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Fibre Channel over Ethernet – Konvergenz von SAN und LAN ?
Date: Wednesday 1 October 2008
Author: Henrik Hansen - Director EMEA Marketing, QLogic
 
Gerade etwas mehr als ein Jahr sind seit der Einreichung der Fibre-Channel-over-Ethernet (FCoE) Spezifikationen ins Land gegangen. Seitdem bestimmt die Diskussion über den Standard, der als Technologie der nächsten Generation im Storage- und Netzwerkumfeld gilt, die Tagesordnung. Nicht zuletzt, weil die an der Entwicklung arbeitende Herstellergruppe – unter anderem gehören dieser Branchengrößen wie Cisco, EMC, IBM, QLogic oder Sun Microsystems an – das Thema kräftig vorantreiben. Zweifelsohne mit gutem Grund, verspricht doch die Einführung von FCoE-Lösungen vielerlei heute in Rechenzentren vorherrschenden Probleme elegant zu lösen...
Rechenzentrenbetreiber kämpfen heute auf vielen Fronten. Der parallele Betrieb unterschiedlichen Zwecken dienender Netzwerke, die auf verschiedenen Basistechnologien beruhen und zahlreiche Protokolle unterstützen, ist aufwändig und personalintensiv. Der rasant steigende Stromverbrauch und die hohen Kühlungsanforderungen bei gleichzeitig steigenden Energiepreisen treiben die Kosten in die Höhe. Ebenso halten immer neue bandbreitenhungrige Anwendungen und Dienste Einzug in Unternehmen. Um dem daraus resultierenden Leistungsbedarf zu begegnen, rüsteten IT-Verantwortliche in der Vergangenheit kräftig nach. Doch das schlichte Hinzufügen von Server- und Speicherkapazität sowie der Aufbau neuer Netzwerkstrecken forderte seinen Tribut in Form von Stellfläche und hochdicht verkabelten Infrastrukturen. Dementsprechend sind die räumlichen Gegebenheiten oftmals mehr als ausgereizt.
So verwundert es kaum, dass Unternehmen seit geraumer Zeit verstärkt auf Blade-Systeme umstellen, die mit leistungsfähigen Multicore-Prozessoren ausgestattet sind, sowie die Virtualisierung von Servern und Storage voranschreitet. Und – da inzwischen durch die Veröffentlichung oder die Arbeit an neuen Standards in greifbare Nähe gerückt – die Konsolidierung ihrer auf Ethernet und Fibre-Channel basierenden Netzwerke ins Blickfeld gelangt. Grundlage hierfür ist die Migration auf 10 Gigabit-Ethernet (10GbE), denn nur dann lässt sich eine reinen Fibre-Channel-Netzwerken überlegene Performance erzielen und die Kosten für Konsolidierung rechtfertigen. Ebenso ist die Implementierung eines weiteren Unterprotokolls mit dem Namen FCoCEE (FC over Convergence Enhanced Ethernet) in den Produkten erforderlich. Der Standard soll die Unzulänglichkeiten beseitigen, die Ethernet verglichen mit Fibre Channel anhaften. Hierzu zählt vor allem, dem Verlust von Datenpaketen im Falle einer Überlast vorzubeugen. Dies soll unter anderem durch eine Klassifizierung des Datenverkehrs und der dadurch möglichen vorrangigen Übertragung von Paketen mit höherer Priorität erreicht werden. Ebenso sind voraussagbare Latenzzeiten ein Muss. Die Ethernet-Erweiterung verlagert daher die Frame-Latenz in eine von reinen FC-Infrastrukturen bekannte Größenordnung und stellt zudem ein optimales Traffic-Management gemäß 802.1au sicher. Neben diesen technischen Aspekten heißt es für Unternehmen eine weitere Hürde zu nehmen. Diese besteht darin, die für den Betrieb von Netzwerken und Storage-Infrastrukturen Verantwortlichen an einen Tisch zu bringen.
Hoffnungsträger
Der Verkauf von 10 GbE-Lösungen gewinnt an Fahrt, wenngleich nicht in der zunächst erwarteten Geschwindigkeit. Trotz allem bescheinigen Analysten der Hochgeschwindigkeitstechnologie eine rosige Zukunft. Dies belegt eine Studie des international tätigen Analystenhauses Infonetics Research, die sich mit dem Markt für 10GbE Switch-Produkte beschäftigt. Gemäß der veröffentlichten Zahlen sollen im Jahr 2010 immerhin drei Millionen 10GbE-Ports zur Auslieferung gelangen. Sicherlich ist 10-Gigabit-Ethernet in den Backbones von Netzbetreibern, IP-Service-Providern oder im Campus-Bereich von Großunternehmen bereits State-of-the-Art. Jedoch ziehen Firmen, die Rechenzentren betreiben, zügig nach. Denn ein Umstieg lohnt sich bereits bei einer Netzauslastung von 3 bis 4 Gbit/s. Mit der Umstellung auf die hochperformante Technik ziehen Ethernet-Infrastrukturen mit dem auf Fibre Channel basierenden SAN in punkto Leistung gleich. Insofern liegt der Wunsch nahe, FC-Systeme an das schnelle Netz anzubinden und damit der I/O-Konsolidierung näher zu kommen. Genau hier setzt Fibre Channel over Ethernet an. Das noch in diesem Jahr zur Verabschiedung anstehende Protokoll ermöglicht den SAN-Datenverkehr über ein traditionelles Ethernet-Netz zu transportieren. Die Vorzüge liegen auf der Hand: Server-Slots lassen sich effizienter nutzen und damit die Zahl der eingesetzten Systeme verringern. Dies schafft Platz im Rechenzentrum und senkt darüber hinaus den Verkabelungsaufwand. Daraus resultieren weitere positive Effekte wie eine geringere Abwärme und ein damit einhergehender niedrigerer Stromverbrauch. Auch gestaltet sich das Management unkomplizierter, der administrative Aufwand sinkt. Last not least lassen sich vorhandene Fibre-Channel-Produkte weiter betreiben, bereits getätigte Investitionen gehen dadurch nicht verloren.
