Netzwerkspeicher bieten Unternehmen entscheidende Vorteile wie Kostensenkung und Effizienzsteigerung, stellen sie aber auch vor Herausforderungen. Speichernetzwerke (SANs) weisen eine gewisse Komplexität auf, und mit dem Wachstum des Unternehmens benötigen Unternehmen häufig höhere Leistungsstandards für die Anbindung von Netzwerkspeichern an Server.

Die Einführung von 10-Gigabit-Ethernet (10 GbE) zusammen mit den Spezifikationen für Data Center Bridging (DCB) und Fibre Channel over Ethernet (FCoE) trägt dazu bei, das Versprechen einer vollständig konvergierten Netzwerkarchitektur zu erfüllen. Diese Technologien bieten Systemadministratoren einen klaren Weg zur Vereinheitlichung von Internet SCSI (iSCSI)- und Fibre-Channel-SANs und ermöglichen gleichzeitig eine verbesserte Speichereffizienz, einen höheren Durchsatz und eine kostengünstige Bereitstellung von Netzwerkspeichern in Rechenzentren.
 
Wachstum von SANs in Netzwerkspeicherumgebungen
SANs sind essenzielle Elemente beim Übergang zur Virtualisierung von Rechenzentren. In virtualisierten Umgebungen werden Images und Daten auf einem gemeinsam genutzten SAN gespeichert, um die Live-Migration virtueller Maschinen zu ermöglichen. SANs gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie in Schlüsselbereichen wie Speicherkonsolidierung, verbesserter Festplattenauslastung, Disaster Recovery und zentralisiertem Datenschutz Vorteile bieten.
Die Implementierung von SANs stellt Systemadministratoren jedoch vor einige Herausforderungen. Mit dem Wachstum der virtualisierten Umgebung benötigen SANs beispielsweise mehrere Netzwerke, und jedes Netzwerk erfordert zusätzliche Ports und Verkabelung für jeden Server, was Kosten und Energieverbrauch erhöhen kann. Server und Speicher erfordern eine fortschrittliche Integration und Verwaltung, um die Vorteile der Virtualisierung voll auszuschöpfen, was die Kosten weiter steigert. Darüber hinaus generiert eine konsolidierte und virtualisierte Infrastruktur auch höhere E/A-Anforderungen: Der Betrieb mehrerer virtueller Maschinen bedeutet die Unterstützung mehrerer E/A-Flüsse, und die Vielzahl der Flüsse erhöht die Anforderungen an E/A-Bandbreite und Leistung von Speicherarrays und physischen Servern.
Eine weitere Komplexitätsquelle ist die Tatsache, dass viele Unternehmen zwei Netzwerktypen einsetzen: Fibre Channel für Speicher und Ethernet für Daten. Unternehmen betreiben üblicherweise beide Protokolltypen, da jedes seine eigenen Vor- und Nachteile hat. Moderne Fibre-Channel-Speichergeräte bieten einen relativ hohen Durchsatz (Hardware für 8 Gbit/s Fibre Channel ist derzeit verfügbar und wird voraussichtlich auch für 16 Gbit/s Fibre Channel erhältlich sein); allerdings können die Anschaffungs- und Verwaltungskosten für Fibre Channel hoch sein. Ethernet ist im Allgemeinen kostengünstiger als Fibre Channel und ermöglicht die Anbindung an IP-Netzwerke, um große Entfernungen zu überbrücken; die in modernen Rechenzentren vorherrschenden Gigabit-Ethernet-Netzwerke (GbE) bieten jedoch im Vergleich zu Fibre Channel einen geringeren Durchsatz und eine höhere Latenz.
 
Mit zwei Netzwerken kann die Wachstumssteuerung und Nutzungsoptimierung deutlich schwieriger, kostspieliger und komplexer werden. Beide Netzwerktypen benötigen separate Rechenressourcen, darunter unterschiedliche Hardware und technisches Know-how, was die Infrastruktur- und Verwaltungskosten erhöht. Die Einführung von iSCSI hat die Nutzung kostengünstiger Ethernet-Infrastruktur als SAN-Fabric ermöglicht und die Verbreitung von iSCSI-SANs, wie beispielsweise den Dell™ EqualLogic™ PS Series Arrays, vorangetrieben.
 
 
Entstehung von 10 GbE
10GbE gilt als zukunftsweisende Technologie für Rechenzentrumsnetzwerke und vereint die Vorteile von Ethernet mit neuen Möglichkeiten. So sollen neue 10GbE-Komponenten den Kostenvorteil von Ethernet gegenüber Fibre Channel beibehalten, und kostengünstige 10GbE-Schnittstellen tragen zur Reduzierung der Verwaltungskomplexität bei.
10GbE bietet eine effektive Möglichkeit zur Bandbreitenerweiterung in virtualisierten Umgebungen durch hochskalierbare und vereinfachte Konnektivität, die die Verteilung mehrerer virtueller Netzwerke über dieselbe physische Verbindung ermöglicht. Typischerweise bedeutet die Nutzung von 10GbE-Konnektivität auch eine höhere Energieeffizienz und Kosteneffektivität im Vergleich zur Verwendung mehrerer GbE-Netzwerkkarten.
Darüber hinaus ermöglicht 10GbE die Integration von iSCSI- und Fibre-Channel-Speicher in ein einheitliches Netzwerk. Es bietet die erforderliche höhere Leistung für die Vereinheitlichung der Kommunikation und die Gewährleistung der Netzwerkkonsistenz und baut dabei auf den bekannten und kostengünstigen IP- und Ethernet-Technologien auf, die Unternehmen üblicherweise bereits einsetzen. Originalgerätehersteller (OEMs) bereiten Produkte auf den wachsenden Bedarf von 10GbE vor. Dell hat ein 10GbE iSCSI I/O-Modul für die Dell/EMC CX4-Speicherserie vorgestellt und plant, die 10GbE-Funktionalität in sein breites Angebot an Speichersystemen zu integrieren.
 
