Top-of-Rack-Switching (ToR)
Was ist Top-of-Rack-Switching?
Top-of-Rack-Switching (ToR) ist eine Architektur für Data Center, bei der Computergeräte wie Server, Appliances und andere Switches, die sich im selben oder einem benachbarten Rack befinden, mit einem Netzwerk-Switch im Schrank verbunden sind.
Bei der ToR-Architektur wird in der Regel ein Netzwerk-Glasfaser-Switch in jedem Rack platziert, um eine einfache Verbindung zu allen anderen Geräten im Schrank herzustellen. Der In-Rack-Netzwerk-Switch wiederum ist mit Aggregations-Switches verbunden, meist über Glasfaserkabel.
Netzwerkarchitekten platzieren ToR-Switches in der Regel oben im Rack, sie können jedoch an jeder beliebigen Stelle des Schrankes angebracht werden. Um jedoch einen besseren Zugang zu den horizontalen Glasfaserkabeln zu ermöglichen, die die In-Rack-Switches mit den Aggregations-Switches verbinden, positionieren Netzwerkprofis ToR-Switches in der Regel in der Nähe des oberen Racks.
ToR-Bereitstellungsoptionen
Bei der Implementierung von Data Centern mit hoher Dichte befinden sich die Switches in jedem Rack. In den meisten Fällen stellen die Switches auch eine Verbindung zu einem Computergerät her, beispielsweise zu einem Bare-Metal-Server, der nur von einem Mandanten verwendet wird, oder zu einem Blade-Server-Chassis. Jeder In-Rack-Switch ist wiederum über Glasfaserkabel mit dem Aggregations-Switch-Block verbunden. Die Verbindungen innerhalb des Racks können eine beliebige Kombination aus Kupfer-, Glasfaser- oder Direktzugriffskabeln sein.
ToR-Switches übernehmen unter anderem die Weiterleitung von Frames und Paketen auf Layer 2 und 3, Data Center Bridging (DCB) und den Transport von Fibre Channel over Ethernet (FCoE) für die an sie angeschlossenen Server-Racks.
Vorteile und Herausforderungen von ToR-Switching
ToR bietet viele Vorteile, hat aber auch einige Nachteile. Mit ToR verringert sich der Verkabelungsaufwand, da alle Server mit dem Switch im selben Rack verbunden sind und weniger Verbindungen außerhalb des Racks verlaufen müssen, um den Aggregations-Switch zu erreichen.
ToR reduziert auch die Kabellänge und die Menge der benötigten Kabel. Netzwerkarchitekten können ein ToR-Design problemlos auf 10 Gigabit Ethernet (10 GbE), 40 GbE oder 100 GbE aufrüsten, ohne dass viele Kosten anfallen oder eine Änderung der Verkabelung erforderlich ist.
Weitere Vorteile von ToR sind die Möglichkeit, einen Netzwerk-Switch für zwei oder drei Racks zu kombinieren, wenn es sich um solche mit geringer Dichte handelt. In anderen Fällen fördert die ToR-Architektur den modularen Einsatz. Ein vormontiertes Rack mit allen erforderlichen Kabeln und Switches lässt sich schnell anschliessen und vor Ort einsetzen.
Was die Herausforderungen angeht, so könnte ToR höhere Kapital- und Wartungskosten verursachen. Die verteilte Architektur eines ToR-Designs erfordert mehr physische Switches. ToR-Switches sind möglicherweise nicht ausreichend ausgelastet, was zu unnötigem Stromverbrauch und erhöhter Kühlung führen kann, ohne dass sich dies direkt auf die Leistung auswirkt. Und wenn die ToR-Architektur den Einsatz eines einzigen In-Rack-Switches pro Rack erfordert, geht ein ganzes Rack offline, wenn dieser Switch ausfällt.
ToR-Switching vs. End-of-Row-Switching
ToR- und End-of-Row-Switching (EoR) sind beides beliebte Optionen für die Architektur von Data Centern, bei denen eine große Anzahl von Servern angeschlossen werden muss. EoR-Switching unterscheidet sich von ToR-Switching, da beim EoR-Design jeder Server in einem Rack direkt an einen gemeinsamen Aggregations-Switch angeschlossen wird, ohne dass eine Verbindung zu einzelnen Switches innerhalb des Racks besteht.
EoR-Designs erfordern fast immer eine viel größere horizontale Kabelanlage. Ein Data Center verfügt oft über mehrere EoR-Switches, einen pro Reihe oder manchmal einen, der eine bestimmte Anzahl von Racks verbindet. Wenn in einem Data Center bereits eine EoR-Kabelanlage im Einsatz ist, ist es für Netzwerkarchitekten oft einfacher und kostengünstiger, diese bei der Aufrüstung der Switch-Hardware wiederzuverwenden, als die horizontale Kabelanlage herauszureißen und zu ersetzen, um sie auf ein ToR-Design umzustellen.
Die Kosten für die Neuverkabelung, zusätzlich zu den erhöhten Kapitalkosten aufgrund der zusätzlichen Hardwareanforderungen einer ToR-Architektur, können Betreiber von Data Centern dazu bewegen, bei einer EoR-Architektur zu bleiben. In einem Data Center auf der grünen Wiese, in dem noch keine EoR-Kabelanlage vorhanden ist, überwiegen die Vorteile einer ToR-Architektur den nominellen Anstieg der Hardware-Kapitalausgaben.
