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Unified Connect

Datacenter in Unternehmen nutzen typischerweise Ethernet-Netzwerke für den LAN- und IP-Datenverkehr und verfügen über separate Fibre Channel-Netzwerke (FC) für den Datenverkehr im Storage Area Network (SAN). Zusätzlich verwenden Datacenter oftmals weitere, spezialisierte Cluster Interconnects wie InfiniBand. Die zunehmende Nutzung von 10-Gigabit Ethernet (10GbE) im Datacenter, kombiniert mit der Verfügbarkeit von Fibre Channel over Ethernet (FCoE) und verlustfreien 10GbE-Technologien, ermöglicht die Konsolidierung des Fibre Channel Traffic mit dem LAN- und IP-Datenverkehr in derselben Ethernet-Infrastruktur.

Diese Netzwerkkonvergenz ermöglicht es Ihnen, Ihre vorhandenen Investitionen in FC Storage voll auszuschöpfen, Ihre Datacenter-Kosten und -Komplexität zu senken sowie das Netzwerk-Management zu vereinfachen. Wegen des enormen Potenzials der Netzwerkkonvergenz zur Vereinfachung des Datacenters und aufgrund des hohen Interesses an der FCoE-Technologie gab es in den letzten Jahren auch zahlreiche Tech OnTap Artikel zu diesem Thema. (Siehe Seitenbalken.)

Mit der Einführung von Data ONTAP 8.0.1 hat NetApp den letzten, entscheidenden Schritt hin zur vollständigen Netzwerkkonvergenz getan. Unsere neue Unified Connect-Technologie erlaubt es Ihnen nun, all Ihre Storage-Protokolle über eine einzige Leitung von Servern zu Switches und zum Storage laufen zu lassen. Dieser Artikel beschreibt Unified Connect, seine Funktionsweise, seine Performance sowie Best Practices.

Der herkömmliche Ansatz und Unified Connect im Vergleich Unified Connect vereinfacht die Netzwerkinfrastruktur und gibt Ports und Steckplätze auf Servern, Switches und Storage frei.

Abbildung 1) Der herkömmliche Ansatz und Unified Connect im Vergleich Unified Connect vereinfacht die Netzwerkinfrastruktur und gibt Ports und Steckplätze auf Servern, Switches und Storage frei.

Was ist Unified Connect?

Unified Connect ist eine neue Software-Funktion, die erstmalig in Data ONTAP 8.0.1 vorgestellt wurde, gemeinsam mit zahlreichen weiteren bedeutenden Verbesserungen, wie z. B.:

  • Datenkomprimierung
  • 64-Bit-Aggregate
  • DataMotion für Volumes
  • Unterstützung für neue Hardware

Weitere Informationen zu sämtlichen Funktionen der neuesten Version von Data ONTAP 8 finden Sie in einem kürzlich veröffentlichten Tech OnTap Artikel.

NetApp begann bereits vor über anderthalb Jahren mit der Auslieferung vollständiger FCoE-Systeme. Dadurch konnten ältere FC-Infrastrukturen durch 10GbE-Infrastrukturen ersetzt werden, jedoch waren immer noch separate Verbindungen für Block- und Dateidaten nötig. Mit der Einführung von Unified Connect wird nun auch diese letzte Hürde vor der vollständigen Konvergenz überwunden. Nun kann sämtlicher IP- und FCoE-Netzwerk-Traffic zu und von einem Storage-System über eine einzige Leitung laufen.

Die Netzwerkkonvergenz mit FCoE und Unified Connect bietet eine Reihe von Vorteilen, z. B.:

  • bis zu 70 % weniger Verkabelung
  • Verringerung der erforderlichen Ports des Storage-Systems von 12 auf 4 bei typischen Konfigurationen, wodurch Ports bzw. PCIe-Steckplätze für andere Zwecke frei werden
  • Möglichkeit zur Konsolidierung mehrerer GbE- und 2/4G-FC-Verbindungen in einer einzigen 10GbE-Leitung
  • verbesserte Bandbreitenausnutzung, da sich mehrere Datenverkehrstypen dieselbe Leitung teilen

Tabelle 1) Auswirkung von Unified Connect auf eine typische Storage-System-Konfiguration

