconexão de backplane óptico ou de backplanes de cobre ativos, o backplane de patente pendente não possui pontos únicos de falha e elimina as caras conversões elétrico-óptico-elétrico. O sistema resultante se traduz em confiabilidade à prova de falhas, simplicidade do sistema e custo mínimo. Página 3

6 Encaminhamento de L2/L3 line rate verdadeiro Encaminhamento distribuído com latência reduzida determinista ASICs ExaScale estão presentes em todas as placas de linha, oferecendo processamento previsível de pacotes distribuídos baseados em hardware de até Mpps. Ao contrário das arquiteturas centralizadas, as arquiteturas de processamento distribuído permitem uma taxa de transferência alta e desempenho determinista mesmo quando mais portas forem acrescentadas ao sistema e quando mais carga de tráfego for acrescentada à rede. Em contraste com as arquiteturas de encaminhamento baseadas em cache de rota ou processador de baixo desempenho, o ExaScale Série E não possui encaminhamento por software ou caminho lento ( slow-path ). Os ASICs de classificação, junto com as Memórias Endereçáveis de Conteúdo Ternário (TCAM Ternary Content Addressable Memories) avançadas, permitem pesquisas de line rate dentro das tabelas de encaminhamento de L2, L3 e MPLS. De forma semelhante, conforme os pacotes entram no sistema, os ASICs de classificação permitem pesquisas line rate em tempo real de entradas de ACL para mapeamentos de Qualidade de Serviço (QoS), políticas e destino. Este processamento e classificação simultâneos de pacotes permite que o ExaScale Série E ofereça desempenho line rate de encaminhamento de L2/L3/MPLS independentemente dos comprimentos das tabelas, comprimentos dos prefixos dos endereços IP ou tamanho dos pacotes mesmo quando todos os recursos de QoS e ACLs estão habilitados. O encaminhamento de hardware proporcionado pelos ASICs ExaScale dá à Série E a capacidade de combinar o verdadeiro desempenho line rate e o ruído e a latência deterministas e reduzidos necessários para construir redes de agregação de servidores em aplicativos de próxima geração para streaming de mídia. Line rate com todos os recursos L2/L3/MPLS Talvez o maior problema com os switches/roteadores de hoje seja a queda no desempenho que sofrem quando os recursos de L2/L3/MPLS estão ativados. Em oposição a essas arquiteturas tradicionais, o ExaScale Série E não abre mão de recursos para oferecer um desempenho line rate de encaminhamento. Os ASICs ExaScale têm suporte line rate para filtragem, coleta de estatísticas, QoS, limitação e policiamento de taxas. OS ASICs ExaScale também oferecem suporte de hardware específico para protocolos em line rate para switches de L2, roteamento de L3 e MPLS. Os recursos line rate do ExaScale Série E incluem: Filtragem com ACLs padrão e estendidas QoS (DiffServ, IEEE 802.1p) Limitação e policiamento de taxas Recursos de switch de L2 Limitação e aprendizado de endereço fonte Agregação de links Empilhamento de VLANs Recursos de roteamento de L3 ECMP Roteamento inter-vlans Multicast IP Recursos de MPLS LSP de trânsito (Transit LSP) Rótulos Push (Empurrar), Pop (Saltar), Swap (Trocar) e Classify (Classificar) FRR Coleta de estatísticas Página 4

7 Arquitetura QoS consciente de serviços O ExaScale Série E oferece recursos amplos de gerenciamento de tráfego e QoS projetados de acordo com os requisitos IEEE 802.1p e DiffServ. Os ASICs ExaScale oferecem recursos robustos de marcação de pacotes, incluindo a capacidade de remapear prioridades de pacotes entre esquemas IP e Ethernet. O condicionamento de tráfego é baseado em medição e marcação baseada em token bucket de três cores e duas taxas. Oito filas por porta de destino mapeiam diretamente para modelos de enfileiramento baseado em classes DiffServ e IEEE 802.1p. A contenção do congestionamento é possível através de curvas configuráveis de probabilidade de precedência de queda do Descarte Antecipado Aleatório Ponderado (WRED Weighted Random Early Discard). A combinação destes recursos permite ofertas de serviços baseados