Fibre Channel over Ethernet – Warum?Optimale Speicher-Effizienz
Schneller als FC, Standards von Ethernet
Ausgangspunkt für die Entwicklung von FCoE war der Bedarf an einer Technologie, die die Vorteile der Übertragungsstandards Ethernet und Fibre Channel verbindet. So fungiert Ethernet als Übertragungstechnik für die Protokolle Common Internet File System (CIFS), Network File System (NFS) sowie Internet Small Computer Systems Interface (iSCSI). Bei Ethernet handelt es sich um eine bewährte Technologie, die in den Unternehmen sehr stark verbreitet ist und seit ihrer Einführung kontinuierlich weiterentwickelt wird. Bei einer Bandbreite von 10Mbit/S bis maximal 10Gbit/S unterstützt die Technik zahlreiche physische Media-Typen und bietet eine Vielzahl von Tools für Management, Diagnose und Troubleshooting. Nicht zuletzt gibt es eine breite Basis an Experten, Herstellern und Integratoren.
Fibre Channel (FC) hingegen wird in Storage Area Networks (SANs) eingesetzt, das Server und Speicherressourcen verbindet. FC ermöglicht heute Datenraten von rund 10Gbit/S und damit eine sehr schnelle sowie effiziente Übertragung blockbasierter Daten mit geringer Fehlerquote. FC SANs sind heute die vorherrschende Speicherinfrastruktur in großen Unternehmen. Dabei ist das Fibre Channel Protocol (FCP) in der Lage, Datenblöcke nahezu verzögerungsfrei zu übermitteln. FC-Netze benötigen jedoch spezielle Switche (Fabrics) und Host Bus Adapter (HBA). Diese Netzwerkkomponenten und ihre Abstimmung erfordern entsprechendes Know-how und sind in der Regel erheblich teurer als Ethernet-Switche.
Ließen sich auch SAN-Speichernetze auf dem Ethernet-Standard einrichten, wäre nur noch eine Art von Netz erforderlich, was sich auch auf die Kosten auswirken würde. Überdies ließen sich die genannten Vorteile von Ethernet auch für FC-Netzwerke nutzen.
Die Antwort ist FCoE, eine noch vergleichsweise junge Technologie. Dabei werden Fibre Channel-Frames in Ethernet-Frames eingekapselt (siehe Bild), was den verlustfreien Transport von FC-Daten über Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Infrastrukturen ermöglicht.
Knackpunkt verlustfreies Ethernet
Herkömmliche Ethernet-Technik hat einen Nachteil: Standardmäßig ist keine verlustfreie Übertragung möglich, Frames gehen leicht verloren und die Latenzzeit ist recht groß. Protokolle wie TCP/IP müssen hier für eine sichere Übermittlung der Pakete durch Wiederholung oder Neuanforderung sorgen.
Durch die Eliminierung von Frame-Verlusten, ein ausgefeiltes Traffic-Management, die Priorisierung von FC-Daten gegenüber Nicht-FC-Daten sowie die gleiche Frame-Latenz wie in reinen FC-Netzen ist eine verlustfreie Datenübertragung im Ethernet möglich. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, den Ethernet-Standard zu erweitern. Der neue Standard Data Center Bridging (DCB), auch bekannt als Converged Enhanced Ethernet (CEE), ist bereits in IEEE (&IETF) definiert.
Die Umsetzung ermöglicht eine vollständige Unified Fabric. Damit wird ein konvergentes Netzwerk möglich, in dem alle Applikationen über eine einzige physikalische Infrastruktur laufen. Dabei unterstützen DCB-fähige Produkte mittels Priority-based Flow Control (PFC) verlustfreie Ethernet-Fabrics. Die Technologie erlaubt es, den Datenverkehr auf Basis definierter Prioritäten zu regeln. So kann in Zeiten starker Netzlast Traffic mit untergeordneter Priorität ausgesetzt werden, während geschäftskritische und verzögerungsempfindliche Anwendungen wie Datenspeicherung bevorzugt durchs Netz laufen.
Aus zwei mach eins
Was hat die Errungenschaft des verlustfreien Ethernet-Verkehrs mit FCoE zu tun? Mit Einführung der Fibre Channel-Technologie haben sich in den Rechenzentren vieler Unternehmen separate Netzwerke eingebürgert: ein Netz für den Datentransport, das in der Regel auf Ethernet und dem TCP/IP-Protokoll basiert, sowie ein Netz für die Datenspeicherung, welches auf Fibre Channel oder iSCSI beruht. Durch die Implementierung von Fibre Channel-Frames auf Ethernet (FCoE) in Verbindung mit dem DCB/CEE-Standard lassen sich die beiden Netze in einem einzigen Netzwerkkern (fabric) zusammenführen. Dieser ist vergleichsweise einfach zu managen und bietet dennoch eine hohe Performance. Mit Ethernet als physikalischem Transportmedium erreicht FCoE eine Bandbreite von derzeit 10Gbit/s. Bereits in näherer Zukunft sollen 40Gbit/s und später sogar 100Gbit/s möglich sein.