  Typisch 10GbE mit UTAs Verbesserung in %
Adapter insgesamt 4 2 50 %
PCI-Steckplätze/Server 4 2 50 %
Ports insgesamt 12 4 66 %
Bandbreite insgesamt 24 Gb 40 Gb 66 %

 

Die Eliminierung redundanter Ausrüstung zur Nutzung separater, diskreter IP- und FC-Netzwerke bringt folgende Vorteile:

  • Senkung der Kühlungs- und Stromkosten und gleichzeitig Freigabe wertvollen Platzes im Datacenter
  • Eliminierung komplexer Verkabelungen
  • Vereinfachung des Managements
  • Senkung der Datacenter-Kosten

NetApp ist der einzige Storage-Anbieter, der FCoE- und IP-Protokolle über dieselbe Leitung unterstützt. Unified Connect ist mit vorhandenen Hardware-Plattformen kompatibel. Unified Connect ist ein Software Update, das durch Data ONTAP 8.0.1 ermöglicht wird. Wenn Sie bereits Unified Target Adapter (UTAs) angeschafft haben, sind keine Änderungen oder Upgrades der Hardware nötig. Sie müssen dann lediglich Ihre Software aufrüsten, um die Unified Connect Funktion nutzen zu können.

Performance von Unified Connect


Sollten Sie über den Wechsel zu dieser Technologie nachdenken, werden Sie sich natürlich fragen, welche Leistung Unified Connect tatsächlich mit mehreren gleichzeitig über eine Leitung genutzten Protokollen erzielt. NetApp führte kürzlich gemeinsam mit Intel eine Testreihe durch und überprüfte die Performance von Unified Connect und weiteren Funktionen in einer Umgebung mit einem NetApp FAS6280 Storage-System mit installierten UTAs, einem Cisco Nexus 5020 Switch und Intel Xeon Servern mit 10GbE-Adaptern der Intel X520 Serie.

IOmeter wurde für verschiedene I/O-Testläufe genutzt, bei denen gleichzeitig FCoE Traffic auf ein LUN und CIFS-Datenverkehr auf ein abgebildetes Laufwerk zugriff. Beide nutzten dieselbe Netzwerk-Schnittstelle auf dem Server und denselben Target Adapter auf dem FAS6280. Entsprechend den Best Practices lagen das abgebildete Laufwerk und das LUN auf separaten, flexiblen Volumes im Storage-System.

Beide Protokolle wurden durch eine Servicekategorie (Class of Service, CoS) eingeschränkt, die 80 % der 10GbE-Leitungskapazität für den FC Traffic und 20 % für den Ethernet Traffic vorsah. Selbst wenn Block- und Dateispeicherprotokolle auf dieselbe Leitung zugriffen, lieferten die FAS6280 und X520 Ethernet-Adapter ohne Probleme dieselbe Übertragungsrate wie bei Tests mit nur einem Protokoll. Die Netzwerk-Performance blieb unverändert, und die Servicekategorie konnte das 80/20-Verhältnis des Block-/Datei-Traffics aufrecht erhalten.

Abbildung 2 zeigt ein typisches Ergebnis. Details und weitere Performance-Ergebnisse finden Sie in der vollständigen Studie.

Performance von Unified Connect Mit IOmeter wurde gleichzeitiger FCoE und CIFS Traffic über eine einzelne Leitung erzeugt. Durch eine CoS wurden 80 % der verfügbaren Bandbreite für FCoE und 20 % für CIFS reserviert.

Abbildung 2) Performance von Unified Connect Mit IOmeter wurde gleichzeitiger FCoE und CIFS Traffic über eine einzelne Leitung erzeugt. Durch eine CoS wurden 80 % der verfügbaren Bandbreite für FCoE und 20 % für CIFS reserviert.

Funktionsweise von Unified Connect


FCoE, konvergentes Ethernet und Unified Connect werden allesamt durch im Ethernet-Protokoll erweitertes Data Center Bridging (DCB) ermöglicht. Zu den DCB-Erweiterungen gehören die Bandbreitenzuordnung und Datenflusskontrolle basierend auf der Traffic-Klassifizierung sowie die End-to-End-Benachrichtigung über zu starke Auslastungen. Übernahme und Konfiguration der DCB-Funktionen werden mittels Data Center Bridging Exchange (DCBX) über LLDP durchgeführt.