 
Einheitliche Netzwerkstruktur für ein Konvergenzparadigma
Unternehmen suchen nach Möglichkeiten, ihre Daten- und Speichernetzwerke zu einem einzigen konvergenten Netzwerk zu vereinen, um die Gesamtbetriebskosten der Rechenzentrumsinfrastruktur zu senken, mehrere Speicherinseln zu verbinden und die Skalierbarkeit zu verbessern. 10-GbE bietet die dafür erforderliche Leistung, und die DCB-Spezifikation ist der neueste Baustein dieses Konvergenzparadigmas (siehe den separaten Artikel „Verbesserung von Ethernet-Bridging“ auf dieser Seite). Die DCB-Spezifikation stellt eine Reihe standardbasierter Erweiterungen für herkömmliches Ethernet bereit und bietet eine verlustfreie Transportschicht für Rechenzentren, die die Konvergenz von LANs und SANs zu einem einzigen, einheitlichen Netzwerk ermöglicht.
DCB bietet Vorteile für iSCSI- und Fibre-Channel-Speicher. Unternehmen können die FCoE-Spezifikation (die auf DCB-Funktionen basiert und von einer Vielzahl von Speicher- und Netzwerkherstellern unterstützt wird) nutzen, um bestehende Infrastrukturen an ein 10-GbE- und DCB-Ethernet-Netzwerk anzuschließen. FCoE bildet Fibre-Channel-Frames über das Ethernet-Netzwerk ab und erhält dabei das Fibre-Channel-Protokoll. Die DCB-Spezifikation ist darauf ausgelegt, die zuverlässigen Übertragungseigenschaften der Fibre-Channel-Verbindungs- und Bitübertragungsschicht zu gewährleisten. Die DCB-Spezifikation gewährleistet zudem iSCSI-Speicherung durch verbessertes Stau-Management und umfassende hohe Bandbreite für Ethernet-Datenverkehr, einschließlich iSCSI-Datenverkehr.
 
 
Netzwerkstrukturoptionen mit 10 GbE und DCB
Zusammen können 10 GbE und DCB ein einziges, effizientes Netzwerk-Fabric bereitstellen, das Unternehmen strategische Alternativen bei der Planung von Rechenzentrumsnetzwerken bietet.1 Unternehmen können iSCSI, FCoE oder beides verwenden: Die Verwendung von FCoE würde neue Infrastrukturinvestitionen erfordern, während iSCSI einfach auf die zukünftige Verfügbarkeit kostengünstiger 10-GbE-Schnittstellen wartet.

Dell1Organisationen, die FCoE als Brücke zu bestehenden Fibre-Channel-SANs nutzen, profitieren voraussichtlich von der kontinuierlichen Weiterentwicklung von FCoE (siehe Abbildung 1). Die erste Generation FCoE-fähiger Geräte konzentriert sich auf die Server-I/O-Konvergenz über einen Ethernet-Switch. In der zweiten Phase dieser Entwicklung bieten große FCoE-Netzwerke mit DCB-fähigen Switches voraussichtlich Assured Delivery over Ethernet (ADE)-Funktionen, vergleichbar mit Fibre-Channel-Switches. In der dritten Phase wird schließlich nativer FCoE-Speicher für die Anbindung an das FCoE-Netzwerk bereitgestellt, wofür FCoE-Dienste im DCB-Netzwerk ausgeführt werden müssen.
 
