Platforma Juniper QFabric

Platforma Juniper QFabric Matěj Čenčík (CEN027) Abstrakt: Tématem článku je princip a architektura JuniperQFabric platformy. Klíčová slova: Juniper, QFabric, Platforma, Converged services, non-blocking architecture, lossless architecture, Fibre over Ethernet. Obsah Úvod... 1 Problém... 2 Architektura... 4 Komponenty Systému... 6 QFabric Node... 6 QFabric Interconnect... 7 QFabric Director... 9 Závěr... 9 Použitá literatura... 10 Červen 2015 1/10

1. Úvod QFabric je systém virtualizovaného přepínače představený firmou Juniper v roce 2012. Písmeno Q v názvu znamená Quantum Kdysi byla typická role datacentra v připojování vzdálených uživatelů/poboček které potřebovaly komunikovat s datacentrem, tento typ přístupu se dá nazvat North-West (vertikálním) způsobem komunikace. Dnes, kdy datacentra mohou dosahovat skutečně masivních rozměrů, z důvodu přesunu aplikací, datových úložišť a zdrojů výpočetní síly do těchto datacenter, je třeba aby samotná komunikace napříč datacentrem (East-West/horizontální) nebyla úzkým hrdlem a byla zde možnost jednoduše škálovat síť s měnícími se požadavky na ni. Červen 2015 2/10

1.1 Problém QFabric je řešením problémů se kterými se potýkají stávající datacentra. Mezi tyto problémy patří: Omezená škálovatelnost Požadavky na energii, chlazení, zasíťování, prostory a hustotu portů rostou exponenciálně s tím jak tradiční datacentrum roste což znesnadňuje další růst. Neefektivní využití zdrojů Až 50% portů v datacentru s klasickou architekturou, slouží k propojení mezi různými úrovněmi a nepropojují přímo koncová zařízení v datacentru. Místo aby se provoz pohyboval vodorovně mezi servery, tak je posílán přes jednotlivé vrstvy nahoru a dolů aby se dostal do požadované destinace. Zvýšená latence Při průchodu každou vrstvou roste čas potřebný k vykonání nezbytných procesů spojených s tímto přechodem (L2/L3). Vzniká tak nechtěný procesní overhead při vícenasobné iteraci paketů/ramců, díky čemuž konečném důsledku narůstá latence. Červen 2015 3/10

2 Architektura QFabric místo 3 úrovňové architektury používá úroveň jednu. V podstatě tím umožnil přímé propojení zařízení na přístupové vrstvě (Node devices), jakoby byla zařízení připojena napřímo přes obrovskou, vysoce škálovatelnou vnitřní sběrnici (Interconnect devices). Celý systém QFabric je řízen jako jeden veliký přepínač, s pomocí správce (Device manager), který se skládá z redundantních/škálovatelných HW a SW částí. QFabric v podstatě kopíruje architekturu modulárního switche a skládá se z: Datové sběrnice (Data plane) V architektuře QFabric se jedná o QFabric Node a QFabric Interconnect. Přes datovou sběrnici protéká veškerý provoz mezi koncovými zařízeními. Propojení mezi Interconnectem a Node je realizováno pomocí 2/4/8 40Gbps spoji. Všechny spoje se aktivně podílejí na přenášení dat a není třeba SPT (spanning tree protocol). Mezi spoji dochází k balancování zátěže L2/L3 a FCoE provozu. Ovládací sběrnice (Control Plane) Služby ovládací sběrnice např L2/L3 přepínaní/směrování jsou poskytovány QFabric Directorem, který je propojen s Nody a Interconnecty pomocí dvou out-of-band sítí (Síť fyzicky oddělená od datové sítě). Out-of-band síť je použita pro automatické objevování nových uzlů, konfiguraci nebo upgrade systémů jednotlivých uzlů. Řídicí zběrnice (Management Plance) poskytuje veškeré řídicí služby pro QFabric komunikuje přímo se všemi Nodami a Interconnecty, díky čemuž poskytuje přehled o celém systému na jednom místě Obrázek 1 - mapování komponent modulárního přepínače na komponenty systému QFabric Červen 2015 4/10

Mezi hlavni vlastnosti systému QFabric patří: Nízká latence Díky odstranění nepotřebných vrstev, dosahuje QFabric minimálního zpoždění, které najde uplatnění v mission critical systémech jako jsou například finanční transakce a realtime obchodování na burze, nebo ve video/voip službách. Škálovatelnost a jednoduchost QFabric může být spravován jako jeden logický celek obsahující tisíce koncových zařízení. Podpora Jelikož je QFabric systém odolný proti zahlcení (Congestion-Free) a zároveň bezztrátový (LossLess), podporuje Ethernet, Fibre Channel over Ethernet (FCoE) a Fibre Channel pakety a rámce. Obrázek 2 - Vizualizace začlenění komponent v systému QFabric Červen 2015 5/10

