Conexión de centros de datos

El protocolo de interconexión de centros de datos ( DCB, por sus siglas en inglés) es un conjunto de mejoras al protocolo de comunicación de red de área local Ethernet para su uso en entornos de centros de datos , en particular para su uso con clústeres y redes de área de almacenamiento .

Ethernet es el protocolo de red principal en los centros de datos para la comunicación entre ordenadores. Sin embargo, Ethernet está diseñado para ser una red de mejor esfuerzo , por lo que puede experimentar pérdida de paquetes cuando la red o los dispositivos están saturados.

Según el principio de extremo a extremo , la fiabilidad del transporte en redes IP es responsabilidad de un protocolo de transporte, como el Protocolo de Control de Transmisión (TCP). Un área de evolución para Ethernet es la adición de extensiones al conjunto de protocolos existente para proporcionar fiabilidad sin requerir la complejidad de TCP. Con el paso a  velocidades de transmisión de 10 Gbit/s y superiores, también existe el deseo de una mayor granularidad en el control de la asignación de ancho de banda y de garantizar un uso más eficaz del mismo. Estas mejoras son particularmente importantes para que Ethernet sea un transporte más viable para el tráfico de clústeres de almacenamiento y servidores. Una motivación principal es la sensibilidad de Fibre Channel over Ethernet a la pérdida de tramas. El objetivo de nivel superior es utilizar un único conjunto de dispositivos físicos o adaptadores Ethernet para que los ordenadores se comuniquen con una red de área de almacenamiento (SAN), una red de área local (LAN) y una estructura InfiniBand . ^{[ 1 ]}

DCB tiene como objetivo, para tráfico seleccionado, eliminar la pérdida debida al desbordamiento de cola (a veces denominado Ethernet sin pérdidas ) y poder asignar ancho de banda en los enlaces. En esencia, DCB permite, hasta cierto punto, tratar las diferentes prioridades como si fueran diferentes canales. Para alcanzar estos objetivos, se están desarrollando (o ya se han desarrollado) nuevos estándares que extienden el conjunto existente de protocolos Ethernet o emulan la conectividad que ofrecen dichos protocolos. Estos estándares están siendo desarrollados (o ya se han desarrollado) respectivamente por dos organismos de normalización distintos:

• Grupo de trabajo de interconexión de centros de datos del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) del Grupo de trabajo IEEE 802.1
• Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF).

Habilitar DCB de forma generalizada en redes arbitrarias con topologías irregulares y sin enrutamiento especial puede provocar interbloqueos, grandes retrasos de almacenamiento en búfer, desigualdad y bloqueo de cabecera de cola . Se sugirió utilizar DCB para eliminar el inicio lento de TCP mediante el enfoque de TCP-Bolt . ^{[ 2 ]}

Se han utilizado diferentes términos para comercializar productos basados ​​en estándares de interconexión de centros de datos:

• Data Center Ethernet (DCE) fue un término registrado como marca comercial por Brocade Communications Systems en 2007, pero abandonado a petición de la empresa en 2008. ^{[ 3 ]} DCE hacía referencia a las mejoras de Ethernet para los estándares Data Center Bridging, e incluía también una implementación de multipathing de capa 2 basada en el estándar TRILL ( Transparent Interconnection of Lots of Links ) del IETF. ^{[ 4 ]}
• Ethernet de convergencia mejorada o Ethernet convergente mejorada (CEE) fue definida entre 2008 y enero de 2009 por un grupo que incluía a Broadcom , Brocade Communications Systems , Cisco Systems , Emulex , HP , IBM , Juniper Networks y QLogic . ^{[ 5 ]} El grupo ad hoc se formó para crear propuestas de mejoras que permitieran la convergencia de protocolos de red sobre Ethernet, especialmente Fibre Channel . Las especificaciones propuestas a los grupos de trabajo IEEE 802.1 inicialmente incluían:
  • La especificación de Control de Flujo Basado en Prioridades (PFC, por sus siglas en inglés) Versión 0 se presentó para su uso en el proyecto IEEE 802.1Qbb , dentro del grupo de trabajo DCB del grupo de trabajo IEEE 802.1.
  • La especificación de la versión 0 de la Selección de Transmisión Mejorada (ETS, por sus siglas en inglés) se presentó para su uso en el proyecto IEEE 802.1Qaz , dentro del grupo de trabajo DCB del grupo de trabajo IEEE 802.1.
  • La especificación Data Center Bridging eXchange (DCBX) versión 0 también se presentó para su uso en el proyecto IEEE 802.1Qaz .

