Innovation und Zuverlässigkeit machen Fibre Channel zur ersten Wahl für SANs in Rechenzentren

Große Rechenzentren sind vollgepackt mit Servern, Speicher, Switches und verschiedener anderer Hardware und versuchen, mit den neuesten Technologietrends Schritt zu halten. Von allen Veränderungen im Rechenzentrum ist eine Technologie nach wie vor die erste Wahl für die Speicherkonnektivität. Aufgrund seiner Zuverlässigkeit und Sicherheit ist Fibre Channel seit vielen Jahren eine tragende Säule im Rechenzentrum. Es ist jedoch nicht nur eine erste Wahl für den Unternehmensmarkt. Viele Hardware- und Softwareanbieter konzentrieren ihre Tests auf Fibre Channel, um sicherzustellen, dass die Produkte vor dem Versand an den Kunden für die Hauptsendezeit bereit sind.

Dell PowerStore mit Fibre Channel

Speicher- und Switch-Anbieter fügen Fibre Channel weiterhin neue Funktionen und Verbesserungen hinzu, und Softwareentwickler testen die Fibre Channel-Funktionalität, bevor sie Software-Updates für die breite Masse veröffentlichen. Fibre Channel ist nach wie vor die vorherrschende SAN-Technologie in großen Rechenzentren. Die meisten VMware-Kunden nutzen Fibre Channel, um von der laufenden Innovation und der heute vorhandenen Zuverlässigkeit, Belastbarkeit, Sicherheit und Geschwindigkeit zu profitieren.

Wenn Fragen zur Wichtigkeit und Signifikanz der Fibre-Channel-Technologie bestehen, räumt VMware diese aus, indem es neue Release-Tests mit Fibre Channel priorisiert. Unter den neuesten Ankündigungen bei VMware Explore war vSphere 8 am interessantesten. VMware konzentrierte sich weiterhin auf die vVols-Speichertechnik und fügte vVols-Unterstützung in NVMe-oF hinzu.

Marvell QLogic QLE2772 Dual-Port 32Gb FC-Adapter

Auf der VMware-Website heißt es: „Zunächst unterstützen wir nur FC, werden aber weiterhin andere mit vSphere NVMe-oF unterstützte Protokolle validieren und unterstützen.“ Bei VMware besteht Konsens darüber, dass Kunden möglicherweise auf NVMe-oF, iSCSI und 100G-Ethernet umsteigen, FC jedoch bevorzugt wird, wenn es um leistungsstarke und geschäftskritische Anwendungen geht. Daher wird Fibre Channel weiterhin an der Spitze der technologischen Fortschritte bei vSphere stehen. Obwohl eine Verlagerung auf andere Technologien stattfindet, sieht VMware keinen Rückgang der Nachfrage nach Fibre Channel.

Und es ist nicht nur VMware. Bei all dem Hype um Automatisierung, maschinelles Lernen und DevOps steht Fibre Channel für die meisten IT-Experten immer noch im Vordergrund. Aufgrund ihrer inhärenten Zuverlässigkeit, Sicherheit und geringen Latenz sind SAN Fabrics für Branchen wie das Gesundheitswesen, das Finanzwesen, die Fertigung, Versicherungen und die Regierung von entscheidender Bedeutung. Natürlich steht die Fibre-Channel-Technologie nicht still und entwickelt sich weiter, da heute 64G-Fabrics ausgeliefert werden und bei progressiven Switch- und HBA-Anbietern eine Roadmap zu 128G vorliegt. Marvell QLogic hat weiterhin eine beispiellose Führungsrolle und Innovation im Bereich der Fibre-Channel-Technologie unter Beweis gestellt.

Es gibt einen Grund, warum Fibre Channel die bevorzugte Technologie für Storage Area Networks ist: Es funktioniert einfach. Die Anbietergemeinschaft ist stark bestrebt, gemeinsam an der Weiterentwicklung der Spezifikationen zu arbeiten, um den sich ändernden Anforderungen der Branche gerecht zu werden. Tests durch Softwareanbieter konzentrieren sich auf Interoperabilität sowie Sicherheit und Zuverlässigkeit, und das zeigt sich im Fall von VMware vSphere 8. Anbieter verpflichten sich, die Interoperabilität mit Fibre Channel sicherzustellen, bevor sie neue Updates oder Hardware im Rechenzentrum veröffentlichen.

VMware hat in vSphere 8 mehrere Kernfunktionen eingeführt, darunter Verbesserungen für NVMe over Fabrics (NVMe-oF). Natürlich gibt es mehrere Gründe für die zunehmende Beliebtheit von NVMe-oF. Kunden genießen vor allem die hohe Leistung und den Durchsatz, die NVMe-oF im Vergleich zu herkömmlichem SCSI und NFS bietet. Speicheranbieter wechseln zu NVMe-Arrays und haben in ihren Produktlinien Unterstützung für FC-NVMe hinzugefügt.

VMware hat das Beispiel angenommen und erhebliche Verbesserungen an vSphere 8 speziell für NVMe-oF vorgenommen, darunter:

Der Hype um autonomes Fahren wird immer lauter. Da es sich um SANs handelt, insbesondere um Fibre-Channel-SANs, wäre dies ein ausgezeichneter Ort, um hervorzuheben, wie das autonome SAN funktioniert, ohne ins Unkraut zu geraten.

