„Sicherer Hafen“ für On-Prem-Storage Fibre-Channel-Technologien beweisen Standhaftigkeit

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Mainstream-Fibre-Channel-Produkte werden seit fast 30 Jahren angeboten. Eine Reihe von Fachleuten hat diese Technologie in den vergangenen Jahren indes für obsolet, im Sterben liegend oder tot erklärt. Doch immer wieder scheint der Markt diesem Urteil mit Nachdruck zu widersprechen. Tim Klein, der CEO von Atto Technology, sagt der FC-Technologie eine lange Zukunft voraus.

„In einer Welt, in der die Dynamik der Lieferketten immer mehr auf den Kopf gestellt wird und in der die Grenzen der Speichernetzwerkleistung durch hochgradig verstärkte, digitale Aktivitäten ausgelotet werden, stellt Fibre Channel nach wie vor einen florierenden Markt dar“, konstatiert Tim Klein, CEO des US-Herstellers Atto Technology.

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Er sieht in FC-Technologien „eine starke und profitable Chance für IT-Channel-Unternehmen“. Untersuchungen von Marktforschern hätten gezeigt, dass derzeit schätzungsweise 35 Millionen Fibre-Channel-Anschlüsse oder mehr im Einsatz sind, mit anhaltenden Wachstumschancen. Das Protokoll gelte als sogenannter „sicherer Hafen“ für die Vernetzung von Datenspeichern On-Premises – und zwar selbst dann, wenn Unternehmen zu einem Hybrid-Cloud-Geschäftsmodell wechseln.

Hohe Übertragungsraten

Fibre Channel ist ein Datenübertragungsprotokoll für höchste Geschwindigkeit. Es unterstützt sequentielle, verlustfreie Daten in rohen Blöcken, also ohne Kompression oder Deduplikation. Es ist dafür entworfen worden, dass Computer mit Speichersystemen kommunizieren können.

1 Gigabit pro Sekunde (Gbps) war die ursprüngliche Übertragungsgeschwindigkeit für Fibre Channel Ende der 1990er-Jahre. Geräte mit Gen-8-64-Gb-Fibre-Channel kommen derzeit auf den Markt. Üblicherweise können FC-Produkte automatisch zwischen Geräten derselben Generation oder sogar mit der „Großeltern“-Generation kommunizieren. Beispielsweise kann ein 32-Gb-FC-Netzknoten mit anderen 32-Gb-Knoten genauso gut kommunizieren wie mit 18-Gb- oder 8-Gb-Geräten. Eine 64-Gb-FC-Geschwindigkeit entspricht ungefähr 64 MB/s an Datendurchsatz. „Kürzlich wurden zudem PCIe-4.0-Gen7-Host-Bus-Adapter (HBA) und -Switches eingeführt“, stellt Klein fest. Sein Unternehmen baut seit jeher solche HBAs und Switches.

Flexibilität

Weil es die Datenlieferung garantieren kann, ist FC seit Ende der ’90er-Jahre die führende Technologie für Speichernetzwerke gewesen. Es ist zudem in der Lage, mehrere Protokolle höherer Ebene gleichzeitig zu unterstützen. „Ein weiterer Pluspunkt ist also die Flexibilität des Fibre-Channel-Protokolls“, sagt Tim Klein. „Hier liegen die Antworten auf die Frage, weshalb Fibre Channel weiter attraktiv ist für Ingenieure und Architekten, die vor der Herausforderung stehen, immer mehr Leistung aus ihren Speichernetzwerken herausholen zu müssen.“

Ein FC-SAN erlaubt es mehreren heterogenen Servern oder Applikationen, mehrere Storage-Geräte miteinander zu teilen. Diese Fähigkeit, Storage auf einer bedarfsgerechten Grundlage zu teilen, zu konsolidieren und leicht zu skalieren, vereinfacht das Management, erhöht die Speichernutzungsrate, dämpft die Kosten, verringert Ausfallzeiten und steigert die Produktivität der IT-Crew.

