Die Speicherlandschaft in Unternehmen ist einem unüberschaubaren Wandel unterworfen: In den derzeitigen Storage-Umgebungen suchen sich verteilte Server den Weg zu ihrer dedizierten Speicherressource - und nur dorthin. Sonstige Storage-Kapazitäten bleiben ungenutzt, während die ausgewählten Geräte oft am Limit arbeiten. In künftigen IT-Landschaften werden mehrere Server die vorhandenen Kapazitäten gemeinsam nutzen. Storage Area Networks (SANs) werden - zumindest in großen Speicherinfrastrukturen - das bisherige Direct Attached Storage (DAS) ablösen.
Bei der Abwicklung von Serveranfragen an die jeweiligen Speicherkomponenten des SANs hat sich die Fibre-Channel (FC)-Technologie durchgesetzt. Dies geschah deshalb, weil sich FC als ein effizientes und funktionsfähiges Protokoll für den Transfer von Speicherdaten erwies. Fibre Channel bietet hohe Bandbreiten, überbrückt nativ Distanzen von bis zu zehn Kilometern, skaliert gut und findet bei Server-, Speicher- sowie Netzwerkherstellern breite Unterstützung.
Ein SAN basiert auf Highspeed-Verbindungen zwischen Servern und Speichergeräten und eliminiert deshalb die Flaschenhälse, die auf SCSI und DAS aufbauende Architekturen verursachen. Zu den bekannten Einschränkungen dieser Technologien zählen Längenrestriktionen und Performance-Engpässe. Auf Fibre Channel basierende SANs könnten hingegen selbst einen geografisch verteilten Speicherverbund innerhalb des Unternehmensnetzes ermöglichen.
Was forciert die SAN-Evolution?
Anfangs sollten SANs lediglich die SCSI-Verbindungen in DAS-Umgebungen oder maximal Zwei-Knoten-Cluster ersetzen. Letztere können bereits größere Reichweiten beanspruchen und skalierbarere Lösungen erfordern. Ein verteiltes Netzwerk bringt aber auch einen höheren Verwaltungsaufwand und zusätzliche Kosten mit sich.
Immerhin bekam man diese in den Griff: In der zweiten SAN-Pha-se waren Fibre-Channel-basierende Hubs in der Lage, die Verbindun-gen zu konsolidieren und das Management der verteilten Speicherressourcen zu zentralisierten. Nach einer IDC-Studie verringerte sich dadurch der Verwaltungsaufwand von Speichernetzen um 40 Prozent. Gleichzeitig konnten Sys-temadministratoren bis zu 750 Prozent mehr Speicherkapazitäten unter ihre Kontrolle bringen, wenn sie ihre Speicherinseln an einem Punkt zusammenfassten (Grafik 1).
Mit dem Ziel, die laufenden Kos-ten weiter zu verringern, gehen die Hersteller nun dazu über, Switching-Technologien in Speicherlandschaften einzusetzen. Deren Vorteil besteht darin, dass mehrere Server auf einen zentralisierten Storage-Pool zugreifen können und auch komplexe SANs simpler zu betreiben sind.
Denn seitdem Betriebssysteme und Speichergeräte Multi-Server-Anwendungen unterstützen, brauchen diese Server permanenten Zugriff auf gemeinsame Ressourcen. Und Switches bieten genau diesen Dienst sowie darüber hinaus auch noch das so genannte "Zoning". Diese Funktion weist Speicherkapazitäten auf Festplatten und Bändern dynamisch einem Server oder einer Servergruppe zu (Grafik 2). Switching ist demnach eine entscheidende Technologie, um SANs zu optimieren. Allerdings müssen die Hersteller hier noch einige Hürden überwinden.
