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FCoE: Die Zukunft der Fibre Channel-Technologie?

Angesichts des durch Fibre Channel over Ethernet (FCoE) hervorgerufenen Branchen-Hypes, der aufrichtigen Begeisterung über diese Technologie und des fast ausnahmslosen Rückhalts innerhalb der Branche scheint es wahrscheinlich, dass der konvergierte Transport letztendlich vorhandene Fibre Channel-Netzwerke verdrängen wird. Der Abschluss der Standardisierungsarbeiten und die Ratifizierung des Standards ist gegen April 2009 vorgesehen. Es wird nicht davon ausgegangen, dass sich der aktuelle Entwurf bis dahin ändert. Viele Anbieter, darunter NetApp (siehe Randleiste), arbeiten an ihren Produkten, um sie marktreif zu machen.

Wenn Sie die Fibre Channel-Technologie nutzen, sollten Sie alles über FCoE wissen und für den Einzug dieser Technologie gewappnet sein. In diesem Artikel möchte ich versuchen, einige wichtige Fragen zur FCoE-Technologie zu beantworten, die Sie sich vielleicht bereits gestellt haben, wie etwa:

  • Was ist FCoE?
  • Warum FCoE?
  • Welche Optionen zur FCoE-Implementierung stehen zur Verfügung?
  • Welche Vorbereitungen sind zu treffen?

Was ist FCoE?

Fibre Channel over Ethernet, oder FCoE, ist ein neues Protokoll (Transport), das derzeit vom technischen AusschussT11 standardisiert wird. (T11 ist ein Ausschuss innerhalb des International Committee for Information Technology Standards – INCITS – verantwortlich für Fibre Channel-Schnittstellen.) FCoE transportiert Fibre Channel Frames via Ethernet, indem Fibre Channel Frames in Jumbo Ethernet Frames eingekapselt werden. Obwohl der Standard voraussichtlich erst ratifiziert wird, geht man nicht davon aus, dass bis dahin Spezifikationsänderungen auftreten werden.

Warum FCoE?

Das Ziel der FCoE-Technologie besteht in der I/O-Konsolidierung, indem die Koexistenz unterschiedlicher Typen von Datenverkehr in derselben Leitung sicher gehandhabt wird. Daraus ergeben sich folgende Verbesserungen: sparsame und einfache Verkabelung, Reduzierung der erforderlichen Adapterzahl per Host und Reduzierung des Strombedarfs.

FCoE

Abbildung 1) Verringerung der Host-Komplexität mit FCoE.

Ausschlaggebend für den Einsatz von FCoE wird die Anforderung sein, die Total Cost of Ownership (TCO) zu reduzieren, gleichzeitig jedoch vorhandene Infrastrukturinvestitionen zu schützen und die Rückwärtskompatibilität bei geläufigen Verfahren und Prozessen aufrechtzuerhalten. Dadurch, dass Fibre Channel und Ethernet konvergiert werden und der gleichzeitige Einsatz verschiedener Netzwerktechnologien nicht mehr erforderlich ist, trägt FCoE dazu bei, die Netzwerkkomplexität erheblich zu reduzieren.
Anfänglich werden die meisten FCoE-Implementierungen wahrscheinlich auf Host- und Switch-Ebene erfolgen, während an den Back-End Arrays statt FCoE weiterhin native Fibre Channel-Technologien eingesetzt werden. Auf diese Weise werden die umfangreichen Infrastrukturinvestitionen geschützt, die über die Jahre im Bereich FC getätigt wurden.

Der große Vorteil an FCoE besteht darin, dass die Migration von FC zu Ethernet langsam erfolgen kann. Es besteht die Möglichkeit, einen Teil Ihres FC-Netzwerks zu erweitern oder durch Ethernet Switches zu ersetzen. So können Sie – wo es sinnvoll erscheint – planmäßig von einer Netzwerktechnologie (FC) auf die andere Technologie (Ethernet) übergehen.
Wenn FCoE erfolgreich ist und Sie langfristig Upgrades an Ihrer Infrastruktur vornehmen und/oder neue Datacenter aufbauen möchen, stellen Storage Arrays mit nativem FCoE-Support eine interessante Lösungsmöglichkeit dar. NetApp bietet nativen FCoE-Support und unterstützt Fibre Channel weiterhin auf allen Storage-Systemen.

Ein neues gemeinsam erstelltes Dokument von NetApp, QLogic und Nuova Systems (jetzt zu Cisco gehörend) geht ausführlich auf die geschäftlichen Vorteile der Netzwerkkonvergenz ein.

