ToR- und ToR-Switches in Rechenzentrums-Architekturen

ToR ist heutzutage die am weitesten verbreitete Architektur, wenn es um die Verkabelung zwischen Racks in großen Netzwerken wie Rechenzentren geht. In diesem Artikel werden Fragen wie „Was ist ToR?“ und „Wie installiert man einen ToR-Switch?“ auf leicht verständliche Weise beantwortet.

Was ist ToR?

ToR (Top of Rack) bezieht sich auf den Einsatz von einem oder zwei Switches in jedem Serverschrank, wobei die Server direkt mit den Switches im Schrank verbunden sind und die Verbindung von Servern und Switches innerhalb des Schranks ermöglichen. Obwohl Top of Rack wörtlich übersetzt „oben im Rack“ bedeutet, ist der eigentliche Kern von ToR der Einsatz der Switches im Serverschrank, entweder oben auf dem Schrank, in der Mitte des Racks oder unten im Rack. Im Allgemeinen ist die Oberseite des Schranks für die Kabelführung am besten geeignet, weshalb diese Architektur am häufigsten verwendet wird.

Was ist ein ToR-Switch?

Ein Switch, der in einem Serverschrank in einer ToR-Struktur eingesetzt wird, wird als ToR-Switch bezeichnet. ToR-Switches werden im Allgemeinen als Box-Switches mit einer Höhe von 1 HE bis 2 HE ausgeführt. Ein ToR-Switch kann ein Access-Switch, ein Aggregation-Switch oder ein Core-Switch sein. Wenn sich der ToR-Switch oben auf dem Serverschrank befindet und als Brücke zwischen dem Server und dem Core- oder Aggregations-Switch fungiert, wird er als Access-Switch bezeichnet; Wenn sich der ToR-Switch oben auf dem Serverschrank befindet, wird er als Aggregations- oder Core-Switch bezeichnet. Bei der Auswahl eines ToR-Switches müssen Sie in der Regel die Anzahl und Rate der Ports, die mit dem Server nach dem Switch verbunden sind, sowie die Flexibilität der Upstream-Ports berücksichtigen.

Vor- und Nachteile von ToR

Vorteile

Verkabelungsgeschwindigkeit, Verkabelungskosten und Wartungskosten werden durch eine erhebliche Reduzierung der Anzahl von Kabeln reduziert. Unabhängige Struktur jedes Racks, einfache Aufrüstung oder Austausch jedes Racks. Reduziert die Komplexität der Netzwerkstruktur. Mehr im Einklang mit dem Trend zum grünen Rechenzentrum und zur Energieeinsparung. Es ist bequemer, wenn Kabel für spätere Serviceerweiterungen ausgetauscht werden müssen. Kann eine einheitliche Fabric-Topologie aufbauen. Das 1G/10G-Bandbreitennetzwerk kann in der Zukunft durch das 10G/40G-Hochgeschwindigkeitsnetzwerk mit den niedrigsten Kosten ersetzt werden.

Nachteile

Verteiltes Netzwerkdesign erfordert mehr Switches. Hohe Wartungskosten. Geringere Switch-Auslastung möglich. Erhöhte Wahrscheinlichkeit von Gerätefehlkonfigurationen. Port-Verschwendung.

Die Kombination von ToR und Leaf-Spine Architektur

Die Kombination von ToR und Leaf-Spine hat einige Probleme gelöst, die in der traditionellen dreistufigen Topologie (Zugang-Aggregations-Kern) bestanden, z. B. den „Stau“ in der Vermittlungsstelle der ersten Stufe. In einer dreistufigen Netztopologie nimmt der gesamte Datenverkehr einen einzigen „besten Pfad“, der aus einer Reihe von alternativen Pfaden ausgewählt wird, bis zu dem Punkt, an dem es zu einer Überlastung kommt und die Pakete fallengelassen werden.

In der Leaf-Spine-Topologie wird der Pfad nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, um zu verhindern, dass ein bestimmter Uplink-Pfad gewählt wird, so dass die Verkehrslast gleichmäßig auf die Switches der obersten Schicht verteilt wird. Fällt einer der Top-Tier-Switches aus, so beeinträchtigt dies die Leistung in Rechenzentren nur geringfügig.

Wie installiert man einen ToR-Switch

Bei einem ToR-Design wird in jedem Rack mindestens ein Netzwerk-Switch platziert, und die Server innerhalb des Racks werden in der Regel über Kupferkabel mit dem Switch verbunden. Dann werden die Switches in jedem Rack mit dem ToR-Switch verbunden.

In der heutigen Leaf-Spine-Topologie sind die ToR-Switches die Leaf-Switches, die mit den Spine-Switches verbunden sind. Beispielsweise werden 10G-Server über 10G SFP+ DAC (Direct Attach Kupferkabel) oder über Cat6a/Cat7-Kabel und 10GBASE-T-Transceiver mit einem 10G ToR/Leaf-Switch verbunden (der auch 40G-Ports hat). Dann wird der 10G-Switch mit einem 40G-Spine-Switch verbunden.

Derzeit machen 1G- und 10G-Datenraten immer noch den größten Anteil aller Switch-to-Server-Verbindungen aus. Es gibt noch nicht viele 40G- und 100G-ToR-Switches, die mehrere Datenraten unterstützen können. ToR-Switches benötigen in der Regel mehrere Ports und haben eine niedrige Latenz, da sie den Datenverkehr auf verschiedenen Ebenen verarbeiten müssen. Alle diese FS ToR-Switches unterstützen L2/L3-Funktionen, IPv4/IPv6-Dual-Stack, Data Center Bridging und FCoE.