Während alle bisherigen Server, Hubs und Speichersubsysteme das Fibre Channel-Protokoll und seine Spezifikation Arbitrated Loop unterstützen, setzen einige Unternehmen zunehmend auf eine neuere FC-Protokollvariante im SAN- Backbone. Die "Fabric" genannte Technologie ist allerdings teuer und verursacht aufgrund der speziell an- zufertigenden Switches und deren Implementierung zusätzliche Kos-ten. Schon das Protokoll selbst ist extrem komplex und macht derzeit eine Kommunikation zwischen Switches unterschiedlicher Hersteller unmöglich.
Zwar hat sich Fabric im Backbone-Bereich etabliert (Grafik 3), doch verhindert der Kostenfaktor einen flächendeckenden Einsatz. Der Preis pro Switch-Port liegt nach wie vor vier- bis achtmal über dem eines traditionellen Storage-Hubs. Nicht zuletzt auf Grund der hohen Supportkosten und des nicht zu vernachlässigenden Installationsaufwandes zögern viele Unternehmen und Systemintegratoren noch, die neuen Switches zu implementieren.
Die Krux an der Fabric-Technologie ist nämlich, dass das Protokoll keine direkte Verbindung zwischen den Speicherkomponenten und den Host-Bus-Adaptern herstellen kann. Systemadministratoren müssen spezielle Hard- sowie Firmware einsetzen, um diese Geräte zu koppeln. Darüber hinaus müssen Vorabtests die Interoperabilität herstellerübergreifender Lösungen belegen sowie die Stabilität und Zuverlässigkeit des Fabric-Netzwerks nachweisen.
Letztlich sind es eben diese Unwägbarkeiten, vor denen Unternehmen zurückschrecken. Eine Alternative zu teuren und aufwändigen Back-bone-Switches könnten die Loop-Switches darstellen. Diese bieten die gleichen Funktionalitäten wie bisherige Backbone-Switches, sind im Vergleich dazu aber kostengüns-tiger und vermeiden außerdem den komplexen Protokoll-Mix in der Netzwerkumgebung (Grafik 4).
Loop-Switch: einfach und preiswert
Loop-Switches basieren wie die klassischen SAN-Hubs, Speichersubsysteme sowie Server auf dem Fibre-Channel-Arbitrary-Loop-Protokoll. Damit müssen sie aber mit dem Vorurteil kämpfen, dass sie sich die vorhandene Bandbreite in der für diese Technologie typischen Ring-Topologie teilen müssen und nur in solchen Umgebungen eingesetzt werden dürfen. Ein anderer weit verbreiteter Irrglaube besagt, dass das Fabric-Protokoll die einzige Switching-Topologie darstellt, bei der jede Verbindung über die volle Bandbreite verfügt. Fakt ist, dass das Fibre-Channel-Arbitrary-Loop-Protokoll sowohl mit Switches als auch mit Hubs zurechtkommt. So kann beispielsweise in einem Speichernetzwerk ein Hub jederzeit durch einen Loop-Switch ersetzt werden, ohne dass weitere Änderungen erforderlich wären. Dies erleichtert die Implementierung der Switching-Technologie in das SAN und bietet ein brauchbares Fundament, um die Akzeptanz der Switch-basierenden Subnetze voranzutreiben.
One-, Two- oder Three-Tier?
In kleineren Netzwerken mit mehreren Servern (One-Tier-SAN) sorgt dann ein Loop-Switch für bessere Performance, da er den Datenverkehr mehrerer Server simultan zu den Speicherressourcen weiterleitet. Pech also für die klassischen Hubs, die in diesen kleineren Infrastrukturen ersetzbar sind.
Ein Switch bietet nun mal mehr Funktionen als ein Hub, basiert aber auf dem gleichen Protokoll und wertet damit das Subnetz auf. Der Systemverantwortliche braucht das Netzwerk nicht neu zu konfigurieren und kann auf alle bestehenden Komponenten wie gewohnt zugreifen. Wächst die IT-Umgebung, stöpselt der Systemverwalter weitere Loop-Switches, Hubs oder Server einfach dazu, und schon stehen ihm zusätzliche Speicherressourcen bereit.