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Um die Kontinuität des Betriebs zu verbessern, achten Hersteller von Unternehmens-Storage darauf, redundante FC-Storage-Netzwerke mit Multipath-IO zu implementieren. Nicht nur, um keine Sollbruchstellen auftreten zu lassen, sondern auch, um höhere Leistungsraten zu erzielen, indem sie Daten über mehrere Pfade parallel übertragen. Zudem erlaubt dies den fortgesetzten Zugriff für Service-Ausrüstung, wenn die Daten über alternative Pfade bereitgestellt werden.

FC und NVMe

„Zusätzlich zu den eher traditionellen Bereitstellungen erweist sich Fibre Channel als sehr nützlich bei der Unterstützung von vernetztem NVMe-Speicher“, erläutert Tim Klein. Nach seiner Ansicht hat sich „NVMe oFC [NVMe over Fibre Channel] in aller Stille zu einer starken Alternative zu NVMe OF [NVMe over Fabrics] entwickelt, da Systementwickler nach der besten Möglichkeit suchen, NVMe über Netzwerke zu nutzen.“

Weil SSDs zunehmend vorherrschend wurden, wurde ein neues Protokoll gebraucht, das den parallelisierten Aufbau solcher Geräte handhaben konnte. NVMe wurde als Ersatz für den herkömmlichen SCSI-Befehlssatz (in SAS- und SATA-Geräten) geschaffen, um die Vorteile zu nutzen. Flash-basierte Laufwerke steigern ihren Datendurchsatz und die IOPS-Leistung, doch es ist das NVMe-Protokoll, das auch die Latenz um bis zu 55 Prozent senken kann.

Das alte SCSI-Protokoll wird als „Fibre-Channel-Protokoll“ oder „FCP“ bezeichnet. Es wird nun von NVMe über Fibre Channel (NVMe oFC ) abgelöst. NVMe lässt sich über den PCIe-Bus transportieren, über Ethernet (NVMe oF) oder Fibre Channel (FC NVMe). PCIe ist der schnellste Überträger für NVMe, aber es ist auf lokalen Speicher begrenzt. NVMe oF bietet Flexibilität, weil es fähig ist, externe NVMe-Speichergeräte mit mehreren Servern zu verbinden, und lässt sich über kostengünstigere Ethernet-Netzwerke ausführen. Doch seine Leistung sinkt, sobald es einen Engpass im Netzwerk gibt.

Software-Defined Storage

So baut man moderne Speicherinfrastrukturen

Fibre Channel ist, wie gesagt, für den wohlgeordneten Datentransport entworfen worden. Es ist der ideale Überträger für NVMe-Daten an externen Speicher, weil es flexibel, performant, zuverlässig und robust ist. Ein Unterschied zwischen FCP und FC-NVMe besteht darin, dass FCP-LUNs beziehungsweise Logical Unit Numbers verwendet werden, um verschiedene Laufwerke innerhalb eines einzelnen Speicherziels zu identifizieren. NVMe verwendet den Begriff „Namespace ID“ auf ähnliche Weise.

Um FC-NVMe in einem Speichernetzwerk zu implementieren, muss das FC-Fabric mindestens der Gen 5 (16 Gbps) oder höher angehören, und die HBAs müssen der Gen 6 oder höher angehören. Das Speichergerät selbst muss FC-NVMe-Frame-Typ unterstützen. Dieses Gerät kann in einem FC-NVMe-basierten Array bestehen oder in einer Speicher-Appliance mit einem FC-NVMe-HBA, der im Zielmodus betrieben wird.

„Obwohl NVMe oFC derzeit nicht der Haupttreiber für die Akzeptanz ist, wird es bereits von mehreren führenden Marken, darunter etwa Dell und auch NetApp, unterstützt“, weiß Tim Klein. „Unternehmen sollten diese Entwicklung aufmerksam verfolgen.“

Für die Dauerhaftigkeit der FC-Nutzung spricht auch Folgendes: FC-NVMe lässt sich im FC-Netzwerk neben FCP nutzen. Das erhöht den FC-Nutzen, weil Rechenzentren nicht dazu neigen, ihren bestehenden FCP-basierten Storage herauszureißen, um den Speicher sofort mit NVMe-Speicher zu ersetzen.