em Taxa de Acesso Comprometido (CAR Committed Access Rate) com limitação e policiamento de taxas. QoS também está incorporado à malha de switches. São fornecidos tanto o buffer de entrada como o de saída, incluindo mecanismos de contrapressão (backpressure) que afastam a possibilidade de bloqueio de cabeças-de-fila. Filas separadas de unicast e multicast com 82 milissegundos de buffer permitem uma perda mínima de pacotes, mesmo em condições de rede com oversubscription. A malha de ExaScale Série E utiliza Enfileiramento Justo Ponderado Intercalado (IWFQ Interleaved Weighted Fair Queuing) para programar o tráfego fora das filas de entrada e saída e os tamanhos de filas programáveis permitem um manuseio perfeito de ambos os padrões de tráfego de tipo rajada e em tempo real. Com os recursos de QoS conscientes do serviço da arquitetura ExaScale Série E, os provedores de serviço podem honrar as prioridades de tráfego definidas pelo cliente ou atribuir sua própria classe de políticas de serviço para aplicar Acordos de Serviço (SLAs Service Level Agreements) simples e gerenciáveis. Plano robusto de controle do sistema Plano de controle de microprocessadores distribuídos Com três processadores em cada Módulo de Processador de Rota (RPM Route Processor Module) e um processador em cada placa de linha, o plano de controle do sistema do ExaScale Série E é personalizado para oferecer alto desempenho e tolerância a falhas para todo o conjunto do Sistema Operacional Dell Force10 (FTOS Dell Force10 Operating System) de recursos de switches de L2 e protocolos de roteamento de L3. Projetado para atender às necessidades das redes de escala de Internet, o plano de controle de sistema suporta milhões de entradas de tabela de roteamento, até 768 mil entradas de tabela de encaminhamento e dezenas de milhares de ACLs em cada placa de linha. Figura 2. QoS dentro dos ASICs Dell Force10 Página 5

8 Após o recebimento, o ASIC de classificador de pacotes pode marcar ou remarcar o pacote baseado na política configurada, incluindo filtragem Multi-Field (uma ACL correspondente em fonte, protocolo e porta), Rede de Área Local Virtual (VLAN Virtual Local Area Network), ou mapeamento de portas físicas. Após a classificação, um mecanismo marcador de três cores e duas taxas incorporado nos ASICs realiza o traffic shaping de entrada. O pacote é, então, colocado na fila de saída apropriada. As filas são atendidas pelo algoritmo IWFQ e enviado através da malha para as filas de saída. Um segundo mecanismo marcador de três cores e duas taxas, idêntico, realiza o traffic shaping na saída. Os processos de software são distribuídos entre os processadores, permitindo um multiprocessamento em tempo real de verdade. Isso permite o isolamento do processo com proteção da memória. Estes recursos são absolutamente necessários para a tolerância a falhas e a convergência rápida em redes de grande escala de provedores de serviço e empresas. Resiliência e segurança Os RPMs oferecem controle de tráfego inovador, limitação de taxa e filtragem. Estes recursos capacitam os administradores de rede a anular ataques de Negação de Serviço (DoS Denial of Service) prejudiciais e evitar a inundação de tráfego indesejado na rede um evento que coloca um fardo desnecessário nos processadores de controle. Caminhos de switches dedicados de 100 Mbps dos RPMs para todas as placas de linhas eliminam atualizações lentas de tabela de encaminhamento que, do contrário, poderiam comprometer a estabilidade da rede. Tolerância a falhas e alta disponibilidade Para maximizar o tempo de atividade da rede, a arquitetura da Série E suporta recursos de redundância, disponibilidade e capacidade de manutenção. Todos os componentes principais são redundantes, incluindo os componentes de refrigeração, alimentação, SFMs e RPMs. Todos os sistemas de memória são protegidos por paridade/ecc. A sincronização persistente da configuração e o monitoramento ambiental de todo o sistema permitem que o FTOS detecte, relate e corrija as falhas com o mínimo de