Data Center Switches: Die Funktionen der Topgeräte im Vergleich

Dieser Vergleich der führenden Rechenzentrums-Switches informiert Sie vor dem Kauf über die unterschiedlichen Funktionen und Einsatzmöglichkeiten.

Dieser letzte Artikel in unserer vierteiligen Reihe über den Kauf von Data Center Switches vergleicht die Top-Switches auf dem Markt. Teil eins beschäftigt sich mit den verschiedenen Typen von Rechenzentrums-Switches. Teil zwei beleuchtet vier Einsatzszenarien, in denen ein Rechenzentrums-Switch den meisten Nutzen bietet. Teil drei erklärt, was es beim Kauf und der Bereitstellung von Data Center Switches zu beachten gilt.

Die Technologien, die in Rechenzentrums-Switches zum Einsatz kommen, können Unternehmen erhebliche Vorteile hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Verfügbarkeit und vereinfachter Verwaltung bieten. Doch sich im Detail mit den Unterschieden zwischen den diversen Produkten zu beschäftigen, kann zu einer großen Herausforderung werden. Um Ihnen eine Vorstellung davon zu vermitteln, welche Optionen sich am besten für Sie eignen, werfen wir einen Blick auf Szenarien und charakteristische Kategorien, anhand deren sich die Unterschiede zwischen den führenden Data Center Switches deutlich sichtbar machen lassen.

Obwohl Rechenzentrums-Switches derzeit vor allem von großen Unternehmen verwendet werden, sollte jede Firma sechs Hauptkriterien berücksichtigen, wenn es um den Kauf von Geräten dieses Switch-Typs geht:

  1. Physische Anforderungen
  2. Konvergierende Netzwerke
  3. Durchsatzkapazität
  4. Anforderungen an Energieverbrauch und Kühlung
  5. Hypervisor-Unterstützung von virtuellen Switches
  6. Support durch einen einzelnen Anbieter

Jeder Anbieter erfüllt diese Kriterien auf seine eigene Art und Weise, allerdings sind die Unterschiede in der Regel gering. Die meisten zeigen sich in den folgenden Bereichen, mit denen wir uns näher beschäftigen werden:

  • Physische Portdichte und Portdurchsatz
  • Unterstützung von konvergierten Netzwerken und Fibre Channel (FC)
  • Integration virtueller Server und Switch-Unterstützung
  • Durchgängige Strategie und Zukunftsfähigkeit

Physische Portdichte und Portdurchsatz

Im Hinblick auf die physische Portdichte gibt es Rechenzentrums-Switches in allen Formen und Größen. Aber unterschiedliche Architekturen diktieren, wie viele physische Ports eines bestimmten Transporttyps möglich sind. Viele Data Center Switches basieren auf Blade-Chassis, die mehrere Line Cards mit verschiedenen Porttypen und -dichten aufnehmen.

So kann eine einzelne Line Card für Switches der Serie Cisco Nexus 9500 Platz für folgende Komponenten bieten: 48 SFP-Schnittstellen (Small Form-factor Pluggable) mit 1/10 Gigabit Ethernet (GbE), 36 SFP-Schnittstellen mit 40 GbE oder acht CFP-Schnittstellen (C Form-factor Pluggable) mit 100 GbE. 

Darüber hinaus kann eine 40-GbE-Karte mit 36 Ports eine QSFP-Schnittstelle (Quad Small Form-factor Pluggable) nutzen. Das heißt, dass sich eine einzelne 40-GbE-Schnittstelle in vier Standardkupfer- oder optische Schnittstellen mit je 10 GbE aufteilen lässt. Dazu dient ein Breakout-Kabel mit einem QSFP- und vier SFP+-Anschlüssen. In diesem Fall kann eine einzige Line Card bis zu unglaublichen 144 Verbindungen mit 10 GbE bieten. Pro Line Card kann ein Topmodell wie der Nexus 9500 ein Maximum von 3,84 TBit/s erreichen.

Der HP FlexConnect spielt in einer ähnlichen Liga und verfügt über Line Cards, die 48 Ports mit 10 GbE, 24 Schnittstellen mit 40 GbE oder vier Schnittstellen mit 100 GbE bieten. Der maximale Durchsatz liegt nur etwas über 2 TBit/s pro Line Card. Momentan ist keine Option für QSFP verfügbar, um eine Schnittstelle mit 40 GbE in mehrere 10-GbE-Schnittstellen aufzuteilen.