3 Komponenty systému Modelové řady platformy QFabric. QFX3000-M Navržen pro oblast Tier 2 a kontejnerová datacentra. Obsahuje 768 10 GbE portů s latencí maximálně 3µ mezi kterýmikoliv dvěma porty. QFX3000-G Použití u velkých podniků, poskytovatelů služeb a cloudových datacenter Obsahuje 6144 10GbE portů s latencí maximálně 5µ mezi kterýmikoliv dvěma porty. Systém QFabric se skládá z následujících základních komponent. 3.1 QFabric Node (Uzel) Line kartu v případě QFabric představuje 1U (RackUnit) přepínač vysokou hustotou portů a fixní HW konfigurací. Poskytuje vstup a výstup systému QFabric. Uzel může také operovat jako samostatná Top-Of-The rack přepínací jednotka a poskytovat přístup do QFabric. Jako Uzly se používají dva druhy přepínačů a to QFX3500 a QFX3600. Obě přepínače mají redundantní zdroj el. energie a propustnost až 1,28 Tbps. Obrázek 3 - QFX3500 - pohled zepředu Obrázek 4 - QFX3500 - pohled zezadu Červen 2015 6/10

Obrázek 5 - QFX3600 - pohled zezadu a zepředu 3.2 QFabric Interconnect (Propojovací jednotka) Propojovací jednotka představuje vnitřní sběrnici modulárního switche. Propojuje veškeré uzly v jednoúrovňové architektuře každý-s-každým (any-to-any). Opět je možnost použití dvou různých zařízení. QFabric systém typu QFX3000-M využívá QFX3600-I, což je 1U (Rack Unit) zařízení s pevnou HW konfigurací. Podporuje až 16připojených uzlů a je možné dosáhnout počtu až 765 10GbE portů. QFabric systém typu QFX3000-G, který využívá jako propojovací modulární jednotku QFX3008-I, která zvládne propojit až 128 uzlů s celkovým maximálním počtem 6144 10GbE portů. Obrázek 6 - QFX3600-I - pohled zezadu a zepředu Červen 2015 7/10

Obrázek 7 - QFX3008-I - pohled zepředu Obrázek 8 - QFX3008-I - pohled zezadu Červen 2015 8/10

3.3 QFabric Director(Řídicí jednotka) Obsahuje směrovací engine, poskytuje kontrolu správu celého QFabric systému. Používá se QFX3100 QFabric Director. Tyto jednotky je možné nasazovat v klastru pro zvýšení redundance. Obrázek 9 - QFX3100-Director - pohled zepředu Obrázek 10 - QFX3100-Director - pohled zezadu 4 Závěr Jedná se o systém skládající se z více komponentů, které dohromady pracují jako jeden logický přepínač za účelem poskytnutí vysoce výkonné, každý-s-každým (any-to-any) topologie a zároveň zjednodušující správu, což jej předurčuje k použití v nejrůznějších virtualizovaných datacentrech a službách v cloudu. Všude tam, kde je potřeba vysoká hustota rychlých portů. Jedná se o škálovatelný systém přepínačů, který narovnává síťovou architekturu datacentra do jediné úrovně, a kde všechny přístupové body (access porty) jsou si rovny. Díky tomu, že se jedná o mnoho zařízení, je vysoce škálovatelný a ekonomicky efektivní. QFabric je je množina zařízení, která se navenek chová jako jeden velký přepínač Červen 2015 9/10

5 Použitá literatura [1] Produktové materiály dostupné na adrese [online] [cit. 2015-24-06 ] http://www.juniper.net/uk/en/products-services/switching/qfabric-system/ [2] Produktové materiály dostupné na adrese [online] [cit. 2015-24-06 ] http://www.juniper.net/documentation/en_us/junos12.3/topics/concept/qfabric-architectureunderstanding.html [3] Produktové materiály dostupné na adrese [online] [cit. 2015-24-06 ] http://www.juniper.net/techpubs/en_us/release-independent/junos/topics/concept/qfx3008- hardware-overview.html [4] Produktové materiály dostupné na adrese [online] [cit. 2015-24-06 ] http://www.juniper.net/techpubs/en_us/release-independent/junos/topics/concept/qfxctrl-hardwareoverview.html [5] Produktové materiály dostupné na adrese [online] [cit. 2015-24-06 ] http://www.juniper.net/documentation/en_us/junos12.1/topics/concept/control-plane-qfabricunderstanding.html [6] Produktové materiály dostupné na adrese [online] [cit. 2015-24-06 ] http://www.juniper.net/documentation/en_us/junos12.1/topics/concept/control-plane-qfabricunderstanding.html [8] Video prezentace Juniper QFabric https://www.youtube.com/watch?v=jcwru0rsa3c Červen 2015 10/10