Ein Rechenzentrumsbetreiber kann das Risiko verringern, indem er allmählich FC-NVMe-Speicher zum vorhandenen FC-SAN hinzufügt – nach gründlicher Validierung. Indem man FCP und FC-NVMe auf demselben FC-Fabric kombiniert, lassen sich zudem Applikationen unterstützen, die sowohl kapazitätsorientierte Laufwerke als auch sehr schnelle Memory-orientierte Laufwerke erfordern. Dieses Vorgehen erfolgt also völlig anders als bei einem Ethernet-basierten NVMe-Speichernetzwerk, bei dem man die komplette Speicherstruktur von Grund auf neu erstellen muss.

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Design

„Aber was den Aufschwung der Fibre-Channel-Nutzung wirklich vorantreibt, hat mehr mit dem grundlegenden Design zu tun“, erklärt Klein. „Fibre Channel hat nach wie vor einen exzellenten Ruf im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Stabilität und deterministische Leistung.“ Angesichts der oben genannten Alternativen ergänzt er: „Sicher, die Marktbedingungen verändern die Perspektiven in bestimmten Fällen, in denen sonst vielleicht ein umfassender Umstieg auf Ethernet geplant worden wäre. Viele IT-Manager sind jedoch bereits diesen Weg gegangen oder haben zumindest eine Post-Fibre-Channel-Umgebung getestet. Dem Anschein nach bevorzugen viele von ihnen jedoch weiter die Fibre-Channel-Erfahrung.“

Anwender: Splash Entertainment

Splash Entertainment vertreibt Streaming-Medien in über 160 Ländern. Um auch die Kapazität für 4K-Spielfilm-Workflows anbieten zu können, musste es seine ITK-Leistung erhöhen sowie die Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit steigern. Das Unternehmen wandte sich an den Technologiedienstleister Motion Media, dessen 4K-Studio-Bundle genau die richtigen KPIs erfüllte. Dabei besteht das Bündel aus erprobten, standardbasierten Komponenten.

Die Hauptkomponente bilden die Celerity-16-Gb-FC-HBAs von Atto. Sie liefern eine Leistung von bis zu 1.600 MB/s pro Kanal. Dabei erwies sich für Patrick McCoy, den Director of Technology bei Splash Entertainment, der Atto MultiPath Director als großer Pluspunkt, denn er erlaubt es den Celerity-HBAs, sich direkt mit Windows, macOS und Linux zu verbinden. „Wir haben viele Tests durchgeführt und Konfigurationen ausprobiert, aber nur mit dem MultiPath Director gelang es uns, akzeptable Geschwindigkeiten in der Post-Production zu erzielen.“

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Der Speicherbaustein kam aus der DS4000-M&E-Serie von Infortrend. Obwohl nur Midrange-Technik, erzielt die DS4000 M&E immerhin Leseraten von 11.000 MB/s und Schreibraten von 4.200 MB/s. Die DS4000 M&E kann hoch genug skalieren, um bis zu 436 Laufwerke pro System zu unterstützen sowie Cache und automatisches Speicher-Tiering auszuführen.

Ausblick

Jüngsten Forschungsergebnissen der Analysten zufolge wird sich die Dynamik des Marktes für NVMe über Fibre Channel (NVMe oFC) wohl sogar noch beschleunigen, da die Kunden nach Ansicht Kleins Solid-State-Laufwerke (SSDs) bevorzugen. „Diese bieten eine robustere Verschlüsselung und schnellere Datenübertragungsgeschwindigkeiten als Standard-SSDs, was insgesamt zu einem erhöhten Absatz von NVMe-Geräten führt.“

„Die Aktivität auf dem Fibre-Channel-Markt sei derzeit so stabil wie auf keinem anderen Markt“, sagt der CEO, der es wissen muss. „FC-Technologien empfehlen sich einmal mehr als die perfekte Wahl für die Aufrüstung von Hochleistungsumgebungen – sowohl jetzt als auch in mittelfristiger Zukunft.“

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