Das Erreichen der maximalen Bandbreite hängt von Faktoren ab wie den verfügbaren Fabric-Modulen und dem Typ des eingesetzten Supervisor-Moduls. Auch die Latenz spielt eine entscheidende Rolle, wenn man das wichtigste Merkmal eines jeden Rechenzentrums betrachtet – wie lange es dauert, um Frames und Pakete zu vermitteln. 

Auf diesem Gebiet scheinen Firmen wie Arista und Extreme Networks zu glänzen. Arista ist äußerst bekannt im Hochfrequenzbereich, da die Switches dieses Herstellers mit einer ultrageringen Latenz arbeiten und so in der Lage sind, Frames und Pakete mit einer Geschwindigkeit von zirka 250 Nanosekunden (ns) zu vermitteln. Der X770-Switch von Extreme Networks verfügt über eine Latenz von weniger als 600 ns, die er in Kombination mit einer Fabric erreicht, in der Switches des Typs BlackDiamond x8 Core vom selben Hersteller als Schaltzentrale fungieren. 

Andere Rechenzentrums-Switches bieten eine Latenz im Mikrosekundenbereich. Bald entdeckte Cisco die lukrative Marktnische und begann mit der Herstellung seiner speziellen Nexus-Reihe. Diese Switches sind mit der Algo-Boost-Technik ausgestattet und machen mittlerweile den Produkten von Arista und Extreme Networks Konkurrenz. Wenn eine geringe Latenz ein entscheidender Faktor Ihrer Strategie für Rechenzentren ist, empfiehlt es sich, einen Blick auf die Angebote von Cisco, Arista und Extreme Networks zu werfen.

Sind hingegen die physische Portdichte und Leistung die wichtigsten Anforderungen, so ist Cisco die beste Wahl. Es ist das einzige Unternehmen, das einen Line-Card-Durchsatz von mehr als 3 GbE bietet und den QSFP-Standard unterstützt. Je nach Ihren Anforderungen gibt es auf dem Markt eine Vielzahl von unterschiedlichen Optionen für Portdichten und Leistungsspektren.

Unterstützung von konvergierten Netzwerken und Fibre Channel

Legacy-Speichernetzwerke wurden üblicherweise als separate physische Netzwerke bereitgestellt. Das Storage Area Network (SAN) nutzte Fibre-Channel-Protokolle und Switching-Hardware, während der Traffic des lokalen Netzwerks (LAN) über Standard-Ethernet-Protokolle und -Hardware abgewickelt wurde. Jüngste Fortschritte bei Protokollen und Hardware ermöglichen es nun, dass SAN- und LAN-Traffic die gleiche physische Verkabelung und Switch-Ausstattung nutzt.

Die Fibre-Channel-Konnektivität kann in nativer Form erfolgen oder mittels FCoE-Schnittstelle (Fibre Channel over Ethernet). Wenn Sie eines oder beides benötigen, denken Sie daran, dass nicht alle Switch-Anbieter und Modelle die Protokolle vollständig unterstützen. Arista zum Beispiel bietet keine Unterstützung für Fibre Channel. Wenn Sie also Fibre Channel in irgendeiner Form brauchen, sollten Sie sich anderweitig umschauen. Andere Firmen wie Cisco, HP, Huawei und Juniper unterstützen in einigen ihrer Data Center Switches beide Fibre-Channel-Typen.

So unterstützen die Switches der Serie QFX3500 von Juniper und CloudEngine 6800 von Huawei Fibre-Channel-Ports, die als FCoE-FC-Gateways bezeichnet werden. Das bedeutet, dass die physische Schnittstelle entweder nativen Fibre Channel oder Ethernet-gekapseltes FCoE versteht. Bei der Serie Nexus 5000 von Cisco können Ihre SFP-Schnittstellen entweder als Standard-Ethernet oder FCoE ausgeführt sein. Bei Bedarf lassen sich dem Switch dann separate, dedizierte Fibre-Channel-Module hinzufügen. Im Mai 2015 verbesserte Cisco seine Unterstützung für konvergierte Netzwerke durch einen Fibre-Channel-Switch mit 96 Ports und 16 GbE sowie 40-GbE-Unterstützung in allen Switches der Serien Nexus 7700 und Nexus 7000.