Autonome SANs sind unerlässlich, da sie wichtige Branchen wie das Gesundheitswesen, das Finanzwesen, die Regierung und Versicherungen unterstützen. Fibre-Channel-SANs werden in diesen Branchen aufgrund ihrer inhärenten Zuverlässigkeit und Sicherheit häufig eingesetzt.

Ein Ausfall oder eine Ausfallzeit in diesen kritischen Branchen kann katastrophale Folgen haben. Abhängig von der Dauer kann ein Ausfall zu Umsatzeinbußen in Höhe von Hunderttausenden oder Millionen Dollar führen. Im Gesundheitswesen kann ein Ausfall dazu führen, dass sich ein Eingriff verzögert oder Notfalldienste nicht durchgeführt werden können. Vor diesem Hintergrund strebt das Gremium für Fibre-Channel-Industriestandards weiterhin nach Verbesserungen der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit.

Um den Anforderungen moderner Rechenzentren und fortschrittlicher Anwendungen gerecht zu werden, konfigurieren Industrien Geräte so, dass sie Aufgaben ausführen, die ursprünglich nicht vorgesehen waren. Es reicht nicht aus, intelligente Geräte zu haben. Heutzutage ist es notwendig, über eine installierte Basis zu verfügen, die alles um sich herum kennt. Dies wird als „kollaborative Intelligenz“ bezeichnet, bei der Geräte nicht nur über die stattfindenden Aktivitäten informiert sind, sondern auch in der Lage sind, bei Bedarf Maßnahmen zu ergreifen.

Die erste Phase der autonomen SAN-Bemühungen besteht in der Entwicklung eines Architekturelements namens Fabric Performance Impact Notifications (FPINs). Fabric Notifications erstellt einen Mechanismus, um Geräte im Netzwerk über Ereignisse zu benachrichtigen, die in der Fabric auftreten, was bei der Entscheidungsfindung zur Ausfallsicherheit hilft. Es können zwei Arten von Fehlerbedingungen auftreten. Logikfehler können häufig durch einen erneuten Versuch oder ein logisches Zurücksetzen behoben werden und beeinträchtigen das System relativ nicht. Andererseits erfordern physische Fehler oft den gleichen Eingriff, um die Reparatur abzuschließen. Zeitweilige Fehler sind schwieriger zu beheben und können zeitaufwändig sein.

Mit Fabric Notifications erkennt die Fabric (oder das Endgerät) das vorübergehende physische Problem, überwacht, ob der Fehler dauerhaft besteht, und generiert in diesem Fall eine Nachricht, die an die vom Ereignis betroffenen Geräte gesendet wird. Mit diesen Informationen kennt die Multi-Path-Lösung den Ort und die Art des physischen Fehlers und kann ihn „umfahren“. Der IT-Administrator muss sich nicht mit der Identifizierung, Isolierung oder Initiierung von Wiederherstellungsbefehlen befassen, um den Fehler zu beheben.

Alle diese Mechanismen werden von den Endgeräten durch den Austausch von Fähigkeiten und die Registrierung von Vorgängen gesteuert. Fibre-Channel-Switches in der Fabric haben die Sichtbarkeit anderer Fabric-Komponenten, die es ihnen ermöglichen, Informationen über das Speichernetzwerk, angeschlossene Geräte und die gesamte Infrastruktur zu sammeln. Diese Switches tauschen diese Informationen über die gesamte Struktur aus und schaffen so eine echte Vision des autonomen SAN für Selbstlernen, Selbstoptimierung und Selbstheilung.

Fabric-Benachrichtigungen liefern letztendlich Informationen an die Geräte in der Fabric, um Energieverschwendung bei der Fehlerbehebung, Analyse und Lösung von Problemen zu vermeiden, die automatisch von Geräten behoben werden, die Probleme beheben, die sich auf die Leistung und Ausfälle auswirken.

VMware hat den Grundstein für die Bereitstellung eines intelligenten und selbstgesteuerten SAN mit dem Prozess zum Empfangen, Anzeigen und Aktivieren von Warnungen für FC-Fabric-Ereignisse mithilfe von Fabric Performance Impact Notification (FPIN), einer branchenüblichen Technologie, gelegt.

Die FPIN ist ein Benachrichtigungsrahmen, der von einem Fabric-Port gesendet wird, um ein Endgerät über einen Zustand für einen anderen Port in seiner Zone zu informieren. Die Bedingungen umfassen Folgendes:

Mit einem proaktiven Benachrichtigungsmechanismus können Portprobleme schnell gelöst und Wiederherstellungsmaßnahmen festgelegt werden, um Ausfallzeiten zu minimieren.

Abbildung 1: vSphere 8.0 mit Marvell QLogic FC registriert sich und empfängt Fabric-Benachrichtigungen, die auf eine Übersubskription im SAN hinweisen

Abbildung 2: vSphere 8.0 mit Marvell QLogic FC registriert sich und empfängt Fabric-Benachrichtigungen, die auf eine Verschlechterung der Verbindungsintegrität hinweisen.