FCoE-Implementierungen

Bei der Implementierung von FCoE gibt es zwei Vorgehensweisen:

  • Verwendung eines Hardware-Initiators mit einem konvergierten Netzwerkadapter und Hardware-Ziel, ähnlich dem vorhandenen Fibre Channel-Modell.


  • Fiber Channel Ethernet

    Abbildung 2) Ein konvergierter Netzwerkadapter unterstützt FC und Ethernet von einem einzigen Gerät aus. Dadurch verringert sich die Anzahl der erforderlichen Netzwerkschnittstellen.

  • Hersteller von konvergierten Netzwerkadaptern sind typischerweise FC HBA-Anbieter wie Qlogic, Emulex und Brocade. Ich gehe jedoch ganz davon aus, dass sich traditionelle NIC-Anbieter wie Intel und Broadcom dem erfolgversprechenden Vertrieb der Produkte anschließen. Tatsächlich waren beide Firmen aktiv an der Arbeitsgruppe FC-BB-5 des technischen Ausschusses T11 beteiligt, wo der FCoE-Standard definiert wird.
  • Verwendung eines Software-Initiators und eines Targets mit regulären 10-Gigabit-Ethernet (10 GbE) NICs.

    Im Dezember 2007 veröffentlichte Intel ein Paket mit einem Software-Initiator, um die Entwicklung von FCoE-Lösungen für Linux® zu unterstützen. Es wird erwartet, dass verschiedene Linux Auslieferungen innerhalb der nächsten 12 Monate Treiber für den FCoE-Software-Initiator enthalten. Der Zweck besteht darin, Linux-Produkte FCoE-kompatibel auszuliefern, so wie alle OS-Plattformen heutzutage iSCSI-kompatibel ausgeliefert werden.

  • Es wird die Ansicht vertreten, dass derartige Softwareimplementierungen im Gegensatz zu Hardwareimplementierungen eine genügend hohe Performance bei niedrigeren Kosten bieten. Hinsichtlich des durch eine Softwareimplementierung verursachten Server-Overhead gibt es folgende Theorie: Da wir Server in ähnlicher Weise anschaffen wie wir Kleidung für unsere Kinder kaufen und hoffen, dass die jeweiligen Applikationen hineinwachsen, werden jede Menge CPU-Zyklen verfügbar sein. Der iSCSI-Markt belegte, dass diese Theorie sogar bei Server-Virtualisierungs-Implementierungen korrekt ist.

  • Fiber Channel Ethernet

    Abbildung 3) Software-Initiator-Stack für FCoE.

Was bleibt gleich?

Unternehmen, die bereits Fibre Channel einsetzen, müssen die täglichen FCoE-relevanten Aufgaben nach wie vor ausführen, z. B. Zoning und LUN-Zuordnung sowie geläufige Fabric-Events wie Registered State Change Notification (RSCN) und Link State Path Selection (FSPF) Dies bedeutet, dass FCoE eine relativ einfache Protokollmigration darstellt. Angesichts des möglicherweise mühsamen Wechsels ist es doch ein enormer Vorteil, ein neues Protokoll zu haben, das bestehendes Know-how, vorhandene Prozesse und Investitionen nutzt und den Umstieg auf Ethernet einfacher gestaltet.

Wie unterscheidet sich FCoE von iSCSI?

FCoE ersetzt die in iSCSI verwendete TCP/IP-Schicht und basiert auf Verbesserungen in der Ethernet-Schicht, z. B.:

  • ordnungsgemäße Implementierung des Pause-Rahmens
  • Per Priority-Pause
  • keine TCP-Wiederholungen (Zeitüberschreitungen)
  • kein IP-Routing
  • keine Broadcast-Stürme (keine ARPs)
Verschiedene Storage-Protokolle verglichen auf Blockebene

Abbildung 4) Verschiedene Storage-Protokolle verglichen auf Blockebene.

Die nicht vorhandene IP-Schicht in FCoE bedeutet, dass FCoE an sich nicht routingfähig ist. Das heißt jedoch nicht, dass FCoE nicht geroutet werden kann. Das FCoE-Routing kann mittels bereits erstellter Protokolle wie FCIP durchgeführt werden.