Für Nutzer wiederum, die bereits massiv in nativen Fibre Channel investiert haben und daran festhalten wollen, ist Brocade der klare Gewinner. Brocade bietet so gut wie jede Implementierung von Fibre Channel – einschließlich Unterstützung für nativen Gen 5 Fibre Channel mit 16 GBit/s. Angeblich soll Brocade in naher Zukunft auch an einem Gen-6-Angebot mit 32 GBit/s arbeiten.

Die Auswahl des richtigen Anbieters kann entscheidend sein, wenn Sie in absehbarer Zeit planen, Ihre LAN- und SAN-Netzwerke zu konvergieren.

Integration virtueller Server

Virtualisierungssoftware für Server wie vSphere von VMware, Hyper-V von Microsoft und KVM gehen beim virtuellen Switch getrennte Wege. Dieser führt Switching-Funktionen zwischen virtuellen Maschinen aus, die sich im selben Blade-Server-Chassis befinden. Für einige Firmenkunden sind die eingebauten Tools für den virtuellen Switch ausreichend. Doch oft wollen große Unternehmen, die granularere Steuerungsmöglichkeiten für ihre Switch-Ports implementieren, in der Lage sein, virtuelle Data Center Switches auf dieselbe Weise wie ihre physischen Entsprechungen zu verwalten.

Einige Anbieter, darunter Brocade und Huawei, erlauben es lediglich Administratoren, die integrierten Funktionen in der Hypervisor-Basissoftware zu verwenden. Cisco wiederum verfolgt mit seiner virtuellen Switch-Software Nexus 1000V einen eigenen Ansatz. 

Diese Software ersetzt im Grunde die virtuellen Switching-Systeme in Umgebungen mit VMware vSphere oder Microsoft Hyper-V. Schließlich gibt es noch einige Firmen, unter anderem Juniper und HP, die VMwares vSwitch-Software mit ihrer eigenen Software überlagern. Durch diese Overlay-Funktion erhalten Administratoren den Eindruck, dass sie keinen virtuellen Switch von VMware, sondern einen Juniper- oder HP-Switch verwalten.

Die Integration virtueller Switches kann ungeheuer wichtig werden, wenn virtuelle Maschinen über besondere Konfigurationen der Switch-Ports verfügen und regelmäßig herauf- und heruntergefahren oder verschoben werden. Wenn das der Fall ist, sollten Sie nach Anbietern schauen, die entweder ihre eigene virtuelle Switching-Software oder mindestens eine Überlagerungsmöglichkeit bieten. 

Die Software Nexus 1000v von Cisco ist vielleicht die beste Lösung. Sie ermöglicht die engste Integration in die physischen Rechenzentrums-Switches mit einer breiteren Funktionspalette. Darüber hinaus unterstützt sie die Hypervisoren von VMware und Microsoft. Allerdings machen Sie sich damit von einem proprietären virtuellen Switching-System abhängig.

Das lässt sich mit der Overlay-Software Junos Space von Juniper und FlexFabric 5900v von HP verhindern. Hierbei handelt es sich um auf Standards basierende Produkte, die VMwares virtuelle Switch-Software ESX überlagern und steuern. Der offensichtliche Nachteil besteht darin, dass es von keinem dieser Anbieter Unterstützung für Microsoft Hyper V gibt. Falls Sie in einem konsistenten virtuellen Switching-Framework Unterstützung sowohl für die VMware- als auch für die Microsoft-Hypervisoren benötigen, ist Cisco die beste Lösung. Wenn Sie in Ihrem Rechenzentrum jedoch ausschließlich VMware einsetzen, lohnt es sich definitiv, Juniper und HP in die engere Wahl zu ziehen.

Durchgängige Strategie

Der letzte Aspekt, den es zu berücksichtigen gilt, ist der Nutzen, der in einem durchgängigen Ansatz steckt: Einheitliches Design und vereinfachtes Troubleshooting sind klare Vorteile, wenn Sie sich für die Komplettlösung aus einer Hand entscheiden. Praktisch bieten nur Cisco, HP und Huawei Hardware- und Softwareportfolios, die das gesamte Rechenzentrum abdecken. Von ihnen verfügt Cisco über die vielleicht ausgeklügeltste, langfristige durchgängige Strategie. 

