Google und Facebook: So nutzen Sie die Glasfaser-Netzwerk-Upgrade-Übertragung

Herkömmliche Netzwerkgeräte waren nicht in der Lage, den enormen Datenverkehr zu bewältigen

Eines Morgens im Jahr 2011 drückte ein Ingenieur des weltweit beliebtesten sozialen Netzwerks  Facebook  einen Knopf – und schon brach das gesamte Geschäft des Unternehmens zusammen. Der Ingenieur, der eigentlich keine Fehler machen sollte, wusste davon nichts. Er versuchte lediglich, den Social-Network-Giganten mit einer Software-Aufgabe zu versorgen. Er betrieb die verteilte Datenanalyseplattform Hadoop. Daraufhin begann Facebook, die von Hunderten Millionen Nutzern generierten Daten zu analysieren. Diese Daten waren auf Zehntausenden Servern in den verschiedenen Rechenzentren des Unternehmens gespeichert. Bei der Analyse mussten alle Server miteinander kommunizieren.

Facebook-Mitarbeiter Dorn Lee erinnert sich angeblich an einen Vorfall bei einem Meeting im Frühjahr letzten Jahres. Eine Hadoop-Aufgabe überlastete das Computernetzwerk des Unternehmens und führte dazu, dass andere Geschäftsbereiche fast zum Stillstand kamen. „Ich erinnere mich noch genau an diesen Morgen“, sagte Lee. „Facebook war dadurch völlig lahmgelegt, eine sehr ernste Lähmung.“

In der Vergangenheit wurde der Großteil des Netzwerkdatenverkehrs zwischen Server und Internetnutzern übertragen, die auf das Internet zugreifen wollten. Doch jetzt, da immer größere und komplexere Unternehmen wie Facebook, Google und Amazon in Rechenzentren präsent sind und der Serverdatenverkehr zunimmt, ist die herkömmliche Netzwerkausrüstung der Netzwerkriesen nicht mehr in der Lage, diesen Datenverkehr zu bewältigen.

Daher verändert sich das Netzwerk. Unternehmen wie Facebook und  Google  bauen mehr Hochgeschwindigkeitsnetzwerke und überarbeiten ihre Netzwerktopologie, um den hohen Datenverkehr zwischen den Servern zu bewältigen. Die Auswirkungen solcher Verbesserungen sind jedoch nicht offensichtlich. Wie Donne-Lee haben Netzwerkexperten begonnen, neue Netzwerkgeräte zu berücksichtigen – verfügbare Datenstrahlausbreitungsgeräte in der Rechenzentrumskonfiguration.

Elektronisches und optisches Glasfasernetz Kopf an Kopf

Ja, bestimmte Internetdaten werden mittlerweile in Form von Licht übertragen. Dies geschieht über das  Glasfasernetz . Standardmäßige elektronische Signale werden in Bilder umgewandelt und über das Glasfaserkabel übertragen .

Unter normalen Umständen erfolgt eine solche Datenübertragung jedoch typischerweise zwischen Rechenzentren, selten jedoch innerhalb von Rechenzentren. Der nächste Schritt besteht darin, das Rechenzentrum mit einem Glasfasernetz zu erneuern, damit die herkömmlichen elektronischen Netzwerk-Switches die Datenübertragungsgeschwindigkeit zwischen den Server-Fabric-Switches deutlich beschleunigen können.

„Wenn uns das gelingt, wird dieses Hybridnetzwerk – das sich an ein groß angelegtes Netzwerk mit höherem Datenverkehr anpassen lässt – sehr attraktiv.“ George Papen, Glasfasernetzforscher am Campus Goddess der University of California, sagte: „Wir haben diesen Punkt noch nicht erreicht, aber wir sind näher dran als je zuvor.“

Im Schulbezirk Papen hat das Forschungs- und Entwicklungsteam das Hybridnetzwerk entwickelt. Das Netzwerk befindet sich noch in der Testphase und demonstriert das Funktionsprinzip der  Glasfaser-Switches . Das Forschungsprojekt, allgemein als Helios bekannt, wird von Google und anderen Technologiegiganten finanziert.

Laut Papen ist es bis zur vollständigen Umsetzung des Helios-Projekts noch ein weiter Weg. In Cambridge, Massachusetts, USA, hat das Start-up-Unternehmen Plexxi jedoch kürzlich Glasfaser-Netzwerk-Switches auf den Markt gebracht, die Rechenzentren nachbilden sollen. Obwohl sich diese Technologie grundlegend von der Helios-Technologie unterscheidet, verfolgen sie im Grunde dasselbe Ziel.