Las siguientes normas han sido adoptadas como estándares IEEE:

• Control de flujo basado en prioridades (PFC): IEEE 802.1Qbb proporciona un mecanismo de control de flujo a nivel de enlace que puede controlarse de forma independiente para cada prioridad de trama. El objetivo de este mecanismo es garantizar la ausencia de pérdidas en condiciones de congestión en redes DCB.
• Selección de transmisión mejorada (ETS): IEEE 802.1Qaz proporciona un marco de gestión común para la asignación de ancho de banda a las prioridades de trama.
• Notificación de congestión: IEEE 802.1Qau proporciona gestión de congestión de extremo a extremo para protocolos capaces de limitar la velocidad de transmisión y así evitar la pérdida de tramas. Se espera que beneficie a protocolos como TCP, que cuentan con gestión de congestión nativa, ya que reacciona a la congestión de forma más oportuna.
• Protocolo de Intercambio de Capacidades de Interconexión de Centros de Datos (DCBX): un protocolo de descubrimiento e intercambio de capacidades que se utiliza para transmitir las capacidades y la configuración de las funciones mencionadas entre nodos vecinos, garantizando así una configuración coherente en toda la red. Este protocolo aprovecha la funcionalidad proporcionada por IEEE 802.1AB ( LLDP ) y, de hecho, está incluido en el estándar 802.1az.

• El estándar IETF TRILL proporciona reenvío de datos por pares de menor coste sin configuración en redes de múltiples saltos con topología arbitraria, reenvío seguro incluso durante períodos de bucles temporales y soporte para rutas múltiples tanto para tráfico unicast como multicast . TRILL logra esto mediante el enrutamiento de estado de enlace IS-IS (Sistema Intermedio a Sistema Intermedio) y encapsulando el tráfico mediante una cabecera que incluye el número de saltos. TRILL admite VLAN y prioridades de trama. Los dispositivos que implementan TRILL se denominan RBridges. Los RBridges pueden reemplazar gradualmente los puentes de cliente IEEE 802.1. Estatuto del Grupo de Trabajo TRILL
• IEEE 802.1aq especifica el puenteo de ruta más corta de tramas Ethernet unicast y multicast, para calcular múltiples topologías activas (LAN virtuales) que pueden compartir información de ubicación de estaciones aprendida. Se describen dos modos de operación, dependiendo de si el puente de origen es 802.1ad (QinQ), conocido como SPBV, o 802.1ah (MACinMAC), conocido como SPBM . SPBV admite una VLAN usando un identificador de VLAN (VID) por nodo para identificar el árbol de ruta más corta (SPT) asociado con ese nodo. SPBM admite una VLAN usando una o más direcciones MAC de la red troncal para identificar cada nodo y su SPT asociado, y puede admitir múltiples topologías de reenvío para compartir la carga entre árboles de igual costo usando un único B-VID por topología de reenvío. Tanto SPBV como SPBM usan tecnología de enrutamiento de estado de enlace. SPBM, debido a su encapsulación MACinMAC, es más adecuado para un gran centro de datos que SPBV. El estándar 802.1aq define 16 opciones de rutas múltiples configurables como parte del protocolo base, con un mecanismo de rutas múltiples extensible que permite muchas más variaciones en el futuro. 802.1aq admite la creación dinámica de redes LAN virtuales que interconectan a todos sus miembros mediante rutas simétricas de ruta más corta. Las redes LAN virtuales se pueden asignar de forma determinista a las diferentes rutas múltiples, lo que proporciona cierto grado de ingeniería de tráfico además de la gestión de rutas múltiples, y pueden expandirse o contraerse con simples cambios en la membresía. 802.1aq es totalmente compatible con versiones anteriores de todos los protocolos 802.1. 802.1aq se convirtió en un estándar IEEE en abril de 2012.
• Fibre Channel over Ethernet : T11 FCoE. Este proyecto utiliza protocolos Fibre Channel existentes para ejecutarse en Ethernet y permitir que los servidores accedan al almacenamiento Fibre Channel a través de Ethernet. Como se mencionó anteriormente, uno de los motivos para mejorar Ethernet es la compatibilidad con el tráfico de almacenamiento. Si bien iSCSI estaba disponible, dependía de TCP/IP y existía la necesidad de admitir el tráfico de almacenamiento en la capa 2. Esto dio lugar al desarrollo del protocolo FCoE, que requería un transporte Ethernet fiable. El estándar fue finalizado en junio de 2009 por el comité ANSI T11.
• El estándar IEEE 802.1p/Q proporciona 8 clases de tráfico para el reenvío basado en prioridades.
• El estándar IEEE 802.3bd proporcionó un mecanismo para el control de flujo de pausa por prioridad a nivel de enlace.

Estos nuevos protocolos requerían nuevo hardware y software tanto en la red como en el controlador de interfaz de red . Empresas como Avaya , Brocade , Cisco , Dell , EMC , Emulex , HP , Huawei , IBM y Qlogic estaban desarrollando productos para ello .