Netzwerke für Hyperkonvergenz und Skalierbarkeit

Ethernet-Storage-Fabrics erobern das Rechenzentrum

| Autor / Redakteur: Martin Roosen* / Ulrike Ostler

Bei einer durch Mellanox in Auftrag gegebenen Befragung durch Futuriom.com kam heraus, dass die Auskunftgebenden das Ende von Moore’s Law nicht wahrhaben wollten.
Bei einer durch Mellanox in Auftrag gegebenen Befragung durch Futuriom.com kam heraus, dass die Auskunftgebenden das Ende von Moore’s Law nicht wahrhaben wollten. (Bild: Futuriom.com)

Durch die schnelle Verbreitung von Multicore-Servern mit hoher Dichte an virtuellen Maschinen und den Wechsel zu All-Flash-Speicher-Arrays mit hohen Geschwindigkeiten wächst der Bedarf an leistungsstarken Speichernetzen. Gefordert ist eine Speicherinfrastruktur, die schnell erweiterbar ist, um den Performance-Anforderungen zu genügen.

Traditioneller Speicher wie komplexe, teure und proprietäre SAN-basierende Speichersysteme können die aktuellen Anforderungen an die Agilität und die Skalierbarkeit nicht mehr erfüllen. Infolgedessen lösen sich moderne Rechenzentren vom „Big-Box“-Speichermodell und migrieren auf Scale-out, Software-Defined Storage (SDS) und Hyper Converged Infrastructure (HCI), wo sie schnell einsetzbar, elastisch in der Skalierung und flexibel in der Bereitstellung sind.

Die Kommunikation zwischen virtualisierten Servern und extrem latenzarmen Flash-basierenden Speichern ist eine Herausforderung für ältere IP- und Fibre-Channel-Switching-Architekturen. Infolgedessen steigt die Nachfrage nach einem effizienten, zuverlässigen und leistungsstarken Speichernetzwerk zur Verbindung von Servern und Speicher.

Innovationen bei Ethernet-Switches entsprechen diesen Anforderungen und halten Schritt mit neuen Speichertrends wie der zunehmenden Einführung von Cloud- und Object-Storage – einem Bereich, den Fibre-Channel nicht abdeckt. Ebenso wird eine Explosion der Datei- und Objektspeicherung durch verteilte lokale Speicher von Big-Data-Anwendungen wie Hadoop ausgelöst.

Darüber hinaus verwenden die Kunden bei weiter schrumpfenden IT-Budgets immer häufiger Speicherstufen auf Basis von Leistungsanforderungen und Zugriffsrechten. Schon heute werden etwa 80 Prozent der Daten auf Sekundärspeichern abgelegt. Die Zunahme von Speichertypen und -stufen bedeutet einen großen Unterschied in der Speicherplanung, da alle Datei- und Objektspeicherlösungen Ethernet verwenden müssen.

Keine weiteren Fibre-Channel-Innovationen zu erwarten

Auf der anderen Seite stagniert die Innovation von Fibre-Channel, die als eine reine Blockspeicherlösung nur im Unternehmen eingesetzt wird und nicht in der Cloud, in Big-Data-, Machine-Learning- oder HCI-Umgebungen. Die „Ethernet-Storage-Fabric“ (ESF) ist die einzige Architektur, die für den technischen Fortschritt in modernen und zukünftigen Rechenzentren sowie für die Cloud-Bereitstellungen geeignet ist – und das bei einem Drittel der Kosten von Fibre-Channel bei dreimal höherer Leistung. Entsprechend wächst die Nachfrage nach Ethernet-Speichern rasant.

Es ist zunächst wichtig, zwischen einem Standard-Rechenzentrums-Switch und einem Ethernet-Storage-Fabric-Switch zu unterscheiden. Erstens müssen Speicherschalter verlustfreie Technologie unterstützen. Dies dient der Sicherstellung der Datenbereitstellung und der Quality-of-Service (QoS). Darüber hinaus müssen ausgereifte Congestion-Control-Mechanismen eingesetzt werden, um Pufferüberläufe zu vermeiden und Bottlenecks zu beseitigen.

Und schließlich müssen die eingesetzten Speicherschalter „Storage-aware“ sein und hochentwickelte Telemetrie-, Überwachungs- und Management-Tools bieten, um die Bereitstellung und Verwaltung zu vereinfachen und gleichzeitig eine Vielzahl von branchenüblichen Layer-2- und Layer-3-Protokollen zu unterstützen.

Der schnellste Weg zur Netzwerkspeicherung

Eine ESF kann jede Speicherarchitektur oder jedes Protokoll – einschließlich einer hyperkonvertierten Infrastruktur – mit Geschwindigkeiten von 1 bis 100 Gigabit pro Sekunde unterstützen. Sie sollte sowohl für primäre als auch für sekundäre Speicherumgebungen optimiert und in der Lage sein, Flash-fähige Leistung und Agilität zu liefern, um mit den intensivsten Speicher- und Rechenzentrumsarbeitslasten Schritt zu halten, was tatsächlich nicht jeder Rechenzentrums-Switch bieten kann.

