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Das Projekt NEPHELE dient der Entwicklung einer dynamischen optischen Netzwerk-Infrastruktur zur Effizienzsteigerung von Rechenzentren und damit auch der Kostenreduzierung und der Energieeinsparung. Durch die Überwindung derzeitiger Architekturbegrenzungen wird damit eine bessere Skalierbarkeit in Cloud-Infrastrukturen ermöglicht.
Traditionell ist in einem Rechenzentrum ein jeweils festgelegter Anteil an Systemen für Rechen- und Speicherleistung sowie Datenübertragung zugeordnet (Prinzip der Aggregation). Die stetige Zunahme von Cloud-basierten Anwendungen erfordert ein immenses Anwachsen der zugrunde liegenden Infrastruktur von Rechenzentren, was einen ökonomisch nicht vertretbaren nicht-linearen Ausbau der Netzwerkkomponenten nötig macht.
Eine fortwährende Vergrößerung von Rechenzentren nach dem traditionellen Modell wird deshalb immer mehr durch das Konzept der Ressourcen-Disaggregation verdrängt, das durch Etablierung einer einheitlichen übergreifenden Netzwerk- und Steuerungsschicht gekennzeichnet ist. Hierbei wird die starre Nutzungsstruktur einzelner Server aufgebrochen. Die einzelnen Ressourcen-Typen interagieren Software-gesteuert in einem Rechenzentrum-weiten Netzwerk. Durch die so erreichte lineare Skalierung werden die Grenzen der Netzwerkkapazität und Latenz weiter angehoben und damit die Effizienz eines Rechenzentrums wesentlich erhöht.
Auf dieser Basis der Ressourcen-Disaggregation und des Software-Defined-Networking setzt das Projekt NEPHELE an. Entwickelt werden soll eine übergeordnete Steuerungsschicht mit einem Northbound-Interface zur Anwendungsschicht und einem Southbound-Interface zur Hardware Abstraktion und dynamischen Netzwerkkonfiguration. Das Forscherteam setzt auf die enormen Kapazitäten von Glasfasern und will eine Verbindung optischer Schalter zunutze machen, um die ideale Kombination aus großer Netz-Bandbreite und Kostenreduktion zu erreichen.
Dabei wird von einer allgemeinen Kostensenkung von 30% und einer Senkung des Energieverbrauchs von 80% ausgegangen. Durch diese Entwicklung wird NEPHELE die europäische Position im Bereich Rechenzentrums-Technologie deutlich stärken.
Im Projekt NEPHELE übernimmt die GWDG die Entwicklung einer innovativen Kontrollschicht, die eine anwendungsdefinierte Netzwerkstruktur ermöglicht und über eine hybride optische Infrastruktur Hard- und Software-Virtualisierung zusammenführt. Im Zentrum der Entwicklung steht ein SDN-Controller. Dieser ersetzt die Kontrolllogik in einem Netzwerkgerät durch eine oder mehrere zentrale Softwarekomponenten. Diese orchestrieren den Datenfluss anhand der Anforderungen der Applikationen in der Cloud.
Dabei abstrahiert das sogenannte Southbound-Interface die Infrastruktur der physischen (Netzwerk-)Schichten und ermöglicht ein dynamisches Rekonfigurieren des Datenfluss. Hierzu wird das Protokoll OpenFlow, definiert von der Open Networking Foundation (ONF), für die Anforderung von optischen Switches erweitert. Das so genannte Northbound-Interface übernimmt die Kommunikation zwischen Controller und Applikationen oder Kontroll-Programmen in höheren Schichten. Für dieses Application Programming Interface (API) werden momentan verschiedene Representational State Transfer (REST)-Protokolle untersucht.
Der zu entwickelnde SDN-Controller wird zusätzlich ein Modul enthalten, das später ermöglicht, virtuelle Maschinen in andere Rechenzentren zu migrieren.
NEPHELE ist ein europäisches Verbundprojekt mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft und einem Kooperationspartner aus Israel.
National Technical University of Athens und University of Patras, Griechenland Interoute S.p.A, Rom und Nextworks Srl, Pisa, Italien Seagate Systems LTD, Havant, United Kingdom Mellanox Technologies, Israel
Die Projektkoordination obliegt dem Institute of Communication & Computer Systems der National Technical University of Athens.
NEPHELE Factsheet 03/2015
