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Die (R)Evolution der Rechenzentren; Teil 8 Die Vorteile konsequenter I/O-Virtualisierung im Überblick

Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Unternehmen, die eine wie im letzten Teil besprochene I/O-Konsolidierung vornehmen, werden erhebliche Gewinne in der Slot-Effektivität von Servern haben, mit Multifunktions-Netzwerk- und Storage-Adaptern die Verkabelung eines Racks erheblich vereinfachen sowie die Abwärme (und damit den Stromverbrauch) jedes Servers reduzieren können. Sehen wir uns das deshalb noch etwas näher an.

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Mit dem Converged Enhanced Ethernet (CEE) und der passenden I/O-Konsolidierung auf dem Weg zum „Netzwerk als Systembus“; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
Mit dem Converged Enhanced Ethernet (CEE) und der passenden I/O-Konsolidierung auf dem Weg zum „Netzwerk als Systembus“; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
( Archiv: Vogel Business Media )

Heute benutzt man vier, sechs oder sogar acht Netzwerk-Adapter in kritischen Servern. Das können z.B. zwei FC-Host Bus-Adapter und zwei EthernetNICs sein, bei virtuellen Maschinen je nach Vorgaben des VM-Herstellers auch bis zu vier NICs zusätzlich.

I/O-Konsolidierung bedeutet, dass anstelle der Netzwerk-spezifischen Karten Multifunktions-Netzwerk/Speicher-Adapter eingesetzt werden – und zwar nur zwei. Dadurch ergeben sich Einsparungen bei:

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Bildergalerie mit 8 Bildern
  • Rack-Verkabelung
  • Verkabelung generell
  • Switchports
  • I/O-Stromverbrauch
  • Switch-Stromverbrauch
  • Kühlung

In Bild 1 sieht man sehr deutlich, was gemeint ist. Schon ohne Virtualisierung ergibt sich ein deutlicher Effekt, der mit Einführung der Virtualisierung noch deutlich verstärkt wird.

Die Alternativen zur I/O-Konsolidierung sind iSCSI, FCIP, iFCP, FCoE und EoFC

  • iSCSI setzt auf TCP/IP auf und geht erst damit auf die Ethernet-Schicht. Damit kann es alle Kontrollfunktionen von TCP/IP benutzen.
  • FCIP ist eine Möglichkeit, FC-Funktionalität auf TCP/IP aufzusetzen. FCIP kann alle Kontrollfunktionen von TCP/IP benutzen, ist aber nicht so marktgängig.
  • iFCP ist eine ähnliche Konstruktion und ebenfalls wenig marktgängig.
  • FCoE ist ein neuer Standard im Rahmen des ANSI-Standards zu FC-BackboneBridges (FC-BB), bei dem die TCP/IP-Schichten nicht durchlaufen werden müssen. Dafür werden erhöhte Anforderungen an die Ethernet-Schicht gestellt; Stichwort: Lossless Ethernet.
  • EoFC überträgt die anfallenden Ethernet-Pakete mittels Konvertierung in FC-Frames; damit wird der FC zum Kernnetz.

Bei den ersten vier Alternativen wird der FC-Verkehr auf ein Ethernet mit oder ohne TCP/IP abgebildet. Die Abbildung 2 zeigt, wie das in den üblichen Protokollstack eingebettet wird.

Warum nicht InfiniBand?

Natürlich könnte man auch InfiniBand (IB) benutzen, das ist eine Technologie, die für Busverlängerungen im Umfeld von Hochleistungs-Computing benutzt wird und letztlich eine fundamentale Weiterentwicklung von IBMs FICON ist. IB hat eine enorme Leistung, ist aber exotisch sodass es wirklich nur dort zum Einsatz kommt, wo man es wirklich benötigt. Für die Darstellungen hier spielt es keine weitere Rolle mehr.

Hinter iSCSI und FCoE stehen jeweils Herstellerinteressen sowohl auf der Speicher- als auch auf der Netzwerkseite.

Es gibt seit 2008 eine wüste und unübersichtliche Auseinandersetzung zwischen den jeweiligen Befürwortern von iSCSI und FCoE. Im Grunde ist diese Auseinandersetzung ebenso wenig sachlich wie hilfreich denn:

  • jemand, der heute iSCSI im unteren und mittleren Leistungsbereich einsetzt und damit zufrieden ist, hat keinen Grund auf FC oder FCoE zu wechseln
  • jemand, der heute im oberen Leistungsbereich FC einsetzt, wird sich FCoE oder EoFC ansehen
  • die Substitutionskonkurrenz wird überschätzt

Außerdem gab es sehr gute Fortschritte hinsichtlich der Hardware-Beschleunigung von iSCSI, z.B. bei HP. Wir sehen jetzt 4 Gb-iSCSI, technisch ist 2011 auch 8 Gb-iSCSI möglich. Bild 3 fasst wesentliche Charakteristika von iSCSI, FC und FCoE zusammen. Die Abbildungen 4 und 5 zeigen die Möglichkeiten des Hardware-Offloads für iSCSI an Messungen aus dem Jahr 2008.

Fassen wir zusammen

I/O-Konsolidierung ist möglich und hat folgende Vorzüge für ein Rechenzentrum:

  • Weniger NICs pro Server
  • Reduktion im Power Budget für die Server
  • Reduktion der Anforderungen an die Kühlung
  • Signifikante Reduktion der Kabelmenge
  • Nahtlose Konnektivität zwischen SANs und Ethernet
  • Bewahrung aller Investitionen in FC-Infrastruktur und -Betrieb

iSCSI ist bekannt und bewährt, benötigt aber relativ hohe Prozessorleistung. Dies kann man aber durch Hardware-Beschleuniger wesentlich mildern.

FCoE kann den FC über Ethernet laufen lassen; aber: die Voraussetzungen an das Netz sind hoch.

Vor Beginn der Virtualisierungswelle hatten wir eine heile Welt. Server waren entweder an ein universelles Netz angeschlossen – meist Ethernet mit einer block- oder dateiorientierten Integration des Speicherverkehrs via iSCSI oder NFS. Oder diese Server waren an zwei Netze gekoppelt – Ethernet und Fibre Channel für den Zugriff auf die externen Speichersysteme, siehe Abbildung 6.

weiter mit: Die unterschätzte Komplexität der konvergierten Netze

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