Eines sollten Sie bei diesem Thema bedenken: Der Trend geht immer mehr in Richtung SDN-Architekturen (Software-defined Networking). Hinter SDN steckt das Konzept, die Bereitstellung von Rechenzentrumsanwendungen zu beschleunigen und zu vereinfachen, indem man verschiedene Infrastrukturrichtlinien zentralisiert und automatisiert – vom Switching und Routing bis hin zur Zugangssteuerung und Speicherzuordnungen. 

Eine SDN-Implementierung wird nur dann erfolgreich sein, sofern alle Komponenten für die Netzwerkinfrastruktur das gleiche zugrunde liegende Protokoll verwenden. Viele bauen auf eine Open-Source-SDN-Plattform, um weiter unabhängig agieren zu können, während andere darauf vertrauen, dass ein Mix aus quasi-proprietären und Open-Source-Lösungen mehr Vorteile mit sich bringt.

Egal welchen Weg Sie einschlagen: Sie müssen die verschiedenen Strategien der Anbieter beachten, die Sie in Ihrem Rechenzentrum implementieren. Auf diese Weise stellen Sie die Zukunftsfähigkeit Ihrer Investitionen sicher, wenn SDN zum Standard wird. Die überwältigende Mehrheit der Anbieter von Hardware und Software für Data Center (unter anderem Dell, Extreme, HP und Juniper) entwickeln ihre SDN-Strategien auf Grundlage des äußerst populären OpenFlow-Protokolls. Indem sie das gleiche zugrunde liegende Protokoll mit strikten Standards nutzen, sollten andere native OpenFlow-Software und -Geräte interoperabel sein. Doch wie wir alle wissen, funktioniert die Interoperabilität bisweilen nicht so wie in der Werbung versprochen.

Cisco wiederum ist bekannt für seine proprietären Produkte. Ciscos hardwareorientierte SDN-Strategie Application Centric Infrastructure (ACI) spiegelt diesen Ansatz wider. Anstatt OpenFlow als Grundlage für ACI zu nehmen, führte Cisco OpFlex ein, ein Protokoll, das Cisco als offen und standardbasiert konzipiert hat. Obwohl es im technischen Sinn nicht proprietär ist, haben die Konkurrenten bereits stark in OpenFlow investiert, und diese Festlegung wird sich in nächster Zukunft wohl auch kaum ändern.

Mit der Entscheidung, einen abweichenden Standard als Basis für seine SDN-Plattform zu verwenden, steht Cisco vorerst alleine da. Doch die Firma hat eine Möglichkeit gefunden, Drittanbieter einfach in ihre Strategie einzubinden. Cisco bietet ein recht solides API-System (Application Programming Interface), über das Dritte die Infrastruktur nutzen können, um Funktionen hinzuzufügen, die auf spezifische Geschäftsanforderungen zugeschnitten sind. 

Obwohl das Unternehmen SDN nur sehr zögerlich aufgegriffen hat, entsteht der Eindruck, als habe man sehr viel Zeit darauf verwendet, herauszufinden und zu erklären, wie SDN in einem Cisco-Netzwerk aussieht. Wenn Sie die Netzwerkinfrastruktur der nächsten Generation auswählen, müssen Sie die Frage beantworten, ob Sie sich dem führenden Netzwerkausrüster anschließen und sich so einseitig abhängig machen oder auf einen anderen Anbieter setzen sollen. In letzterem Fall drohen möglicherweise Interoperabilitätsprobleme und unvollendete SDN-Roadmaps.

Fazit

Für beinahe jeden Einsatzzweck gibt es eine Vielzahl an Anbietern von Data Center Switches und verschiedenen Switch-Modellen. Bei den meisten Aufgaben fallen die Unterschiede nur gering aus. Allerdings gibt es deutliche Unterschiede hinsichtlich Kapazität, Leistung, Konvergenz, durchgängiger Handhabung und Zukunftsfähigkeit. Um diese Aspekte sollten Sie sich zuerst kümmern, bevor Sie ein bestimmtes System auswählen. Wenn Sie Ihre Entscheidung treffen, berücksichtigen Sie Ihre aktuellen und künftigen Anforderungen. Und finden Sie heraus, welche der Unterscheidungsmerkmale für Sie am wichtigsten sind.

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