Vorteile
Dass sich FCoE am Markt durchsetzt, bezweifeln die wenigsten. Denn eine konsolidierte I/O-Architektur zahlt sich im wahrsten Sinne des Wortes aus. Mit dem Einsatz eines Converged Network Adapters (CNA), wie ihn QLogic bereits laut eigener Angabe heute als erster Anbieter am Markt ausliefert, lässt sich beispielsweise die Zahl der in Server integrierten netzwerkspezifischen Karten senken. Als Standard gelten üblicherweise mindestens zwei Ethernet-Netzwerkkarten (NICs) und zwei Fibre Channel Host Bus Adapter pro System. Abhängig von der Anzahl der eingerichteten virtuellen Maschinen kann sich die Zahl auf bis zu acht Adaptern belaufen. Mit dem sowohl für die Daten- als auch die Speichernetzwerkvirtualisierung optimierten CNA lassen sich Server sowohl mit dem LAN als auch dem FC-SAN verbinden, die unterstützte Datenrate von 10 Gigabit Ethernet bietet zudem die Leistungsstärke, um selbst eine große Zahl virtueller Maschinen zu bedienen. Insgesamt lässt sich somit die Zahl der Karten halbieren. Daraus resultierend sind weniger Kabel notwendig, die an die Klimatisierung gestellten Anforderungen gehen zurück, der Stromverbrauch ist rückläufig und die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership oder kurz TCO) sinken. In der Praxis könnte dies so aussehen: Wird FCoE auf einem Paar von 10 Gbit/s-Ethernet-Kabeln implementiert, ersetzt dies 4 Gbit/s Fibre-Channel- und zwölf 1 Gbit/s-Ethernet-Verbindungen. Die Bandbreite liegt weiterhin bei 20 Gbit/s, der Kabelaufwand nimmt jedoch um 86 Prozent ab. Des Weiteren sind weniger Switch-Ports vonnöten. Noch einmal den Punkt aufgreifend, dass die räumlichen Kapazitäten vieler Rechenzentren ausgeschöpft sind – sowohl was die Auslastung der Racks angeht, aber auch im Hinblick auf Vernetzung – ein wichtiger Punkt. Wird an dieser Stellschraube gedreht lassen sich weitere mit der Server- und Kabeldichte in Verbindung stehende Probleme – Stichwort Kühlung und Stromverbrauch – charmant lösen und der Weg zum „grünen" Rechenzentrum ebnen.
Weitere Pluspunkte, die für FCoE sprechen, sind sicherlich darin zu sehen, dass die aus der Fibre-Channel-Welt bekannten Konzepte weiterhin ihre Gültigkeit behalten. CNAs lassen sich unkompliziert in bestehende Systeme integrieren, ohne dass sich dies auf den laufenden Netzwerkbetrieb auswirkt, Verschlüsselungsfunktionen sorgen für eine sichere Übertragung der Datenpakete und SAN-Funktionen wie Zoning, Multipathing oder die World-Wide-Name-Adressierung stehen auch künftig zur Verfügung.
Erste Lösungen
Heute sind erste Produkte am Markt erhältlich, die das FCoE-Protokoll unterstützen und damit den Schritt in Richtung Konsolidierung ermöglichen. Hierzu zählen neben Ciscos Nexus 5000-Switch-Lösungen und Intels FCoE 10 GbE PCIe-Adaptern die schon erwähnten Converged Network Adapter (CNAs) der QLogic 8000er-Produktreihe. Die speziell für die Integration in virtualisierte Rechenzentren, in denen leistungsstarke Multiprozessor- und Multicore-Server zum Einsatz kommen, entwickelten Lösungen sind in den USA bereits als Evaluierungs-Bundle mit den Nexus 5000 Switches erhältlich. Dies ermöglicht IT-Verantwortlichen, die Vorteile der neuen Technologie für das eigene Unternehmen eingehend zu prüfen. Zu den weiteren Aktivitäten, die der Fibre-Channel-over-Ethernet-Technologie (FCoE) zu einem schnellen Durchbruch am Markt zu verhelfen sollen, zählt das ebenfalls von QLogic aufgelegte NETtrack FCoE-Interoperability-Programm. Im Rahmen der Initiative sollen Lösungen für den Einsatz in Daten- und Speichernetzen gründlich auf ihre Kompatibilität getestet werden. Ziel ist, bereits vor der Verfügbarkeit von FCoE Storage-Lösungen eine umfassende Palette mit den jeweiligen Herstellern zu zertifizieren. Und Kunden damit die Sicherheit zu geben, auf das richtige Pferd zu setzen.
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