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14.05.1999 - 

Speicherkonzepte/Basis für Storage Area Networks

Fibre-Channel-Technologie vor der Implementierungswelle

Von Norbert Henkel* Informationen sind das Unternehmenskapital, und je schneller sie jeweils verfügbar sind, desto effizienter läßt sich arbeiten. Diese informationszentrierte Denkweise verlangt nach Storage Area Networks, weil dort die performante Informationsbereitstellung im Mittelpunkt steht. Die Umsetzung von SAN-Konzepten wird jedoch erst durch den Einsatz der Fibre-Channel-Technologie, dem Schlüssel zu schnellen Speichernetzen, möglich.

Im Rückblick war die IT-Entwicklung in den 70er und 80er Jahren prozeßororientiert: Großen Mainframes folgten Workstations und PCs. Daten wurden zentral und prozessornah vorgehalten. In den 90er Jahren ist die IT-Planung dagegen Server-orientiert ausgerichtet. Beim Client-Server-Computing mit verteilter Datenverarbeitung wurden die räumlichen Distanzen zwischen den installierten Rechnern und den angeschlossenen Arbeitsplätzen größer. Zahl und Umfang der Anwendungen wurden kontinuierlich erweitert. Im Rahmen der wachsenden Bedeutung unternehmensweiter Software (wie ERP - Enterprise Resource Planning, Data-Warehousing oder E-Commerce über das Internet) sind die Anforderungen an unternehmensweite Speichersysteme deutlich gestiegen. Der Anwender ist heute darauf angewiesen, daß die Daten, aus denen er mit Hilfe verschiedenster Programme Informationen gewinnen will, jederzeit verfügbar sind - unabhängig davon, wie sie erzeugt wurden, welches Volumen sie haben und wo sie gespeichert sind beziehungsweise über welche Entfernung sie transportiert werden müssen. Heutige Speicherlösungen stoßen immer wieder an Grenzen, denn mit der globalen Ausrichtung der Unternehmen sowie der Integration neuer Medien wachsen die Datenmengen. Der Anteil unternehmenskritischer Daten steigt in allen Bereichen an, auch in verteilten Client-Server-Umgebungen. Die Konsequenz gerade bei Server-orientierten Speichersystemen ist häufig eingeschränkte Datenverfügbarkeit. Ursache dafür sind die ineffiziente Datenverwaltung vieler Netzwerke und die daraus resultierende Überlastung. Speicherlösungen auf Basis herkömmlicher Verbindungstechnologien agieren generell zu langsam. Ebenso können komplexe Wege den freien Zugriff auf die benötigten Informationen behindern.

Die Rückkehr von dezentralen zu zentralen Speichertechnologien ist angezeigt: Die Basis für die Annahme dieser Herausforderung ist die Fibre-Channel-Technologie, die Datenübertragung mit Lichtgeschwindigkeit. Sto- rage Area Networks (SAN) auf Basis von Fibre Channel (FC) ermöglichen unternehmensweite Speicherkonsolidierung. Komplexe verteilte Systeme werden zu überschaubaren und vor allem schnellen Speichernetzen.

Schlüssel zur Lösung: Fibre Channel

Fibre Channel bezeichnet ein neues Protokoll - als integriertes Set von ANSI-Standards - für die flexible Informationsübertragung im Gigabit-Bereich. Die Vorteile überzeugen auf den ersten Blick, denn Fibre Channel beseitigt SCSI-Beschränkungen:

- durch wesentlich höhere Datenraten und Bandbreiten,

- durch geringeren Overhead,

- durch bis zu zehn Kilometer Entfernung zwischen zwei Knoten,

- durch erweiterte Anschluß- und Verbindungsmöglichkeiten.

Das Konzept des SAN basiert auf diesen Eigenschaften der FC-Technologie. Im SAN werden Speicherressourcen von allen Servern und Clients in direktem Zugriff genutzt. Sein zentrales Management über alle gängigen Plattformen hinweg ist einfacher und sicherer.

