Die Konvergenz der Rechenzentrums-Infrastrukturen soll Anschaffungs- und operative Kosten senken, Teil 2 Fibre Channel over Ethernet muss vorerst mit Standardisierungs-Unschärfen leben

Autor / Redakteur: Uli Schlegel und Dr. Klaus Grobe, Adva Optical Networking / Rainer Graefen

Konvergenz heißt immer auch Konsolidierung. Nicht nur von Technik allein, sondern auch bei Herstellern und Lieferanten. Im zweiten Teil unseres Artikels „Ethernet, die vorläufige Zukunft des FC-Speichernetzes“ beschäftigen sich die beiden Autoren mit wichtigen Details von FCoE und Rechenzentrumskopplung und sie wägen im Ausblick vorhandene Lösungen gegen die zukünftige „Spartechnik“ ab.

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Ein konsolidiertes RZ mit CNA’s welches auf dem erweiterten Ethernet basiert.
Ein konsolidiertes RZ mit CNA’s welches auf dem erweiterten Ethernet basiert.
( Archiv: Vogel Business Media )

Eins ist klar, FCoE löst nichts, was sich mit der vorhandenen Technik nicht ebenfalls lösen ließe. Protokoll-Konvergenz hat zwar das Potenzial Kosten einzusparen. Die Protagonisten wissen immer viele Bereiche aufzuzählen, die das IT-Budget entlasten könnten.

Dieser Nachweis in Heller und Pfennig, wird aber selten geliefert. Die Rechnung wird gerne simplifiziert mit dem Hinweis, dass zwei Kabel und zwei Adapter teurer sind als eins respektive einer und erst der Stromverbrauch. Wenn dann allerdings der CNA-Adapter zwei Netze mit unterschiedlichen Aufgaben blockiert, dann ist das verständlicherweise nur ein dummer Zufall.

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Wer eine Konvergenz von LAN- und SAN-Protokollen „fahren“ will, darf die unternehmensstrategischen Konsequenzen nicht außer Acht lassen. Eine Two-Vendor-Strategie ist nicht nur unmöglich, man muss im aktuellen Stadium eine strategische Entscheidung für oder gegen Cisco respektive Brocade zu treffen.

Jeder, der sich im Unternehmen mit der Infrastruktur beschäftigt, weiß, welche weitreichenden Folgen das haben wird. Aber auch schon die nachfolgende technische Darstellung eines konvergierten Netzwerks bieten viel Stoff für Diskussionen.

Fibre Channel over Ethernet (FCoE)

FCoE ist ein neuer Standard, der kurz vor seiner endgültigen Verabschiedung steht. FCoE erlaubt die Übertragung von Fibre Channel Frames über die physikalische Struktur eines durch DCB erweiterten speziellen Ethernets.

Diese neue Funktionalität wird im Augenblick von der FC-BB-5 Arbeitsgruppe beim INCITS T11 entwickelt und definiert. FCoE besteht im Prinzip aus zwei neuen EtherTypes: Zum ersten, der eigentliche FCoE-Typ, der das Verpacken von Fibre Channel Paketen in Ethernet festlegt, zum zweiten dem FIP-Typ (FCoE Initialization Protocol), der die FC-Link-Initialisierung sowie die automatische Erkennung der Topologie vernetzter Geräte abbildet.

Diese Funktionalitäten werden bisher direkt von den unteren Schichten des Fibre Channel Protokolls (FC0 und FC1) zur Verfügung gestellt, die jetzt durch das erweiterte Ethernet ersetzt werden können.

Storage-Protokoll nicht länger Huckepack, sondern parallel zu Ethernet

Wie schon erwähnt, wird FCoE im Wesentlichen für die Übertragung von FC-Paketen in einem Ethernet-Datenstrom genutzt. Dies geschieht unabhängig von den Ethernet-eigenen Weiterleitungsmechanismen.

weiter mit: Ohne Routing geht es schneller

Dadurch, dass bei FCoE die ursprünglichen FC-Strukturen und höheren FC-Layer erhalten bleiben, ist eine reibungslose Integration mit vorhandenem Fibre Channel Equipment und entsprechender Management Software möglich.

Des Weiteren kann IP- und FCoE-Verkehr parallel und quasi unabhängig voneinander über Ethernet transportiert werden. Dies steht im Gegensatz zu anderen, Ethernet basierenden Speichernetzprotokollen, wie iSCSI, Fibre Channel over Internet Protocol (FCIP) oder das Internet Fibre Channel Protocol (iFCP) welche alle auf IP aufsetzen und TCP zur Transportkontrolle benötigen.

Ohne Routing geht es scheller

Da FCoE keine IP-Funktionalitäten verwendet, kann es auch nicht über mehrere IP-Netze weitergereicht werden (Routing). Das Vermeiden von TCP wiederum hat für FCoE eher Vorteile.

