Starnberg, 18. Juli 2016 - Wie neue Technologien und gestiegene geschäftliche Anforderungen beginnen, das Storage Networking im Rechenzentrum verändern...
Um was es hier geht: Die digitale Transformation mit Industrie 4.0 und den bekannten Schlagworten wie Internet der Dinge (IoT), Big Data Analytics, M2M, Cloud Computing etc. im Verbund mit der steigenden Mobilität von Menschen, Prozessen und Anwendungen erzwingen massive Änderungen innerhalb von Rechenzentrums-Infrastrukturen und damit auch auf der Speicher-Netzwerkseite (storage area networks). Hochgradig virtualisierte- und Software Definierte Infrastrukturen benötigen schnelle, latenzarme und ausfallsichere IP-Netze, die sowohl einfach skalieren, als auch automatisiert zu betreiben sind und sich mit den vorhandenen Ressourcen kombinieren lassen (self-provisioning, self-healing, non-blocking). Weiter wichtig ist die Unterstützung der Industrie-Standard Protokolle iSCSI (block), NAS (file), FCoE und Object Storage (S3, CDMI) gegeben sein. Bestehende Fibre Channel (FC) SAN Fabrics müssen zudem einzubeziehen sein (Stichwort Investitionsschutz).
IP Netzwerke / Ethernet Fabrics
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Virtualisierte Netzwerke (software defined...) mit Ethernet Fabric - Technologie adressieren diese Anforderungen und sie machen komplexe, fehleranfällige manuelle Konfigurationsarbeiten weitestgehend überflüssig. Die Control- und Management-Plane wird dazu über den physikalischen Switch hinaus in die IP-Fabric erweitert.
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Technisch gesehen entsteht eine flach vermaschte Architektur innerhalb der Layer 2-Netzwerk-Topologie. Die (virtuelle) Fabric ermöglicht über Geräte-Software dabei den Austausch aller gemeinsamen Konfigurationsparameter innerhalb aller Switch-Ports: bei der Migration von virtuellen Maschinen z.B. sind die Netzwerk-Policies für die virtuelle Maschine bei jedem Switch-Port bereits vorhanden. Dies bedeutet, ein Umzug von VMs macht keine manuelle Änderungen an der Netzwerkkonfiguration erforderlich, denn die Informationen werden immer automatisch zwischen allen Geräten getauscht. Weiter identifiziert die Fabric den kürzesten Loop-freien Weg und leitet Frames mit der geringsten Latenz weiter. Diese Funkionen sind besonders wichtig beim Storage I/O, wo hohe Latenzzeiten geschäftskritisch sind und die Applikationsverfügbarkeit negativ beeinflussen können.
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Ethernet unterstützt gemischte (unified) Storage-Protokolle, einschließlich iSCSI, FCoE, NFS und CIFS, SMB. Data Center Bridging (DCB) – für FCoE notwendig - erlaubt die robuste Übertragung des Storage-Traffics über das LAN, indem Paketverluste auf Grund von Network Congestion verhindert werden. NAS Storage Auto QoS - Funktionen in Ethernet Fabric Switches von Netzwerks-Anbietern wie z.B. Brocade sind in der Lage, den verzögerungsempfindlichen Storage Traffic innerhalb der IP-Fabric zu priorisieren, um eine konsistente Storage-Performance bei reduzierten Latenzzeiten zu realisieren.
Mittels Virtualisierung, Software Defined xxx und hybriden Cloud Deployments sind IT-Organisationen heute in der Lage, sowohl ihre Kapital- als auch Betriebskosten zu reduzieren, während Storageseitig Flash die I/O-Performance - entweder in Kombination mit Hochleistungsfestplatten oder als All-Flash - massiv zu beschleunigen vermag; zudem wird bei der Verwendung von Enterprise-Flash eine höhere System- und somit Anwendungsverfügbarkeit erreicht. Dies wird immer wichtiger, da Rechenzentren ihre Services sehr flexibel und möglichst schnell in unterschiedlichen Architekturen bereitstellen müssen, beispielsweise in der Cloud oder eben als Software-definierte Umgebung; Silos in Kombination mit zum Teil veralteter Hardware sind dazu nicht in der Lage (Wirtschaftlichkeit, Skalierbarkeit, Leistung). Somit kommen auf die Betreiber von Unternehmens- und Speichernetzen - je nach Branche - zum Teil deutlich erhöhte Anforderungen in Bezug auf die verfügbare Netzbandbreite, Konfigurationsflexibilität, Performance, Bandbreite, Verfügbarkeit, Latenzminimierung und proaktiver Verwaltung-/Kontrolle zu.
Insbesondere Ethernet-Netzwerke sind wie oben gesehen im Zusammenhang mit der Entwicklung von Software-definierten Infrastrukturen und Konsolidierung-/Standardisierung stärker in das Blickfeld gerückt. IP wird bislang in kommerziellen Rechenzentren doch überwiegend für den Anwendungstraffic und weniger für Storage (data + metadata) eingesetzt, obwohl sich Ethernet im Zusammenhang mit technischen Fortschritten bei iSCSI (block) oder scale-out NAS (file) – auch in Kombination mit weiteren Protokollen aus Betriebs- und Performancesicht sehr gut für viele Anwendungsfälle eignet.
Klassisches Ethernet wurde nicht für anspruchsvolle Storage-Workloads konzipiert, weder in Bezug auf die Performance, Datenintegrität, Robustheit und Ausfallsicherheit; diese Lösungen stellen damit für mission-critical Apps auch immer einen gewissen Kompromiss dar. Mit ein Grund, weshalb shared-storage (SAN-)Fabrics auf Basis Fibre Channel auch weiterhin in den Rechenzentren im Einsatz ist.
Abb. 1: Bildquelle SNIA ESF, Software Defined Networks & Network Virtualization
Fazit: Ein hochgradig virtualisiertes Software-definiertes Rechenzentrum mit vielleicht tausenden virtueller Maschinen und hybriden Cloudmodellen impliziert auf der Infrastrukturseite - Compute, Netzwerk, Storage - neue Vorgehensweisen, die sowohl die wirtschaftliche Seite als auch die eingesetzten Technologien und Betriebskonzepte betreffen. Auf der klassischen SAN-seite wird Fibrechannel die nächsten Jahre für verschiedenste Anwendungsbereiche weiterhin „mission critical“ sein: die Gründe liegen in der Robustheit des Protokolls, einer breiten Kompatibilität sowie hoher Sicherheit bei geringen Latenzen. Allerdings wächst die Ethernet Adaptionsrate (10/25/40 GBE) als standardisierte IP-Netztechnik im zweistelligen Bereich; aus den erwähnten Gründen ist ein eigenes IP-Netzwerk somit möglich und für den shared Storage Traffic - ohne eine Mix von IP/TCP und Data Storage Traffic - sinnvoll. Zu erwähnen sind ferner die Entwicklungen bei Ethernet-based Object Storage, NVMe-based FLASH oder RDMA over Ethernet im Zusammenhang mit Server-based low-latency Storage (Stichwort: Konvergenz), die Rechenzentren und damit auch Speichernetzen eine weitere Dimension hinzufügen.