Fibre Channel verbindet die Geschwindigkeit und Verfügbarkeit von Ein-/Ausgabe-Kanälen mit der Flexibilität und Konnektivität von Netzwerken. Der Aufbau von FC-Netzen folgt unterschiedlichen Topologien:

- Punkt-zu-Punkt-Verbindung, zum Beispiel zwischen Workstation und Speichereinheit.

- Arbitrated Loop (FC-AL als Private Loop): Von maximal 127 Knoten können nur jeweils zwei Anschlüsse gleichzeitig aktiv sein.

- Dual FC-AL: Eine zweite parallele Schleife erhöht Verfügbarkeit und Durchsatz.

- FC-AL mit Hub: Durch den Hub als "Loop-Management-Zentrum" werden alle Verbindungen geführt; die Verkabelung ist einfacher und übersichtlicher; der Ausfall einer Verbindung betrifft nur das angeschlossene Gerät.

- Dual FC-AL mit zwei Hubs: voll redundante Auslegung aller Verbindungselemente.

- Switched Fabric: bis zu 16 Millionen Adressen; viele gleichzeitig aktive Teilnehmer; volle Bandbreite auf allen Pfaden; Protokollmix; Zugang zu öffentlichen/privaten Netzen.

- Hub-Switch-Kombination (Public Loop): Herstellen der Verbindung zwischen FC-AL mit Hub und Swit- ched Fabric.

Bei der Abwicklung von seriellen Datentransfers hat Fibre Channel - Arbitrated Loop erhebliche Vorteile gegenüber (Parallel-) SCSI:

- Wahl zwischen zwei absoluten Adressierungsmethoden,

- Toleranz gegenüber dem Ausfall einer beliebigen Anzahl von Anschlußeinheiten,

- Verbindung von Peripheriegeräten auf bis zu zehn Kilometer Entfernung,

- nahezu völlige Systemverläßlichkeit durch die Möglichkeit der Datenspiegelung,

- Kommunikation mit beliebigen Anschlußeinheiten im Netz,

- Einbau einer Kompatibilität zu Parallel-SCSI sowie

- Möglichkeit der Nutzung von FC-Schnittstellen auch als Netzwerkanschluß.

FC-Technologie für SAN-Konzepte

Mit der Fibre-Channel-Technologie besteht in der offenen Systemwelt nunmehr die Möglichkeit, performante Verbindungen über große Distanzen herzustellen. Das ist heute die Voraussetzung, um den Benutzern die zentral vorgehaltenen Daten schnell und sicher zukommen zu lassen.

Storage Area Networking bedeutet in diesem Zusammenhang nicht nur, die Daten zentral vorzuhalten oder sie mit hoher Geschwindigkeit zu distribuieren, sondern sie auch mit Hilfe von Backup-Lösungen zu sichern und im Notfall auch unmittelbar wiederherstellen zu können. "Anwender und Kunden sagen uns täglich, daß sie das Problem des immer enger werdenden Backup-Fensters lösen müssen", berichtet Jeff Vogel, Vice-President Marketing und Business Development bei McData Corporation. "Die innerhalb von 24 Stunden für einen Backup zur Verfügung stehende Zeit reicht immer seltener aus, um alle Daten zu sichern. Breitangelegte SANs ermöglichen heterogenes Sharing von Backup-Systemen und entlasten das LAN." Das setzt jedoch Fibre-Channel-Technik voraus, weil die bisherigen Technologien immer wieder entweder an der Performance oder an den Entfernungsrestriktionen scheiterten. Fibre Channel beseitigt diese grundlegenden Hindernisse, und nur so lassen sich die heute in der Praxis entwickelten SAN-Konzepte umsetzen.

