Schalten und speichern

Storage-Switches – Im SAN gelten andere Regeln als im LAN, auch wenn sich die Technologien ähneln. Die Schaltzentralen bestimmen die Geschwindigkeit und Skalierbarkeit.

Das Rückgrat jedes Speichernetzwerks stellen die SAN-Switche dar. Die Performance, Verwaltbarkeit und die Ausbaufähigkeit der Speicherarchitektur hängt in erster Linie von diesen Geräten ab. Neben der klassischen Fibre-Channel-Technik etabliert sich langsam iSCSI als Alternative für kleine SANs oder in Außenstellen. Egal ob Anwender FC oder iSCSI verwenden, die Speicheradministratoren müssen ihr SAN sehr sorgfältig planen und aufsetzen, um Erweiterungen nicht zu blockieren.

FC, der Klassiker
Die bevorzugte Technologie für Speichernetzwerke stellt der Fibre-Channel dar. Diese Architektur kann sowohl innerhalb eines Speichersystems die Kommunikation zwischen Controller und Festplatten übernehmen, als auch Subsysteme mit Hosts verbinden. FC lässt sich als Punkt-zu-Punkt-Verbindung, Loop und Switched-Fabric betreiben. Die Betriebsarten dürfen gemischt arbeiten, so dass beispielsweise Loops innerhalb einer Fabric funktionieren. Das FC-Protokoll kümmert sich dabei ohne großen Verwaltungsaufwand um Verbindungsaufbau, Kommunikationspfade, und verwaltet die Zugriffsrechte. Auf FC lassen sich verschiedene Anwendungsprotokolle aufsetzen. Somit kann FC nicht nur als Speichernetzwerk, sondern als IP-LAN oder gar als Cluster-Interconnect mit VIA (Virtual-Interface-Architecture) auftreten.

Im SAN-Betrieb arbeitet SCSI als Speicherprotokoll auf FC. Der geringe Protokoll-Overhead von FC erlaubt schnelle Verbindungen mit niedrigen Latenzzeiten. Eine FC-Fabric mit einem oder mehreren FC-Switches identifiziert jedes Endgerät durch einen World-Wide-Name (WWN) und eine Domain-ID (DID). Während die WWN das jeweilige Endgerät vorgibt, weist die Fabric eine switchabhängige DID zu. Über das so genannte Zoning legt der Speicherverwalter fest, welche Geräte innerhalb der Fabric miteinander kommunizieren dürfen. Zonen-Mitglieder lassen sich über ihre DID oder WWN festlegen. Somit kann der Speicheradministrator die SAN-Gruppen wahlweise nach mit Endgeräten (SW-Zone) oder den Switch-Ports (HW-Zone) belegen. Diese Technik ähnelt den VLANs bei LAN-Switches, lässt sich aber simpler verwalten.

FC gibt es in vier Geschwindigkeitsstufen: 1, 2, 4 und 10 GBit/s. Dabei arbeiten die Modi bis 4 GBit/s protokollkompatibel. An einen 4-GBit/s-Port darf der Verwalter also auch 1-GBit/s-Geräte anschließen. Die aktuelle 10-GBit/s-Norm weicht vom bisherigen Standard ab und fungiert daher momentan als Inter-Switch-Link oder auf der Backplane eines Directors. Die nutzbare Bandbreite der drei Standard-Geschwindigkeiten liegt bei etwa 100 bis 400 MByte/s. Doch diese Durchsatzraten erreichen in der Praxis nur wenige Endgeräte. Den Flaschenhals stellt dabei keineswegs die SAN-Infrastruktur, sondern der Server, sein Betriebssystem und das verwendete Dateisystem dar. 4-GBit/s-Links empfehlen sich daher in erster Linie für die Verbindung zwischen den Speichersystemen und dem Switch, während für die Host-Anbindung 2 oder gar 1 GBit/s noch ausreichen.

Die Preise der 4-GBit/s-Lösungen nähern sich langsam den 2-GBit/s-Geräten an, lediglich die optischen Transceiver für 4-GBit/s fallen derzeit noch recht teuer aus. Einsteiger können 4-GBit/s-Switche mit größerer Portzahl ohne SFPs (Small Form-factor Pluggable) anschaffen und diese Transceiver erst bei Bedarf nachrüsten. Wer kleine, überschaubare FC-SANs mit zwei bis drei Speichersystemen und bis etwa acht Server ohne große Wachstumserwartungen plant, kann dies mit 2-GBit/s-Technologie realisieren. Größere Speichernetzwerke bauen auf 4-GBit/s-Technologie. Sollten die Ports eines Switches nicht ausreichen, lässt sich die Fabric auf mehrere Switche ausbauen.