 
Dell2Konvergenz zur Konsolidierung von Netzwerkspeichern
Netzwerkkonvergenz ermöglicht es Unternehmen, Speicher zu konsolidieren und dadurch Effizienz und Kosten zu senken. Mehrere Netzwerke können eine einzige 10-GbE-Hostverbindung gemeinsam nutzen, wodurch Serveradapter, Verkabelung und Stromverbrauch minimiert werden (siehe Abbildung 2). Die Kombination von SAN- und LAN-Verkehr im selben Netzwerk reduziert die Anzahl von Adaptern, Kabeln und Switches erheblich. Der SAN-Verkehr im konvergierten Netzwerk kann iSCSI oder FCoE nutzen.
Die zusätzliche Bandbreite des einheitlichen 10-GbE-Fabrics trägt dazu bei, die I/O-Herausforderungen der Server- und Speichervirtualisierung zu bewältigen. Netzwerke mit 10 GbE und DCB unterstützen voraussichtlich bis zu 20 Gbit/s Bandbreite mit zwei 10-GbE-Adaptern für Redundanz. Weitere Vorteile sind:
– Reduzierte Supportkosten: Konvergenz reduziert die Verwaltungskomplexität, und Ressourcen müssen nicht mehr zwischen Ethernet und Fibre Channel aufgeteilt werden.
– Erweiterte Bandbreite für High-Performance Computing (HPC): 10 GbE ist darauf ausgelegt, die Bandbreite für die Anbindung von HPC-Clustern an das Netzwerk zu erweitern.
- Energieeinsparung: Durch den Einsatz von weniger Adaptern, Kabeln und Switches in einem einheitlichen Netzwerk im Vergleich zu einem herkömmlichen Rechenzentrumsnetzwerk wird die physische Infrastruktur reduziert, was die Energieeffizienz und Kühlung verbessert.
- Sicherheit: Ethernet-Funktionen wie Zugriffskontrolllisten (ACLs) können für Ethernet-Bridging und virtuelle LANs (VLANs) verwendet werden, um die Trennung und Sicherheit verschiedener Datenströme zu gewährleisten. Die Sicherheit bleibt robust, da der Speicherdatenverkehr (iSCSI oder FCoE) einfach innerhalb der Ethernet-Frames übertragen wird.
 
Flexibilität bei der Migration zu einheitlichem Netzwerkspeicher
Unternehmen genießen bei der Vereinheitlichung ihrer Netzwerkspeicher erhebliche Flexibilität. FCoE ermöglicht die Anbindung von FCoE-Servern an bestehende Fibre-Channel-SANs über Ethernet, ohne die Benutzerfreundlichkeit von Fibre Channel während der Migration zu 10GbE zu beeinträchtigen. iSCSI hingegen bietet die Möglichkeit, Speicher in nativen Ethernet-Umgebungen zu betreiben und Datenverkehr über LANs und WANs zu routen. Bei der Migration von GbE zu 10GbE kann iSCSI in einer kombinierten GbE- und 10GbE-Netzwerkumgebung eingesetzt werden. Der iSCSI-Datenverkehr profitiert zudem von erweiterten Netzwerkfunktionen, sobald die Infrastruktur auf die DCB-Spezifikation aufgerüstet ist.
Viele Unternehmen können letztendlich von einer Migration zu iSCSI- oder FCoE-Konnektivität profitieren. Jetzt ist ein guter Zeitpunkt für Unternehmen, ihre Speicherstrategie gründlich zu überprüfen. Dank der DCB-Spezifikation für Ethernet, die sowohl iSCSI-Netzwerkspeicher als auch FCoE gleichermaßen zugutekommt, können Unternehmen ihre Abläufe weiter konsolidieren, ohne sich um hohe Investitionen sorgen zu müssen.
 
Begriff „
Data Center Ethernet“ für eine Reihe von Erweiterungen der Ethernet-Bridging-Standards. Diese Erweiterungen dienen der Verbesserung
des Layer-2-Ethernet-Staumanagements und ermöglichen die Zusammenführung verschiedener Datenverkehrstypen – darunter nicht nur SAN-Datenverkehr, sondern auch LAN-, Management- und IPC-Datenverkehr – im selben Netzwerk. Diese Erweiterungen führten zur Gründung der IEEE 802.1 Data Center Bridging (DCB) Arbeitsgruppe. Cisco bezieht sich nun direkt auf die DCB-Spezifikation, deren formelle Verabschiedung in Kürze erwartet wird und die die folgenden Standards erfüllen wird:
Prioritätsbasierte Flusssteuerung (IEEE 802.1Qbb) auf der Sicherungsschicht trägt dazu bei, dass bei Überlastung in DCB-Netzwerken keine Pakete verloren gehen.
Die erweiterte Broadcast-Auswahl (IEEE 802.1Qaz) ermöglicht es Administratoren, für jeden Datenverkehrstyp eine bestimmte Bandbreite zu reservieren, um eine hohe Dienstqualität zu gewährleisten.
Staubenachrichtigung (IEEE 802.1Qau) verbessert das allgemeine Staumanagement und verhindert wiederkehrende Überlastungen und Paketverluste.
Das DCB Exchange (DCBX)-Protokoll trägt dazu bei, eine einheitliche Konfiguration im gesamten Netzwerk zu gewährleisten.

Zusammen mit anderen IEEE 802.1-Standards soll die DCB-Spezifikation
Systemorganisationen dabei helfen, die verbesserte Kommunikationsqualität für konvergente Netzwerke zu nutzen.
 
Autoren:
Achmad Chadran ist Marketingmanager für Speicherlösungen im Geschäftsbereich Großunternehmen von Dell.
Gaurav Chawla ist Spezialist für Technologiestrategie in der Enterprise Storage Architecture and Technology Group
im Chief Technology Officer Office von Dell.
– Ujjwal Rajbhandari ist Produktmarketingberater für Dell-Speicherlösungen.
 
„Nachdruck mit freundlicher Genehmigung des Dell Power Solutions Magazine, September 2009.“