Das iSCSI-Protokoll kann in Netzwerken implementiert werden, die anfällig für Datenpaketverluste sind. Es benötigt kein 10 GbE. FCoE benötigt 10 GbE und ein verlustfreies Netzwerk mit Infrastrukturkomponenten, die Pause-Rahmen-Anforderungen und Per Priority Pause Flow Controls (PFC) ordnungsgemäß implementieren, basierend auf separaten Datenverkehrsgruppen, welche verschiedenen Prioritäten zugeordnet sind. Der Zweck von PFC besteht darin, den Datenverkehr mit hoher Priorität in Stauperioden weiterfließen zu lassen, während der Datenverkehr mit niedriger Priorität pausiert wird.

Es wird erforderlich sein, das Ihre 10-GbE-Switches auch Data Center Ethernet (DCE) unterstützen. Hierbei handelt es sich um Ethernet mit einer Reihe verbesserter Eigenschaften wie beispielsweise Serviceklassen, bessere Staukontrolle und verbessertes Management. Des Weiteren muss FCoE Jumbo Frames unterstützen können, da die FC-Nutzlast 2.112 Bytes beträgt und nicht zerlegt werden kann. iSCSI benötigt keine Jumbo Frames.

Was geschieht mit der Fibre Channel-Technologie?

Was geschieht angesichts des großen Hypes um FCoE mit der Fibre Channel-Technologie? Wird noch ein Übergang auf die 16Gb-Technologie stattfinden, oder wird FCoE das Ruder übernehmen? Wird Ethernet die weiteren Entwicklungen vorgeben (40 GbE und 100 GbE)? Vom jetzigen Standpunkt aus ist die 16Gb FC-Technologie für 2011 geplant. In einer kürzlichen Pressemitteilung gab die FCIA bekannt, dass sie die Entwicklung von 16Gb FC "eindringlich" unterstützt und darüber hinaus auch FCoE fördert. Ich glaube, dass die 16Gb FC-Technologie Realität werden wird. Unklar ist nur, wie hoch ihre Einführungsquote im Vergleich zu FCoE ist. Das bleibt abzuwarten.

Was tun?

Wie Sie jetzt planen sollten, hängt von Ihrer Situation ab. Unternehmen, die umfangreich in die Fibre Channel-Technologie investiert haben und in den nächsten paar Jahren keine Upgrades benötigen, sind vermutlich am besten beraten, nichts zu unternehmen. Wenn Sie in diesem Zeitrahmen Upgrades planen, sollten Sie sich ernsthaft mit FCoE auseinandersetzen. In Anbetracht dessen, dass die derzeitigen Anbieter von FC-Switches künftig einen Großteil ihres Kundenstamms zu Ethernet migrieren, werden Sie irgendwann wahrscheinlich auch auf diese Technologie umsteigen.

Technologie kann zwar viele Probleme lösen. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn es um die Abstimmung zwischen Gruppen innerhalb eines Unternehmens geht. Eine der Herausforderungen, die beim Einsatz von iSCSI im Unternehmen auftraten, waren die Auseinandersetzungen zwischen dem Storage-Team und dem Netzwerk-Team, als es um die Frage ging, wer das Netzwerk besitzt. In FC-Implementierungen sind die Storage-Mitarbeiter im Besitz der Fabric, bei iSCSI ist es die Netzwerkgruppe. Damit FCoE erfolgreich eingesetzt werden kann, ist es erforderlich, dass sich diese beiden Gruppen genau abstimmen und enger zusammenarbeiten als je zuvor. Doch hier liegt möglicherweise die größte Hürde, die es im Zusammenhang mit FCoE zu überwinden gilt.

Wenn Sie weitere Informationen über FCoE wünschen, können Sie Ihr Wissen mit dem Buch Datacenter Netzwerke und Fibre Channel over Ethernet (FCoE) vertiefen, das mein Kollege Silvano Gai kürzlich zu diesem Thema schrieb. Das Buch geht in großer fachlicher Tiefe auf das Protokoll ein und beschreibt die Funktion jeder Komponente von FCoE-Stack.

Ihre Meinung zu FCoE?

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Scott McCullough

Nick Triantos
Consulting Systems Engineer
NetApp

Nick Triantos gehört der Consulting Systems Engineering Group von NetApp an und beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit der Entwicklung und Kompetenzförderung von NetApp Partnern im Umgang mit NetApp® Virtualisierungsprodukten und SAN-Lösungen. Nick Triantos verfügt über einen knapp 15-jährigen Erfahrungshintergrund in den Bereichen Systems Engineering und Support Engineering. Er arbeitete bei HP als Account Support Engineer (Server-Gruppe) und als Presales Technical Consultant (Storage-Gruppe). Er betreibt einen Blog und schreibt häufig Beiträge für Tech OnTap.

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