In Two-Tier-SANs bietet es sich an, Switches mit Hubs zu kombinieren und so das Netzwerk skalierbarer auszulegen. Die Hubs vereinfachen Serververbindungen, wäh- rend Loop-Switches in solchen Umgebungen für das Backbone und Funktionen wie Zoning verant-wortlich sind. Solche Storage-Konstrukte lassen Speicherkapazitäten von Hunderten oder sogar Tausenden von Terabytes zu, ohne auf das komplexe Fabric-Protokoll und teure Backbone-Switches zurückgreifen zu müssen (Grafik 5).
Möchte man nun gar Tausende von Terabytes hin und her bewegen, drängen sich Three-Tier-SANs mit ihren besonders großen Subnetzen geradezu auf. Ein Backbone-Switch kann hier theoretisch mehrere Tausend Hosts und sonstige Speicherkomponenten miteinander ver- binden. Dem sind natürlich physikalische Grenzen gesetzt, denn die meisten Switches verfügen über nicht mehr als acht bis 16 Ports. Ein großes Netzwerk würde demnach komplexe Inter-Switch-Verbindungen erfordern. Darüber hinaus entstünden voraussichtlich Performance-Engpässe, wenn Daten von einem Ende des Netzwerks permanent zu dessen anderen Ende verschoben werden müssten
In der kommenden SAN-Generation werden diese Mängel eliminiert sein: Der Loop-Switch soll die bestehenden Hubs und Backbone-Switches in einem Three-Tier-Netzwerk vervollständigen. Hierfür spricht schon die Tatsache, dass der Loop-Switch die laufenden Kosten einer Multi-Tier-Architektur verringern hilft, indem er das Netzwerk skalierbar auslegt und auf den Einsatz unterschiedlicher Protokolle verzichtet. Obwohl die Hersteller von Fabric-Backbone-Switches Schnittstellen für beide Protokolle, Arbitrary Loop und Fabric, implementieren, schrecken Kunden vor den hohen Installations- und Wartungskosten zurück. Loop-Switches sind deshalb als kostengünstige Alternative vorzuziehen. Kalkuliert man außerdem die zusätzlichen Kosten für Fabric-unterstützende Host-Bus-Adapter, die Integration sowie den weiteren Support von Fabric-Switches, spricht noch mehr für die Loop-Geräte (Grafik 6).
Führende Hersteller wie Clariion, EMC, Hewlett-Packard, Hitachi, Intel sowie Seagate unterstützen die Loop-Technologie und sind davon überzeugt, dass auch andere dieses Switching-Konzept akzeptieren wer- den. Storage-Analysten wie IDC-Manager Robert Gray reagieren ebenfalls positiv auf die Entwicklung. "Wir gehen davon aus, dass eine simple Implementierung, Inves-titions- und Bestandsschutz sowie die Praxis schon dafür sorgen werden, die Switching-Architektur in SANs zu etablieren", so Gray gegenüber ComputerPartner.
"Fabric-Produkte haben zwar auch ihre Vorteile, doch die relativieren sich wieder durch hohe Kosten, fehlende Interoperabilität und beträchtliche Komplexität", so der IDC-Manager weiter. Und eines ist ohnehin klar: Die Fibre-Channel-Technologie basiert auf bestehenden Standards, so dass SAN-Anbieter mit ruhigem Gewissen einen Loop-Switch der Fabric-Variante vorziehen können.
www.brocade.com
ComputerPartner-Meinung:
Der Autor des vorliegenden Artikels, Eric Ottem von Gadzoox, hat sicherlich Recht, wenn er behauptet, Fabric-Switches seien bis dato noch zu teuer in Anschaffung und Unterhalt. Das wird sich jedoch in den nächsten zwei Jahren ändern. Anbieter wie Brocade, Cisco, Nbase Xyplex oder Vixel drängen bereits mit konkurrenzfähigen Fab-ric-Switches auf den Markt. (rw)