High-Speed-Netzwerk als Rückgrat für die Grundlagenforschung am EMBL

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Ausführlicher Anwenderbericht

Die Organisation

Das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) gehört zu den führenden biologischen Forschungsinstituten der Welt. Die internationale Organisation mit Hauptsitz in Heidelberg wurde 1974 mit dem Auftrag gegründet, die molekularbiologische Forschung in Europa voranzutreiben, den wissenschaftlichen Nachwuchs zu fördern und neue Technologien zu entwickeln. Mittlerweile wird das EMBL von 20 Mitgliedsländern getragen und beschäftigt 1.800 Mitarbeiter an den fünf Standorten Heidelberg, Hamburg, Hinxton bei Cambridge, Grenoble und Monterotondo bei Rom.

 

Die Anforderungen

Für seine vielfältigen Forschungsaufgaben ist das EMBL auf eine hochleistungsfähige IT-Infrastruktur angewiesen. Im Rechenzentrum in Heidelberg betreibt die Organisation unter anderem ein High-Performance-Computing-Cluster mit mehr als 2.500 Knoten für wissenschaftliche Berechnungen. Die Ergebnisse werden auf Storage-Systemen mit einer Kapazität von mehr als einem Petabyte gespeichert. Alleine die Mikroskope des EMBL, die vollautomatisiert mit bis zu 1.000 Objekten gleichzeitig arbeiten, erzeugen pro Tag ein Datenvolumen von rund drei Terabyte. Entsprechend leistungsfähig und ausfallsicher muss auch die Netzwerk-Infrastruktur der Organisation sein. Das EMBL setzt bereits seit den 90er Jahren durchgängig auf Switches von Extreme Networks und hat damit eine „Ethernet everywhere“- Architektur vom Core bis zu den Stockwerkunterverteilungen realisiert. Bei der Betreuung und Weiterentwicklung der Infrastruktur arbeitet das EMBL seit rund 15 Jahren mit der VINTIN Gruppe zusammen. Als Diamond Partner von Extreme verfügt VINTIN über umfassendes Wissen zu allen Produkten des Herstellers und beschäftigt mittlerweile sieben voll ausgebildete Spezialisten für die technische Umsetzung von Extreme-Lösungen. Die besondere Herausforderung bei der Zusammenarbeit mit EMBL ist, die bestehende Infrastruktur immer wieder an die sehr schnell steigenden Leistungsanforderungen anzupassen.

Technologiepartner

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Die Lösung

Ein Schlüsselprojekt für die Sicherung der Zukunftsfähigkeit des Netzwerks war die Implementierung von zwei extrem leistungsfähigen Core-Switches. Anfang 2014 löste VINTIN die beiden
vorhandenen Switches der Baureihe BlackDiamond 8900 durch zwei BlackDiamond X8 Switches von Extreme Networks ab. Die Systeme liefern derzeit die branchenweit höchste Dichte im 10 GbE- und 40 GbE-Bereich und unterstützen bis zu 768 10-GbE-Ports, 192 40-GbE-Ports oder 32 100-GbE-Ports pro Chassis. Insgesamt bieten die BlackDiamond X8 eine Switching- Kapazität von mehr als 20 Tbps mit einer bidirektionalen Switching-Bandbreite von 1,28 Tbps pro Slot. Mit weniger als drei Mikrosekunden Port-zu-Port-Latenz sind die Switches bestens für High Performance-Computing und High-Frequency- Applikationen geeignet. Die gesamte Leistung wird dabei auf sehr kompaktem Raum bereitgestellt: Ein BlackDiamond X8 belegt lediglich ein Drittel der üblichen Rack-Höhe. „Für uns waren bei der Entscheidung für die neuen Core- Switches vor allem zwei Dinge entscheidend“, sagt Erich Schechinger, Network & Security Engineer am EMBL. „Einerseits wollten wir maximale Flexibilität und Skalierbarkeit erreichen, um den schnell wachsenden Bandbreitenbedarf auch in Zukunft bewältigen zu können. Andererseits wollten wir die Ausfallsicherheit des Netzwerks weiter verbessern.“

Die Integration der neuen Core-Switches von Extreme Networks hat unser Netzwerk noch einmal richtig nach vorne gebracht. Die BlackDiamond X8 liefern nicht nur eine außergewöhnliche Performance und Ausfallsicherheit, sondern eröffnen uns auch neue Wege für die Weiterentwicklung unseres Netzwerk in Richtung SDN. (Erich Schechinger, Network & Security Engineer, EMBL)

Eine Schlüsselrolle spielte dabei die Funktion Multi-Switch Link Aggregation (M-LAG), die von BlackDiamond X8 unterstützt wird. Bisher hatte das EMBL die Netzwerk-Stacks in den einzelnen Gebäudeteilen über jeweils eine aktive und eine passive Glasfaserverbindung an die Core-Switches angebunden. M-LAG-Verbindungen zu den BlackDiamond X8 Systemen ermöglichen hingegen eine Aktiv- Aktiv-Redundanz im Netzwerk. Dabei sorgt das von Extreme Networks entwickelte EAPS-Verfahren (Ethernet Automatic Protection Switching) in den meisten Failover-Situationen für eine Wiederherstellung der Netzwerkverbindung in weniger als 50 Millisekunden. Zudem verdoppelt die Aktiv-Aktiv-Technologie die nutzbare Bandbreite, da im Betrieb ein Load-Sharing zwischen den beiden physischen Verbindungen möglich ist.