interrupção no sistema. Além disso, os recursos de capacidade de manutenção, como a possibilidade de uso de hot-swap em todos os componentes, gerenciamento de cabo e acesso dianteiro a todo o cabeamento e placas minimiza o tempo médio dos reparos. Funcionalidade L2/L3/MPLS completa Sistema operacional confiável em tempo real O software Dell Force10 FTOS é personalizado para aplicativos Ethernet escaláveis de alto desempenho que abrangem LAN, MAN e WAN. O FTOS utiliza o desempenho sólido da plataforma de switches/roteadores ExaScale e oferece aos usuários finais a funcionalidade de que precisam para aproveitar a arquitetura da Série E. Um sistema operacional em tempo real, o FTOS é personalizado para uma gama extensa de recursos de MPLS, roteamento de L3 e switches de L2 de alto desempenho. A distribuição e a modularidade de processo em um ambiente multiprocessado protegido garante a estabilidade e a tolerância a falhas. Os recursos cruciais do FTOS são um plano de controle robusto de roteamento IP, tolerância a falhas de hardware e software, gerenciamento e contabilidade de tráfego altamente granular, Interface de Linha de Comando (CLI Command Line Interface) padrão do setor e diagnóstico do sistema. Recursos abrangentes de plano de controle de L2/L3/MPLS O FTOS trabalha em harmonia com os recursos por pacote assistidos por hardware fornecidos pelos ASICs ExaScale. Como resultado, o FTOS oferece funcionalidade e recursos de plano de controle L2/L3/MPLS do sistema, tornando-o uma parte integral da arquitetura da Série E. Página 6

9 No caso de L3, o FTOS oferece protocolos robustos de roteamento incluindo Protocolo de Gateway de Borda (BGP4 Border Gateway Protocol 4), IS-IS, Open Shortest Path First (OSPF) e Protocolo de Informações de Roteamento (RIP Routing Information Protocol 2) v2 que escala para milhões de rotas e 512 mil entradas de encaminhamento. O Protocolo de Redundância de Roteador Virtual (VRRP Virtual Router Redundancy Protocol) e o roteamento de Multi-Path de Custo Igual (ECMP Equal Cost Multi-Path routing) no FTOS permitem um design de rede confiável enquanto suporta Multicast de IP abrangendo do Protocolo de Gerenciamento de Grupo de Internet (IGMP Internet Group Management Protocol) e o Modo Disperso de Multicast Independente de Protocolo (PIM-SM Protocol Independent Multicast-Sparse Mode) ao Protocolo de Gateway de Borda Multiprotocolo (MBGP Multiprotocol Border Gateway Protocol) e o Protocolo de Descoberta de Fonte Multicast (MSDP Multicast Source Discovery Protocol) tornam o ExaScale Série E a plataforma de escolha no datacenter, backbone corporativo e aplicativos centrais da rede do provedor de serviço. No caso do L2, o FTOS escala para milhares de entradas MAC. Também suporta VLANs, empilhamento e tagging de VLANs, compartilhamento de cargas e failover com Agregação de Links (LAG Link Aggregation) e Protocolo Rapid Spanning Tree (RSTP Rapid Spanning Tree Protocol). No caso de MPLS, o FTOS oferece funcionalidade de LSR (Label Switch Router) com Agregação, Reroteamento Rápido, Proteção de Link/Nós, RSVP-TE, LDP, OSPF-TE, IS-IS-TE, MPLS sobre LAG, Hashing de LAG em Rótulos e 8 filas. Gerenciamento e serviços flexíveis Os clientes exigem flexibilidade e o Dell Force10 ExaScale Série E oferece a eles as ferramentas de que precisam. Estes recursos incluem controle de congestionamento com WRED e WFQ, interoperação QoS entre L2, L3 e MPLS, CAR (policiamento) e estatísticas detalhadas para contabilidade e faturamento. Faz parte integral da arquitetura da plataforma ExaScale seus recursos de gerenciamento seguros e flexíveis. O acesso do usuário pode ser autenticado através de RADIUS e TACACS+, e os métodos de acesso seguro são Secure Shell (SSH) e Secure Copy (SCP). Suporte incorporado para MIBs SNMP e uma porta dedicada de gerenciamento 100BaseT permite uma integração perfeita em qualquer ambiente de Gerenciamento de Rede in-band e out-of-band. Líder em serviços virtuais O ExaScale Série E foi desenvolvido com os serviços de virtualização em mente. Os