Das einheitliche FCoE-Netz hat zahlreiche Vorteile: Es werden deutlich weniger Kabel benötigt. Statt vier Verbindungen wie bei redundanter Anbindung (zwei für Ethernet und zwei für Fibre Channel) verlassen den Server nur noch zwei FCoE-Kabel. Auch kommt FCoE mit weniger und günstigeren Netzwerkkomponenten aus: Anstatt teurer HBAs und FC-Switche lassen sich preisgünstigere Ethernet/DCB-Switche verwenden. Dies spart nicht nur Kosten bei der Investition in die Netzwerk-Hardware. Da nur ein gemeinsames Netz betrieben wird, nehmen auch die Komplexität der Infrastruktur und damit der Aufwand für die Administration ab, was sich positiv auf die TCO auswirkt. Zudem sinken der Platzbedarf und der Energieverbrauch. Letzteres ist auch ganz im Sinne einer umweltfreundlichen und ressourcenschonenden IT (Stichwort Green IT), die im Rahmen der CO2- und Klimadebatte stark an gesellschaftlicher Bedeutung gewinnt.
Vorhandene Infrastruktur weiter nutzen
Ein weiterer Vorteil von FCoE besteht darin, dass sich durch eine nahtlose Anbindung an bestehende Ethernet- und Storage-Netzwerke die bewährten Technologien weiter nutzen lassen. So ist beispielsweise das SAN-Management für FCoE und Fibre Channel vollständig kompatibel. Zudem kommt das Protokoll mit nur einem Leistungstyp aus. Aufgrund der geringeren Leistungsaufnahme ist eine bessere Kühlung im Rack möglich. Da sowohl Ethernet-Komponenten, als auch Fibre Channel-Geräte weiterhin im Netzwerk nutzbar bleiben, ist der Investitionsschutz hoch. Nicht zuletzt verhindert die 10Gbit/s Ethernettechnik ungewollte Beschränkungen der Geschwindigkeit und sichert so eine gleichbleibend hohe Performance.
Es liegt nahe, dass die signifikanten Vorteile viele Storage-Verantwortliche in Unternehmen von einem FCoE-Einsatz überzeugen, hält sich doch der Investitionsaufwand durch die Nutzung vorhandener Netzwerkinfrastrukturen in Grenzen. So rechnen Experten noch im Laufe des Jahres 2009 mit einer deutlichen Zunahme der Technologie in den Rechenzentren. Daher bieten einige Storage-Hersteller bereits heute ein innovatives Portfolio an FCoE-kompatibler Technik an.
FCoE als Evolution von Unified Storage
NetApp etwa sieht in FCoE die logische Weiterführung seines ganzheitlichen Unified Storage-Ansatzes, nämlich neben Fibre Channel-, iSCSI- und NAS-Protokollen nun auch FCoE in seine Enterprise-Storage-Systeme zu integrieren. Kunden, die heute eine Fibre Channel SAN-Lösung nutzen, haben damit die Möglichkeit, einfach auf die neue Technologie zu migrieren. Dabei waren Cisco und NetApp
aktiv an der Entwicklung und Vermarktung des FCoE-Standards beteiligt und daher in der Lage, aktuelle Technologien in diesem Umfeld schnell anbieten zu können. Dazu zählen neben Fibre Channel-SAN-Lösungen auch eine durchgehende Multiprotokoll-Unterstützung für FCoE, FC, iSCSI, CIFS und NFS innerhalb desselben Systems.
Fraglich ist, wie sich FCoE zu anderen Standards wie etwa iSCSI verhält. Auch mit IP-SANs auf iSCSI-Basis ist eine Zusammenführung von Speicher- und Datennetz denkbar. Während sich für FCoE die Fibre Channel-Tools weiter nutzen lassen, ist dies bei iSCSI nicht möglich. Denn Gateways für die Verbindung beider Standards sind nach wie vor teuer. Die Flusssteuerung erfolgt ausschließlich über höhere TCP-Protokolle und wirkt sich bei schlechten Verbindungen auf Bandbreite und Performance aus. Daher halten iSCSI-Anwender meist das Kommunikations- und Speichernetz getrennt.
Auch wenn iSCSI nicht die ideale Architektur für konvergente Netze ist, wird sie keinesfalls von FCoE verdrängt. Experten sind sich einig, dass iSCSI weiterhin seinen Platz in der Riege innovativer Storagetechnologien hat. Für viele gilt das iSCSI-Protokoll als Schlüsseltechnologie, welche die schnelle Entwicklung des SAN-Marktes weiter vorantreiben wird. Der große Trumpf von iSCSI ist die Allgegenwärtigkeit der IP-Netzwerke. So lässt sich der Standard problemlos für den Datentransport über Local Area Networks (LANs), Wide Area Networks (WANs) sowie über das Internet verwenden und ermöglicht dabei eine vom Standort unabhängige Speicherung und Wiederherstellung der Daten.
FCoE als Kostensparer?
Fazit: Aufgrund der vielen Vorteile wie Nutzbarkeit der vorhandenen Netzwerkinfrastruktur und dem damit verbundenen geringen Investitionsaufwand wird sich FCoE wohl mehr und mehr durchsetzen. Gerade für Unternehmen, die ihre Netze für Datentransport und Datenspeicherung mit vertretbaren Kosten konsolidieren und dabei von hoher Performance profitieren möchten, ist FCoE eine lohnende Alternative.
Der Autor:
Robert Hasenstab, Product Marketing Manager bei NetApp, ist mit der Aufgabenstellung der Zusammenführung unterschiedlicher Techniken in großen Netzen vertraut.