Die Bandbreitenzuordnung über Ethernet mit DCB erfolgt mithilfe der Enhanced Transmission Selection (ETS), die im IEEE 802.1Qaz Standard definiert ist. Der Traffic wird über ein Feld im Ethernet Frame Header als eine von acht Kategorien (0-7) klassifiziert. Jeder dieser Kategorien wird ein Minimum an verfügbarer Bandbreite zugewiesen. Wenn für eine Verbindung keine konkurrierenden Belegungen oder Überbelegungen existieren, erhält jede Traffic-Kategorie mindestens ihre konfigurierte Bandbreite. Wenn für die Verbindung keine Konflikte vorliegen, kann jede Kategorie mehr oder weniger Bandbreite als zugewiesen nutzen.

Bei der ersten Implementierung von ETS innerhalb Unified Connect gibt es nur zwei Kategorien. Die eine unterstützt vorrangig FCoE in einer Prioritätswarteschlange, während sämtlicher IP Traffic in einer anderen Prioritätswarteschlange stattfindet. Die nächste Generation wird noch bessere Granularität mit bis zu acht Prioritätswarteschlangen bieten.

Die prioritätsbasierte Datenflusskontrolle (Priority-based Flow Control, PFC) bietet Datenflusskontrolloptionen auf Verbindungsebene, die ebenfalls durch Prioritäten gesteuert werden. Sie ähnelt dem 802.3x PAUSE-Ansatz, kann jedoch eine individuelle Traffic-Kategorie anhalten. Dies gewährleistet, dass ein Netzwerk auch bei starker Belastung verlustfrei für solche Traffic-Kategorien funktioniert, die PFC nutzen. Nicht alle Arten von Traffic erfordern PFC. Normaler TCP Traffic verfügt über eigene Kontrollmechanismen für den Datenfluss, basierend auf Fenstergrößen. Da das Fibre Channel-Protokoll ein verlustfreies Medium erwartet, besitzt FCoE keine integrierten Mechanismen zur Datenflusskontrolle und ist auf die verlustfreie Verbindungsebene von PFC angewiesen. PFC ist im 802.1Qbb Standard definiert.

Die ETS- und PFC-Werte werden normalerweise über den DCB-fähigen Switch konfiguriert und an die Endknotenpunkte übermittelt. Bei ETS kontrolliert der sendende Port die Bandbreitenzuordnung für jenes Segment der Verbindung (Initiator an Switch, Switch an Switch oder Switch an Ziel). Bei PFC sendet der empfangende Port das prioritätsabhängige Pausensignal, und der sendende Port reagiert, indem er keinen Datenverkehr derjenigen Traffic-Kategorie aus dem Port sendet, der die Pause empfangen hat.

Best Practices


Weitere Informationen zur optimalen Einführung von FCoE in Ihrem Datacenter finden Sie in einem früheren Tech OnTap Artikel.

Bei jeder FCoE-Implementierung sollten Sie die Richtlinien befolgen, die in den technischen Berichten TR-3800: End-to-End-Implementierungsleitfaden für Fibre Channel over Ethernet (FCoE) und TR-3802: Best Practices für Ethernet Storage dargelegt sind.

Zudem sollten einige weitere Best Practices umgesetzt werden, um die erfolgreiche Implementierung von Unified Connect zu gewährleisten:

  • Untersuchen Sie die Bandbreitenanforderungen des gesamten Traffic im konvergenten Netzwerk und bestimmen Sie den nötigen Bedarf für FCoE Traffic und für andere Arten von Ethernet Traffic.
  • Konfigurieren Sie die ETS- und PFC-Einstellungen der Switches so, dass alle Knoten dieselbe Konfiguration verwenden.
  • Konfigurieren Sie bei Nutzung mehrerer DCB-fähiger Switches alle Switches mit denselben DCB-Einstellungen.
  • Stellen Sie die ETS-Bandbreitenzuordnung für FCoE so ein, dass der Mindestdurchsatz für den gesamten SAN Traffic, der eine Verbindung nutzt, berücksichtigt wird. Wenn sich zum Beispiel zehn Hosts mit einem einzelnen FCoE Switch und Storage-System über diesen Switch verbinden, bestimmen Sie das Minimum für den akzeptablen gemeinsamen Durchsatz aller zehn Hosts. Dies entspricht dann Ihrer ETS-Einstellung für die FCoE Traffic-Kategorie. Da der Wert für die ETS-Zuordnung nur die mindestverfügbare Bandbreite festlegt, kann im Bedarfsfall, wenn zu Spitzenzeiten ein höherer Durchsatz nötig ist, je nach Verfügbarkeit auch mehr verwendet werden. Ebenso kann anderer Ethernet Traffic ungenutzte Ressourcen verwenden, wenn der FCoE Traffic nicht die gesamte zugeordnete Menge benötigt.
  • Sie müssen ein dediziertes VLAN für jedes VSAN innerhalb von einem FCoE-fähigen Switch konfigurieren.
  • Eine separate Instanz eines Multiple Spanning Tree (MST) sollte für jedes VSAN konfiguriert werden.
  • Einheitliche Ports müssen als IEEE 802.1Q Interfaces auf dem DCB-fähigen Switch konfiguriert werden.
  • Data ONTAP 8.0.1 unterstützt momentan keine Schnittstellenbündelung (auch bekannt als IFGRP) auf Ports, die für FCoE genutzt werden.

Immer stärkere Verbreitung von konvergenten Netzwerken


Mit der Verfügbarkeit von Unified Connect schöpft NetApp das Potenzial von FCoE für Datacenter-Implementierungen voll aus. Der Einsatz von End-to-End FCoE in konvergenten Netzwerken verspricht eine Verringerung der Verkabelungskomplexität, vereinfachtes Management und eine deutliche Senkung der gesamten Datacenter-Kosten ohne Kompromisse bei der Performance.

Zudem stehen immer mehr Lösungsanbieter und Service Provider unterstützend zur Verfügung. Die meisten der führenden Host-Betriebssysteme bieten bereits Unterstützung für FCoE oder werden dies in naher Zukunft tun. Intel, Broadcom, Emulex, QLogic, Brocade und Cisco besitzen Adapter zur FCoE-Unterstützung. Cisco und Brocade verfügen außerdem über FCoE- und DCB-kompatible Switches.

Darüber hinaus entwickeln sich neue Standards, die zur weiteren Verbreitung beitragen. Der Open-FCoE Standard liefert einen Open Source FCoE Software Stack für Linux. Open-FCoE umfasst einen Software-Initiator, mithilfe dessen FCoE für eine breitere Vielfalt an Netzwerk-Schnittstellen nutzbar wird. Intel und Broadcom haben ihre Unterstützung für diesen Standard bereits angekündigt. Der FC-BB-6 Standard wird gegenwärtig entwickelt und soll die Anzahl an durch FCoE unterstützten Konfigurationen erweitern, einschließlich Konfigurationen, die auch standardmäßige Ethernet Switches (ohne DCB) als Teil der Topologie zulassen.

Relative Performance der neuen FAS6200 Modelle bei sequentiell gelesenen Daten im Vergleich zu bestehenden Plattformen

Abbildung 3) Zunehmende Verbreitung von NetApp FCoE

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Jason Blosil

Jason Blosil
Product Marketing Manager
NetApp

Jason verfügt über 15 Jahre Erfahrung in der IT-Branche, einschließlich mehr als 10 Jahren in der Storage-Branche, wo er serverbasierte RAID Storage-Produkte und externe Storage-Systeme managt und vermarktet. Sein aktuelles Augenmerk liegt auf den Ethernet SAN Storage-Lösungen (iSCSI und FCoE) bei NetApp, und er ist aktives Mitglied in verschiedenen Branchenverbänden wie Ethernet Alliance sowie SNIA ESF, bei der er als Co-Chair für iSCSI SIG fungiert.

Mike McNamara

Mike McNamara
Senior Manager, Product Marketing
NetApp

Mike verfügt über mehr als 22 Jahre Erfahrung im IT Marketing, von denen er sich 16 Jahre lang spezifisch auf Storage-Lösungen konzentrierte. Er war bei Adaptec, EMC und Hewlett Packard tätig, bevor er vor mehr als fünf Jahren zu NetApp kam. Mike ist außerdem der Marketing Chair der Fibre Channel Industry Association (FCIA) und Mitglied der Ethernet Alliance.

 
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