Die technischen Spezialisten von VINTIN bereiteten gemeinsam mit der Netzwerkabteilung des EMBL die Migration auf die neuen Core-Switches vor. Die eigentliche Umstellung erfolgte innerhalb von nur zwei Tagen. Da alle Verbindungen bereits redundant ausgelegt waren, konnte die bestehenden Switches nacheinander im laufenden Betrieb durch die neuen Komponenten ersetzt werden. „VINTIN hat uns in der Migrationsphase perfekt unterstützt“, sagt Erich Schechinger. „Auch komplexe Anforderungen bei der Anbindung unserer NetApp-Fileserver konnten die Spezialisten sehr schnell lösen. So ging die gesamte Migration nahezu ohne Unterbrechungen für die Anwender über die Bühne.“

Die Storage-Systeme von NetApp sind jetzt über mehrfache 10-GbE-Verbindungen an die Core-Switches angeschlossen – ebenso wie der Summit 670 Switch von Extreme Networks, über den die Datenströme des Corporate Clusters laufen. Für die Anbindung eines Fraunhofer Parallel File Systems an den Cluster-Switch kommt bereits 40 GbE zum Einsatz. Damit ist hochperformanter Datentransfer zwischen dem File-System und den Cluster-Nodes sichergestellt. Redundante 40-GbE-Verbindungen bestehen zudem zwischen den BlackDiamond X8 Switches und einem weiteren Top-of-the- Rack-Switch, an den spezielle Server-Systeme der einzelnen wissenschaftlichen Bereiche angeschlossen sind. Auch untereinander sind die beiden Core-Switches mit 2×40 GbE vernetzt.

Die technische Unterstützung von VINTIN war in den vielen Jahren immer perfekt – die Mitarbeiter bringen unglaublich viel Know-how mit und helfen uns in jeder Situation schnell und unbürokratisch weiter. (Erich Schechinger, Network & Security Engineer, EMBL)

Mittlerweile hat das EMBL mehr als 80 Prozent der Gebäudeanbindungen auf die dynamische Link-Aggregation über das Link Aggregation Control Protocol (LACP) umgestellt. Der Großteil der vorhandenen Netzwerk-Stacks war bereits für das neue Verfahren vorbereitet, in den übrigen Switches mussten lediglich Option Cards nachgerüstet werden. „Die Aktivierung der M-LAG Funktion von BlackDiamond X8 ermöglicht uns heute, jedes Stockwerk mit 2×10 GbE anzufahren“, berichtet Erich Schechinger. „Wir können damit auf dem gesamten Campus einen hervorragenden Datendurchsatz mit maximaler Uptime zur Verfügung stellen.“ Die Möglichkeiten der neuen Infrastruktur sind damit aber noch längst nicht ausgereizt. Im nächsten Schritt soll das VMware-Cluster des EMBL direkt an die Core-Switches angebunden werden. Erich Schechinger verspricht sich vor allem von den Virtualisierungs-Funktionen von BlackDiamond X8 – wie zum Beispiel Virtual Port Profiles (VPP) – Erleichterungen im Alltag: „Durch das nahtlos Zusammenspiel mit unserer VMware-Umgebung lässt sich künftig das Management der Virtualisierungs-Infrastruktur deutlich vereinfachen: Beim Rollout von neuen virtuellen Maschinen können beispielsweise automatisch die entsprechenden Netzwerk-Policies und Ports zugewiesen werden.“

Grundsätzlich geht es für das EMBL zunehmend darum, die High-Performance-Hardware mit einer einheitlichen, Softwarebasierten Systemarchitektur zu verbinden. Software-Defined Networking (SDN) wird für die künftige Netzwerk-Strategie der Organisation eine wichtige Rolle spielen – vor allem im Datacenter-Bereich. Mit der Infrastruktur von Extreme Networks ist man für SDN bestens gerüstet: Die BlackDiamond X8 unterstützen ebenso wie die eingesetzten Edge-Switches das offene OpenFlow-Protokoll und bieten somit eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle für den Aufbau einer SDNArchitektur. OpenFlow ermöglicht es, Steuerungsfunktionen der Switches in eine zentralisierte Software zu verlagern. Derzeit denkt man beim EMBL darüber nach, diesen Ansatz für ein zentrales Bandbreiten-Monitoring der Infrastruktur zu nutzen. Bei der strategischen Weiterentwicklung des Netzwerks vertraut EMBL ganz auf die Expertise von VINTIN: „Gerade wenn es um Themen wie SDN oder auch die neue Management-Lösung ExtremeManagement von Extreme Networks geht, tauschen wir uns intensiv mit unseren Ansprechpartnern aus“, sagt Erich Schechinger. „Neue Technologien setzen wir grundsätzlich immer erst dann ein, wenn sie von den VINTIN-Spezialisten getestet und für gut befunden wurden.“

 

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