Die Latenzzeit des Signals wird verringert und es ist ein höherer und vor allem kontinuierlcher Daten-Durchsatz realisierbar. Typischerweise ist der Datentransport via Ethernet, ohne TCP, aber verlustbehaftet.

Daher sind die oben vorgestellten DCB-Erweiterungen zwingend notwendig, um einen FCoE Datentransport auf dem Layer 2 verlustfrei abbilden zu können.

Im Vergleich zu TCP/IP-basierenden Lösungen stellt FCoE eine eher unkomplizierte und günstige Technologie dar, die im Bezug auf Leistung optimiert ist, ohne dass das FC-Protokoll an sich ersetzt wird.

Daher sollte die Leistungsfähigkeit eines FCoE-Übertragungssystems ähnlich der eines reinen FC-basierenden Systems sein. Ein weiterer Vorteil dieser Technologie kann auch die Reduzierung der 10 Gbit-Ethernet-Schnittstellenpreise sein, die gerne mit der weiten Verbreitung dieser Technik begründet werden.

Sämtliche große Hersteller im LAN- und SAN-Umfeld (Brocade, Cisco, EMC, Hewlett-Packard, IBM, Intel, Hitachi Data Systems, NetApp etc.) führen gerade FCoE/DCB-basierte Geräte ein, oder werden solche in naher Zukunft auf den Markt bringen.

Neue Host based Adapater braucht der Server

Für diese neue, FCoE/DCB-Infrastruktur müssen Server, die an eine FCoE-Infrastruktur angeschlossen werden, zukünftig mit einen sogenannten Converged Network Adapter (CNA) ausgestattet sein. Dieser ersetzt den FC-HBA sowie den traditionellen Ethernet-NIC, stellt sich aber in Richtung Netzwerk physikalisch als Ethernet Adapter dar.

Beim Management sieht man zwei virtuelle Schnittstellen (FC und Ethernet), die vom Server auch – wie bisher – getrennt behandelt werden. Durch diese Zusammenfassung kann die Netzstruktur im RZ signifikant vereinfacht werden. Sie kann aber auch anfälliger werden, was bei getrennten Netzen nicht so leicht der Fall wäre. Ein RZ, das gänzlich auf FCoE/DCB basiert, ist in Abbildung 3 dargestellt.

weiter mit: Rechenzentrumskopplung über Distanz

Rechenzentrumskopplung über Distanz

Bezüglich der Übertragung des DCB-Ethernet-Datenstroms, der gleichermaßen für SAN und LAN verwendet werden soll, werden spezielle Anforderungen an die Übertragungstechnik gestellt.

Alle Geräte im Signalpfad, welche das Ethernet-Protokoll umsetzen, müssen FCoE/DCB fähig sein, um die Datenintegrität nicht zu verletzten.

Soll zum Beispiel ein durch FCoE erweitertes Datensignal durch einen herkömmlichen Ethernet-Switch geleitet werden, so muss sich dieser gegenüber dem 10 Gbit Ethernet 8GbE) DCB-Signal 100-prozentig transparent verhalten, ohne eine Veränderung am Ethernet-Signal vorzunehmen.

Alternativ müssen alle Geräte im Netzwerk zwingend FCoE und DCB tauglich sein, was aber aus Kostengründen sehr unwahrscheinlich ist. Darüber hinaus müssen Switche der neuesten Generation nicht nur das erweiterte Ethernet verstehen und beherrschen, sondern auch die Laufzeit der Signale durch den Switch muss auf ein Minimum reduziert werden.

Für hochperformante Punkt-zu-Punkt-Verbindungen gibt es daher nur eine, wirkliche Alternative für den Transport von 10GbE (später auch 40GbE und 100GbE) Signalen. Wie bereits heute werden Verbindungen solcher Art am besten mittels dedizierten Wellenlängen über Glasfaser realisiert.

Durch diese Vorgehensweise werden Signalverzögerungen vermieden, so dass eine sehr schnelle und effektive Übertragung gewährleistet wird. Aber selbst bei einer transparenten oder semi-transparenten Datenübertragung kann es verschiedene, technische Fallen geben.

Standardisierungs-Unschärfen

Die Hersteller könnten beispielsweise die Standards erweitern, um eigene, proprietäre Funktionen zu implementieren oder um Steuerungssequenzen einzubauen, die den Durchsatz der Übertragung verbessern.

Die Nutzung solcher Verfahren ist sehr wahrscheinlich, wenn mehrere, parallele Signale zu einer virtuellen Verbindung zusammengefasst werden. Dieses, als ‚Trunking‘ bekannte Verfahren gehört bei Fibre-Channel-Systemen zum Standard für die Datenübertragung zwischen zwei Switchen über sogenannte Inter Switch Links (ISL).

