4. Data Center Routing Overview (Aperçu du routage des centres de données)

Cette section fournit un aperçu de trois types généraux de conceptions de protocoles de centres de données -- uniquement Layer 2, hybride Layer L2/L3 et uniquement Layer 3.

4.1 L2-Only Designs (Conceptions uniquement L2)

À l'origine, la plupart des conceptions de centres de données utilisaient le Spanning Tree Protocol (STP) initialement défini dans [IEEE8021D-1990] pour la création de topologies sans boucle, utilisant généralement des variantes de la topologie DC traditionnelle décrite dans la Section 3.1. À l'époque, de nombreux commutateurs DC ne prenaient pas en charge les protocoles de routage Layer 3 ou les prenaient en charge avec des frais de licence supplémentaires, ce qui a joué un rôle dans le choix de conception. Bien que de nombreuses améliorations aient été apportées grâce à l'introduction du Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) dans la dernière révision de [IEEE8021D-2004] et du Multiple Spanning Tree Protocol (MST) spécifié dans [IEEE8021Q] qui augmentent la convergence, la stabilité et l'équilibrage de charge dans des topologies plus grandes, de nombreux fondamentaux du protocole limitent son applicabilité dans les DC à grande échelle. STP et ses variantes plus récentes utilisent une approche actif/standby pour la sélection de chemin, et sont donc difficiles à déployer dans des topologies évoluées horizontalement comme décrit dans la Section 3.2. De plus, les opérateurs ont eu de nombreuses expériences avec de grandes défaillances dues à des problèmes causés par un câblage incorrect, une mauvaise configuration ou un logiciel défectueux sur un seul appareil. Ces défaillances affectaient régulièrement l'ensemble du domaine spanning-tree et étaient très difficiles à dépanner en raison de la nature du protocole. Pour ces raisons, et puisque presque tout le trafic DC est maintenant IP, nécessitant donc un protocole de routage Layer 3 au bord du réseau pour la connectivité externe, les conceptions utilisant STP échouent généralement à toutes les exigences des opérateurs de DC à grande échelle. Diverses améliorations aux protocoles d'agrégation de liens tels que [IEEE8023AD], généralement connues sous le nom de Multi-Chassis Link-Aggregation (M-LAG), ont rendu possible l'utilisation de conceptions Layer 2 avec des chemins réseau actif-actif tout en s'appuyant sur STP comme sauvegarde pour la prévention des boucles. Les principaux inconvénients de cette approche sont le manque de capacité à évoluer linéairement au-delà de deux dans la plupart des implémentations, le manque d'implémentations basées sur des normes et le risque de domaine de défaillance supplémentaire de synchronisation de l'état entre les appareils.

Il convient de noter que la construction de grands réseaux uniquement L2, évolutifs horizontalement, sans STP est possible récemment grâce à l'introduction du protocole Transparent Interconnection of Lots of Links (TRILL) dans [RFC6325]. TRILL résout de nombreux problèmes que STP a pour la conception de DC à grande échelle, cependant, en raison du nombre limité d'implémentations, et souvent de l'exigence d'équipements spécifiques qui le prennent en charge, cela a limité son applicabilité et augmenté le coût de telles conceptions.

Enfin, ni la spécification TRILL de base ni l'approche M-LAG n'éliminent totalement le problème du domaine de diffusion partagé qui est si préjudiciable aux opérations de toute solution Layer 2 basée sur Ethernet. Des extensions TRILL ultérieures ont été proposées pour résoudre cet énoncé de problème, principalement basées sur les approches décrites dans [RFC7067], mais cela limite encore davantage le nombre d'implémentations interopérables disponibles qui peuvent être utilisées pour construire un fabric. Par conséquent, les conceptions basées sur TRILL ont des problèmes pour répondre à REQ2, REQ3 et REQ4.

4.2 Hybrid L2/L3 Designs (Conceptions hybrides L2/L3)

Les opérateurs ont cherché à limiter l'impact des défauts du plan de données et à construire des topologies à grande échelle en mettant en œuvre des protocoles de routage dans les parties Tier 1 ou Tier 2 du réseau et en divisant le domaine Layer 2 en nombreux domaines plus petits. Cette conception a permis aux centres de données d'évoluer, mais au prix de la complexité dans la gestion de plusieurs protocoles réseau. Pour les raisons suivantes, les opérateurs ont conservé Layer 2 soit dans l'accès (Tier 3) soit dans l'accès et l'agrégation (Tier 3 et Tier 2) parties du réseau:

Prise en charge d'applications héritées qui peuvent nécessiter une adjacence directe Layer 2 ou utiliser des protocoles non-IP.
Mobilité transparente pour les machines virtuelles qui nécessitent la préservation des adresses IP lorsqu'une machine virtuelle se déplace vers un commutateur Tier 3 différent.
Adressage IP simplifié = moins de sous-réseaux IP sont nécessaires pour le centre de données.
L'équilibrage de charge des applications peut nécessiter une accessibilité directe Layer 2 pour effectuer certaines fonctions telles que Layer 2 Direct Server Return (DSR). Voir [L3DSR].
Différences CAPEX continues entre les commutateurs L2 et L3.

4.3 L3-Only Designs (Conceptions uniquement L3)

Les conceptions réseau qui exploitent le routage IP jusqu'au Tier 3 du réseau ont également gagné en popularité. Le principal avantage de ces conceptions est l'amélioration de la stabilité et de l'évolutivité du réseau, résultant de la limitation des domaines de diffusion L2. Généralement, un Interior Gateway Protocol (IGP) tel que Open Shortest Path First (OSPF) [RFC2328] est utilisé comme protocole de routage principal dans une telle conception. À mesure que les centres de données augmentent en échelle et que le nombre de serveurs dépasse des dizaines de milliers, de telles conceptions entièrement routées sont devenues plus attrayantes.

Choisir une conception uniquement L3 simplifie grandement le réseau, facilitant la satisfaction de REQ1 et REQ2, et a une adoption généralisée dans les réseaux où une grande adjacence Layer 2 et des sous-réseaux Layer 3 de plus grande taille ne sont pas aussi critiques par rapport à l'évolutivité et à la stabilité du réseau. Les fournisseurs d'applications et les opérateurs de réseau continuent de développer de nouvelles solutions pour répondre à certaines des exigences qui avaient précédemment conduit à de grands domaines Layer 2 en utilisant diverses techniques d'overlay ou de tunneling.