„Die photonische Schaltfunktion ist sehr leistungsstark. Sobald Ihr Unternehmen im Bereich der Glasfaserübertragung und nicht im Bereich der elektronischen Übertragung tätig ist, profitieren Sie von internen Leistungsvorteilen“, sagte CEO David Husak von Plexxi Company. „Wir sind entschlossen, dieses Ziel zu erreichen.“

Zukunft des Helios-Projekts

Traditionell ist das Netzwerk hierarchisch aufgebaut. Wenn Ihr Server eine Ebene über dem Netzwerk-Switch liegt, müssen diese Server mit den Netzwerk-Switches verbunden werden. Anschließend werden diese High-Level-Switches mit den High-Speed-Netzwerkgeräten höherer Ebenen verbunden. Anschließend verbinden Ihre Netzwerkgeräte diese beiden Ebenen mit den Geräten einer höheren Ebene. Im Kern des Netzwerks wird die sehr teure Netzwerkhardware deutlich schneller betrieben als der Switch auf Serverebene.

Man braucht diese höhere Geschwindigkeit, um den gesamten Datenverkehr im Netzwerk bewältigen zu können – so lautete vielleicht unsere bisherige Ansicht. Amin Vahdat und Kollegen zeigen, dass diese Hierarchie falsch ist. Wenn Sie die Geschwindigkeit allgemein günstigerer Netzwerkgeräte nutzen, können Sie Ihr Netzwerk möglicherweise effizienter betreiben.

„Das ist eine Revolution“, sagte Papen. „Früher nutzten die Menschen den Aufbau von Telekommunikationsnetzen, um ihre Rechenzentren zu errichten. Das Forschungsteam von Vahdat erkannte, dass es schwierig ist, dabei Kosten zu sparen. Sie bewiesen, dass man Rechenzentren auch auf völlig andere Weise bauen kann.“

Diese einheitliche Netzwerkarchitektur wird als „Fat Tree“-Architektur bezeichnet. Sie hat sich mittlerweile zu einer universellen Form für große Netzwerke entwickelt. Deshalb verzichten Unternehmen wie Google zunehmend auf teure Geräte wie  Cisco und wechseln von einem asiatischen Hersteller zu kostengünstiger Hardware.

Die Grundidee des Helios-Projekts besteht darin, ein echtes Glasfasernetz zu schaffen und so die Belastungen der herkömmlichen elektronischen Netzwerke zu beseitigen.

Dieses Projekt führt gewissermaßen zurück in die Zukunft. Heutige Netzwerke nutzen die sogenannte Paketvermittlung, um Daten hin und her zu übertragen. Dabei werden sie zunächst in kleinere Informationsströme aufgeteilt, bevor die Daten ausgegeben werden. So funktioniert das Internet. Der Glasfaserteil des Helios-Projekts hingegen nutzt die Leitungsvermittlung, um eine dedizierte Verbindung zwischen zwei Endpunkten herzustellen. Dies entspricht dem altmodischen Mobilfunknetzbetrieb.

„Schauen Sie sich einfach jedes Paket im Rechenzentrum an, und Sie werden feststellen, dass es Ihre Ressourcen nicht effizient nutzen muss.“ Papen sagte: „Wenn Sie die Übertragungsrichtung des Datenverkehrs verstehen oder zumindest teilweise verstehen, müssen Sie nicht jeden Header jedes Pakets betrachten und können einen dedizierten Schaltkreis für die Übertragung großer Datenmengen erstellen, anstatt sie durch das paketvermittelte Netzwerk laufen zu lassen.“

Diese Struktur ist sehr attraktiv, da leitungsvermittelte  Glasfasernetze  flexibler sind als herkömmliche Netze.  „Leitungsnetze sind wie Pipelines, die Datenübertragungsgeschwindigkeit spielt keine Rolle, sie sind geschwindigkeitsunabhängig.“ Er sagte: „Die Datenübertragung kann mit nahezu jeder Geschwindigkeit erfolgen, das ist sehr attraktiv.“

Bis diese Architektur im Rechenzentrum Realität wird, ist es noch ein weiter Weg, aber Papen ist davon überzeugt, dass sie letztendlich realisiert werden wird.

Vahdat und Google dürften der Realität nahe kommen, doch Papen betonte, dass selbst er nicht wisse, wie Google reagieren werde. „ Viele meiner Freunde beschäftigen sich mit Glasfaser in großen Rechenzentren, aber ich weiß noch nicht, wozu sie bereit sind “, sagte er.

Der wichtigste Wettbewerbsvorteil von Google liegt in der Gestaltung seiner internen Architektur. Selbst externe Forscher, die Google finanziert haben, wollen dieses Design nicht offenlegen. Googles Umstellung auf eine neue Struktur ist jedoch nicht nur eine Zukunftsvision des Unternehmens. Das Unternehmen hat  Facebook, Cisco, IBM und nun auch Plexxi erfolgreich umgesetzt .