Dabei übernimmt ein Gerät die Rolle des »Principals«, der die Fabric und die Zonenkonfiguration verwaltet. So genannte E-Ports sorgen für die Kommunikations zwischen den Switches. FC kann mehrere E-Ports bündeln, um die Bandbreite zwischen den Switches zu erhöhen. Dabei aggregieren die meisten Hersteller nicht die Bandbreite, sondern verteilen die Inter-Switch-Pakete wechselweise auf die E-Ports, um Blockaden zu vermeiden. Einige Switch-Hersteller hingegen brechen FC-Pakete auseinander und übertragen sie parallel auf mehreren E-Ports.

Die E-Ports stellen ein Problem bei Switches verschiedener Hersteller dar. Die Grundlegende FC-Norm legt nur einen Basis-Befehlssatz fest. Die Hersteller implementieren darüber hinaus zusätzliche Features. Gerade bei E-Ports machen sich diese Implementierungen bemerkbar. FC-Speichernetzwerke sollten daher nur mit den Geräten eines Herstellers arbeiten. Zwar gibt es einen »Open Fabric Mode« der alle Sonderfunktionen abschaltet und damit die Zusammenarbeit von Geräten verschiedener Hersteller garantiert. Aber dann fehlen eben diverse Extras.

Inzwischen beschränkt sich die Auswahl der Anbieter auf drei Unternehmen. Qlogic fertigt einfache Switche, die sich mit 10-GBit/s-Interconnects skalieren lassen. Diese Geräte lassen sich sehr einfach verwalten und eignen sich für kleine und mittelgroße Fabrics bis etwa 60 Ports.

Bei Brocade steht die große Fusion mit McData an. Das Protfolio wird nach der Fusion vom einfachen Switch bis hin zu großen Direktoren reichen. Diese Geräte eignen sich dann für mittelgroße und große Speichernetzwerke. Brocade und McData offerieren zudem eine Reihe von Storage-Routern, die SAN-Weitverbindungen über LAN-Technologie erlauben. Als dritter Anbieter bietet Cisco eine Reihe von Switches und Direktoren an. Auch hier reicht das Spektrum von günstigen Einsteigerlösungen für kleine SANs bis hin zu Enterprise-Geräte mit hunderten Ports. Ciscos SAN-Lösungen setzen Unternehmen in den USA sehr häufig ein, während deutsche Anwender überwiegend mit Geräten von Brocade, McData oder Qlogic arbeiten.

iSCSI als günstige Alternative
Bei iSCSI dienen herkömmliche Ethernet-Ports für die Speicherkommunikation. Zwar offerieren einige Hersteller wie Qlogic und Adaptec iSCSI-Host-Bus-Adapter mit einer Offload-Engine. In der Praxis genügen meistens Software-Inititiatoren von Microsoft oder Cisco (Linux). Rein theoretisch lässt sich iSCSI auf jedem 1-GBit/s-Ethernet-Switch betreiben. Das Prototokoll darf parallel zum normalen LAN-Traffic über das Netz laufen. Um Flaschenhälse zu vermeiden sollte der Administrator jedoch ein vom LAN völlig getrenntes iSCSI-SAN errichten. Damit behindern sich die LAN- und SAN-Kommunikation nicht.

Um die maximale Performance aus iSCSI herauszuholen, sollte ein Switch zum Einsatz kommen, der alle iSCSI-Ports beherbergt. Eine Kaskadierung des SANs über mehrere Switches kann die Performance sehr stark reduzieren, wenn die Inter-Switch-Verbindung zu langsam arbeitet. Zudem empfehlen sich Geräte die Jumbo-Frames beherrschen. Große Pakete entlasten die Sofware-Initiatoren sehr stark und sorgen für eine geringere CPU-Belastung bei den angeschlossenen Servern. Um eine dem Zoning vergleichbare Abgrenzung verschiedener Initiatoren und Targets zu erreichen, kann der Verwalter VLANs am Switch errichten. Das setzt natürlich managebare Geräte voraus. Ein Billig-Switch vom Computer-Discounter eignet sich daher auf keinen Fall für ein iSCSI-SAN.

Fazit:
Ob Anwender auf FC oder iSCSI zurückgreifen hängt in erster Linie von der bereits bestehenden Infrastruktur und der Größe des Speichernetzwerks ab. Bei FC genügen Low-Cost-Switche für kleine SANs. Wer iSCSI verwendet sollte zumindest einen managebaren Switch einsetzen, um Extra-Features wie Jumbo-Frames und VLANs nutzen zu können.
ast@networkcomputing.de