Eine Ethernet-Storage-Fabric ist heute der schnellste und effizienteste Weg zur Netzwerkspeicherung. Sie nutzt die Geschwindigkeit, Flexibilität und Kosteneffizienz von Ethernet in Verbindung mit hochperformanter Switching-Hard- und -Software. Dazu ist sie in ideale Formfaktoren verpackt, um Leistung, Skalierbarkeit, Intelligenz, Hochverfügbarkeit und vereinfachtes Management für den Speicher bereitzustellen.

Insbesondere müssen Switches Geschwindigkeiten von 25-, 50- und 100-Gigabit-Etehrnet unterstützen können.
Insbesondere müssen Switches Geschwindigkeiten von 25-, 50- und 100-Gigabit-Etehrnet unterstützen können. (Bild: Mellanox Technologies)

Eine ESF ist für Scale-out-Speicher- und HCI-Umgebungen optimiert, da sie für die Verarbeitung von Bursty-Speicherdaten, die Weiterleitung von Daten mit geringer Latenzzeit, die Bereitstellung vorhersagbarer Leistung zur Maximierung der Datenbereitstellung und die Vereinfachung von Scale-out-Speicherarchitekturen sowie die Unterstützung speicherbewusster Dienste ausgelegt ist.

Insbesondere müssen die Switches neue, schnellere Geschwindigkeiten wie 25-, 50- und 100-Gigabit-Etehrnet unterstützen. Sie müssen über ein intelligentes Pufferdesign verfügen, das eine schnelle, faire und konsistente Netzwerkleistung mit einer beliebigen Kombination von Ports, Port-Geschwindigkeiten und Paketgröße gewährleistet.

Durchgängigkeit gefordert

Zusätzliche ESF-Attribute umfassen die Unterstützung nicht nur für Block- und Dateispeicher, sondern auch für objektbasierende Speicher sowie die Speicherkonnektivität für die neuesten NVMe-over-Fabric-Arrays. Darüber hinaus muss eine ESF Unterstützung für Speicherauslagerungen wie RDMA bieten, um CPU-Ressourcen freizugeben und die Leistung zu erhöhen. Eine ESF ist nicht nur speziell für den Speicher optimiert, sondern bietet auch eine bessere Leistung und einen höheren Wert als herkömmliche Speichernetzwerke für Unternehmen.

In Anbetracht der gegenwärtigen und zu erwartenden Nachfrage nach Ethernet-basierenden Speicherlösungen hat Mellanox eine End-to-End-ESF-Technik entwickelt, die jede Speicherarchitektur mit Geschwindigkeiten von 10 bis 100 Gigabit pro Sekunde unterstützen kann und eine dreimal höhere Leistung als Fibre Channel zu einem Drittel des Preises bietet. Sie unterstützt Block-, Datei- und Objektspeicherung sowie hyperkonvergierte Infrastruktur (HCI) und Software-definierte Speicherung und ist somit für Unternehmensrechenzentren und Cloud-Service-Provider gleichermaßen geeignet.

Den „Blue Field“-basierenden Speichercontroller hat Mellanox vor ein paar Monaten vorgestellt. Er bietet nach Herstellerangaben derzeit die höchste Performance für Ethernet-Storage-Fabrics, extreme Effizienz und programmierbare Virtualisierung für NVMe over Fabrics (NVMe oF). Das wiederum erlaubt den Kunden, die zur Zeit schnellsten und flexibelsten vernetzten Flash-Speicherlösungen zu entwickeln und einzusetzen.

Adapter und smarte NICs

„Mellanox Connect X“-Ethernet-Adapter und „Blue Field Smart NICs“ bieten intelligente Netzwerk- und Speicherauslagerungen, einschließlich TCP, RDMA, NVMe over Fabrics (NVMe-oF), Löschcodierung, T10 DIF und Verschlüsselung. Sie reduzieren die Speicherlatenz und geben CPU auf Initiator und Ziel frei, so dass sowohl Server als auch Speicher mehr CPU-Leistung für laufende Anwendungen oder Speicherfunktionen haben.

Martin Roosen, Senior Director Central Europe bei Mellanox.
Martin Roosen, Senior Director Central Europe bei Mellanox. (Bild: PHOTOGRAPHY by Jan Blachura)

„Mellanox Spectrum“-Ethernet-Switches bieten niedrige Latenz, keinen vermeidbaren Paketverlust und eine einfache Verwaltung sowie platzsparende Formfaktoren mit halber Breite. Dies macht Spectrum-Switches geeignet für die Beschleunigung von Flash-Speicher, Big Data, Machine-Learning und HCI-Clustern.

* Der Autor: Martin Roosen ist Senior Director Central Europe bei Mellanox.

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