In Zukunft Datenraten von 800 MB/s

Die FC-Technologie wurde in den vergangenen acht Jahren entwickelt. Seit einem Jahr werden faktisch die ersten Implementierungen vorgenommen. Die Entwicklung geht vor allem in Richtung Schnelligkeit. Die maximalen Entfernungen - zehn Kilometer zwischen zwei Geräten bei der Verwendung von Monomode-Lichtleitern und langwelligem Laser, 500 Meter bei Multimode-Lichtleitern und kurzwelligem Laser - werden auch den Anforderungen der nahen Zukunft genügen. Die Entwicklung konzentriert sich deshalb auf die Übertragungsgeschwindigkeit: von heute 100 MB/s auf 800 MB/s innerhalb der nächsten drei bis fünf Jahre. Mika Kotro, Marketing Program Manager von EMC, bestätigt: "Die FC-Technologie arbeitet mit einem sehr zuverlässigen Protokoll zur Übertragung von Nachrichten und liefert derzeit die schnellste und am weitesten skalierbare Performance, wenn es darum geht, Server- und Speichersysteme unterschiedlicher Hersteller miteinander zu koppeln. Ob die Systeme dabei zentral oder dezentral installiert sind, spielt keine Rolle."

Es wird sicherlich den Wettbewerb der Technologien geben: SCSI gegen FC, Gigabit Ethernet gegen FC; aber von der Lösung her ist Fibre Channel überlegen: "Fibre Channel setzt Standards, die um einige Stufen über Parallel-SCSI stehen. FC macht die Datenhaltung einfacher, standardgemäßer und wesentlich billiger", lautet die Aussage von Seagate. "Langfristig ist Fibre Channel genau die richtige Technologie," bestätigt Sascha Vohl, Manager Product Marketing für Enterprise Storage bei Comparex, "und wir sind sicher, daß es sich durchsetzen wird. Der Fibre Channel als Voraussetzung für den Aufbau von SANs ist unentbehrlich. Um aber beides erfolgreich realisieren zu können, ist neben den Produkten eine langjährige Erfahrung bei der Planung der Topologie und der Infrastruktur notwendig, damit die Synergie von Fibre Channel und SAN zum Tragen kommen kann..

Der FC in Europa

Um das Wachstum des Fibre-Channel-Markts in Europa zu fördern und gleichzeitig die Bedeutung der FC-Technologie stärker ins Bewußtsein zu rücken, wurde im November 1997 neben der amerikanischen Fibre Channel Association eine europäische Sektion gegründet (FCA-E). 120 Firmen unterstützen weltweit die FC-Technologie. Die FCA-E hat gegenwärtig 35 Mitglieder, wobei folgende zwölf Unternehmen einen Sitz im Board of Directors haben (alphabetisch): Amdahl, Amitel, Clariion, Comparex, Emulex, Eurologic, Hitachi Data Systems, HPS, Raidtec, Storagetek, Unisys, Veritas.

Abkürzungen

ANSI American National Standards InstituteATM Asynchronous Transfer ModeCRC Cyclic Redundancy CodeEscon Enterprise System ConnectionFC-PH (FC-0, . . . FC-4) - Fibre Channel Physical Stan- dard (plus weitere Layer)FDDI Fibre-Distributed Data InterfaceGBIC Gigabit Interface ConverterGLM Gigabit Link ModuleMIA Multiplex Interface AdapterSCSI Small Computer System InterfaceSONET Synchronous Optical NetworkULP Upper Layer Protocol

Geschichte

Fibre-Channel-Technologie

1988: FC-Studie des ANSI-Komitees veröffentlicht1992: Erste Version des Standards1994: Erstes spezifisches Produkt (Sun)1995: FC-Standardisierung von ANSI gebilligt1998: Überarbeitung des Standards1998: Storage Area Networks (SAN) werden entwickelt1998: Jahr des Lernens1999: Jahr der Erprobung2000: Jahr der Implementationen

Angeklickt

Datenmengen verstopfen die Netze. Was fehlt, sind schnelle Übertragungstechniken, die auch die Überbrückung größerer Distanzen erlauben. Für Speichernetze hat sich schon jetzt der Fibre Channel durchgesetzt, der gegen SCSI, aber auch gegen Gigabit Ethernet und ATM antritt.

*Norbert Henkel ist freier Journalist in Baden-Baden.