serviços atuais e futuros no framework do Force10 são o suporte a VLAN, suporte a VRF (Virtual Routing and Forwarding) para entregar vários domínios de roteamento em um chassi como parte do VirtualControl, Virtual Chassis que suporta vários chassis, comportando-se como um só enquanto é controlado por um único master como parte do VirtualScale e suporte a sflow como parte do VirtualView. Com o ExaScale Série E, estes serviços são ferramentas que podem ser utilizadas pelos arquitetos e administradores de redes para reduzir a complexidade e otimizar os fluxos de dados através do datacenter, aumentando a confiabilidade e o desempenho. Consulte a nota técnica Dell Force10 s FTOS Delivers End-to-End Reliability While Lowering Network TCO ( O FTOS da Dell Force10 oferece confiabilidade de ponta a ponta enquanto reduz o custo total de propriedade da rede ) para mais informações sobre o framework de virtualização da Dell Force10. Página 7

10 Líder em serviços de automatização O ExaScale Série E também foi desenvolvido com automatização aberta e baseada em padrões como principal objetivo do projeto. Como tal, ele se esforça para uma solução completa e robusta ao interagir e cooperar com tecnologias emergentes de virtualização de desktop, rede e servidor. Colaborando com funcionalidades de provisionamento de recursos virtuais ou virtualizador de servidor, a Dell Force10 está se esforçando para diminuir a carga e reduzir o risco da outrora exigida intervenção administrativa. A rede deveria detectar e refletir as necessidades dos aplicativos e serviços na nuvem. Como parte do FTOS, a Dell Force10 desenvolveu um framework de automação aberto para oferecer a API e as conexões (hooks) necessárias, consistindo em dois elementos principais. Um elemento deste framework preenche a lacuna entre as tecnologias de servidores virtualizados e a rede, habilitando estas ferramentas a promover novas configurações para a rede, oferecendo, portanto, um sistema de provisionamento de loop fechado. O segundo elemento capacita middleware, oferecendo acesso a recursos cruciais de switches/roteadores para relatar e responder de acordo com as mudanças nas necessidades dos recursos. A tecnologia de automação baseada em padrões da Dell force10 é projetada para transformar a infraestrutura do datacenter em uma malha de computação em nuvem auto-otimizável, altamente disponível e controlável. Conclusão A arquitetura Dell Force10 ExaScale Série E permite que empresas e provedores de serviços construam redes Ethernet de alto desempenho, escaláveis e resilientes. A inovação tecnológica através de uma variedade de áreas permite que a plataforma ExaScale ofereça uma malha escalável de switches de 3,5 Tbps, encaminhamento distribuído de alto desempenho baseado em ASIC, um plano de controle robusto e o sistema operacional rico em recursos FTOS. O ExaScale Série E tem uma capacidade por slot de 125 Gbps através de 14 slots. Isso permite uma densidade gigante de portas GbE e 10 GbE hoje, mais escalabilidade suficiente para dobrar aquela densidade no futuro sem um upgrade de hardware. O encaminhamento distribuído baseado em ASIC da Dell Force10 oferece um desempenho verdadeiramente line rate para todos os tamanhos de pacotes, mesmo com todos os recursos L2/L3/MPLS habilitados. O plano de controle do multiprocessador, fortalecido com proteção contra DoS, fornece escalabilidade e resiliência para redes de grande porte. Além disso, o isolamento e a modularidade de processos do FTOS permitem estabilidade do plano de controle com muitos recursos. De datacenter virtualizado e computação em grid/cluster para Centrais da Internet (Internet Exchanges) e redes de computação na nuvem de próxima geração, a arquitetura inovadora do ExaScale Série E suporta os aplicativos de rede mais exigentes e possibilita os aplicativos de rede de velocidade ultra-alta de amanhã. O Dell Force10 ExaScale Série E oferece uma combinação sem precedentes de escalabilidade, desempenho e switch de L2, roteamento de L3 e MPLS completos. Página 8