Bei diesen Verbindungen verwenden einige Hersteller von FC-Geräten heute proprietäre Signale und/oder Steuersequenzen. Für die Hersteller der Übertragungstechnik (z.B. Wavelength Division Multiplexing (WDM)) bedeutet dies, dass die ISL‘s vollkommen transparent übertragen werden müssen, oder dass man die proprietären Signalanteile der korrespondierenden FC-Geräte abschalten muss, was aber mit einem Verlust an Funktionalität oder mit der Verminderung des Durchsatzes einhergeht.

Da man Letzteres vermeiden will bleibt – auch auf 10GbE FCoE/DCB Verkehr angewandt – nur die vollständig transparente Übertragung als Garant für volle Leistung und Funktionalität.

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Ausblick

Wie auch in der Vergangenheit wird auch das Rechenzentrum der Zukunft zunächst noch aus einer Anzahl von verschiedenen, parallel existierenden Technologien bestehen, die basierend auf Faktoren wie Kosten oder Auslastung auch noch längere Zeit ihre Daseinsberechtigung haben.

Die Entfernung zwischen den Rechenzentren, sowie spezielle, technische Eigenheiten müssen ebenfalls noch in Betracht gezogen werden. Daher werden wir erfahrungsgemäß weder kurz noch mittelfristig eine komplett vereinheitlichte Infrastruktur im Rechenzentrum sehen.

Typischerweise wird heute die Konsolidierung der Protokolle bei längeren Strecken zwischen Rechenzentren durch WDM gelöst, welche die verschiedenen Protokolle wie FC, Ethernet, Infiniband, Escon, Ficon über eine gemeinsame Faserinfrastruktur transportiert.

Konvergenz löst Protokollvielfalt nur bei Ersparnis ab

Die Verschmelzung von Fibre Channel und Ethernet wird das Problem der Technologievielfalt im RZ sicherlich nicht komplett und auch nicht sofort lösen. Zwar werden hier die am häufigsten anzutreffenden Technologien zusammengefasst, aber die Anforderungen, welche andere und nicht zuletzt spezielle Protokolle erfordern, werden nicht einfach verschwinden.

Um eine solche Fusion zu erreichen, müssen vom Nachfolger alle Anforderungen erfüllt werden, die zurzeit durch die abzulösenden (Spezial-) Protokolle bewältigt werden. Dadurch, dass die heute vorherrschenden Übertragungstechniken höchst spezialisiert sind, ist es sehr wahrscheinlich, dass Funktionen oder Eigenschaften durch eine Substituierung auf Ethernet überflüssig gemacht oder zumindest eingeschränkt werden.

Nicht zuletzt stellt sich die die Frage, wie sinnvoll es ist, die beiden wichtigsten Protokolle im RZ auf eine Infrastruktur zu migrieren. Getrennte Netzwerke sind – trotz höherer Kosten – jedenfalls sicherer, wenn es zu Netzwerkproblemen kommt.

Solle zum Beispiel das LAN ausfallen, ist heutzutage die Integrität des SAN minimal oder überhaupt nicht betroffen. Im Falle eines Ethernet-basierenden Gesamtnetzes für SAN- und LAN-Verkehr, kann ein Totalausfall dieses Netzwerkes fatale Folgen für unternehmenskritische Prozesse haben.

Physikalische Trennung hat auch Vorteile

IT-Entscheider werden also die Qual der Wahl haben, in welche Technik sie in Zukunft investieren wollen, wobei mögliche Szenarien zu Migration der vorhandenen Infrastruktur sowie Sicherheitsaspekte sicherlich im Vordergrund der Entscheidung stehen werden.

Unabhängig davon wird WDM die Standardübertragungstechnik bleiben, um Hochleistungs-Rechenzentren performant- und Protokoll-transparent miteinander über Glasfasern zu koppeln.

Dadurch, dass die oben beschriebenen Standards für eine erweitertes Ethernet noch nicht oder nur teilweise verabschiedet sind, wurden verschiedene Namen seitens der verschiedenen Hersteller lanciert, wie zum Beispiel: Converged Enhanced Ethernet (CEE) oder Datacenter Ethernet (DCE).

Jedoch bleibt abzuwarten, bis zu welchem Grad die zum Teil schon verfügbaren, auf der neuen Technik basierenden Geräte, kompatibel zu den künftig verabschiedeten Standards sein werden.

Der Erfolg von FCoE und DCB, wird in erster Linie davon abhängen, ob es den verschiedenen Herstellern gelingt, einen gemeinsamen, technischen Nenner zu finden. Sollte die neue Ethernet-Technologie nur ein weiterer ‚pro forma‘ Standard werden, ist die Gefahr groß, dass das DCB erweiterte Ethernet eine Nischenlösung werden wird.

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