Marvell QLogic Enhanced 16GFC-, Enhanced 32GFC- und 64GFC-HBAs sind vollständig in vSphere 8.0 integriert und unterstützen Fabric-Benachrichtigungstechnologie, die als Baustein für autonome SANs dient.

VMware hat sich in den letzten vSphere-Versionen auf vVols konzentriert. Mit vSphere 8.0 fügte der Kernspeicher erst in der ersten Version vVols-Unterstützung für NVMe-oF mit FC-NVMe-Unterstützung hinzu. VMware wird jedoch weiterhin andere mit vSphere NVMe-oF unterstützte Protokolle validieren und unterstützen. Das neue vVols Spec, VASA/VC-Framework finden Sie hier.

Da die Branche und viele Array-Anbieter NVMe-oF-Unterstützung für verbesserte Leistung und geringere Latenz hinzufügen, wollte VMware sicherstellen, dass vVols mit den neuesten Speichertechnologien auf dem neuesten Stand bleiben.

Neben der verbesserten Leistung wird auch die Einrichtung von NVMe-oF vVols vereinfacht. Sobald VASA registriert ist, wird die zugrunde liegende Einrichtung im Hintergrund abgeschlossen und es muss nur noch der Datenspeicher erstellt werden. VASA verwaltet alle vPE-Verbindungen (Virtual Protocol Endpoints). Kunden können jetzt NVMe-oF-Speicherarrays in einem vVols-Datenspeicher über die auf Speicherrichtlinien basierende Verwaltung in vCenter verwalten. vSphere 8 bietet außerdem Unterstützung für zusätzliche Namespaces und Pfade sowie eine verbesserte vMotion-Leistung.

Wie Fibre Channel beweist, war die Servervirtualisierung der Katalysator für die verstärkte gemeinsame Nutzung von Links. Angesichts der wachsenden Anzahl virtueller Maschinen (VMs) im Rechenzentrum transportieren gemeinsam genutzte Links Daten, die mit CPU-Kernen, Arbeitsspeicher und anderen Systemressourcen verknüpft sind, und nutzen dabei die maximal verfügbare Bandbreite. Von beliebigen VMs und anderen physischen Systemen gesendete Daten werden vermischt. Diese Daten werden auf demselben Weg wie der SAN-Verkehr (Storage Area Network) übertragen, sodass alles gleich aussieht und nicht als einzelne Datenströme betrachtet werden kann.

Die Verwendung der VM-ID von Marvell QLogic (eine End-to-End-Lösung, die Frame-Tagging verwendet, um die verschiedenen VMs und ihre I/O-Flüsse über das SAN zuzuordnen) ermöglicht die Entschlüsselung jeder VM auf einem gemeinsam genutzten Link. QLogic hat diese Funktion auf seinen neuesten 64GFC-, Enhanced 32GFC- und Enhanced 16GFC-Hostbusadaptern (HBAs) aktiviert. Diese Technologie verfügt über einen integrierten Application Services-Monitor, der die weltweit eindeutige ID von VMware ESX erfasst. Anschließend kann es die unterschiedlichen IDs jeder VM interpretieren, um eine intelligente Überwachung durchzuführen.

VM-ID bietet eine tiefgreifende Sicht auf die E/A von der Ursprungs-VM bis zur Fabric und gibt SAN-Managern die Möglichkeit, Dienste auf Anwendungsebene zu steuern und an jede virtuelle Arbeitslast innerhalb eines QLogic Fibre Channel HBA zu leiten.

Abbildung 3: Die Switch-Analyse-Engine von Brocade kann jetzt Statistiken pro VM anzeigen, indem sie die Fibre Channel-Frames zählt, die vom Marvell Fibre Channel HBA mit einer individuellen VM-ID gekennzeichnet wurden.

Seit der Einführung des Protokolls im Jahr 1988 wurden bei Fibre Channel kontinuierlich Fortschritte erzielt. Die ersten FC-SAN-Produkte, 1 Gb FC, wurden 1997 ausgeliefert, und die Entwicklung geht bis heute weiter, mit 128 Gb-Produkten am Horizont.

Alle drei bis vier Jahre verdoppelt sich die Geschwindigkeit des FC. Zusätzlich zu den Fortschritten bei der Leistungssteigerung wurden neue Dienste wie Fabric Services, StorFusion™ mit Universal SAN Congestion Mitigation, NPIV (Virtualisierung) und Cloud-Dienste hinzugefügt. Netzwerkunternehmen und OEMs beteiligen sich an der Entwicklung dieser Standards und arbeiten weiterhin zusammen, um zuverlässige und skalierbare Speichernetzwerkprodukte bereitzustellen.

Fibre Channel gilt als die zuverlässigste Speicherkonnektivitätslösung auf dem Markt und bietet seit jeher fortschrittliche Verbesserungen. Server- und Speichertechnologien steigern die Nachfrage nach größerer SAN-Bandbreite. Anwendungs- und Speicherkapazität, 32-Gbit- und 64-Gbit-Speicherarrays mit Unterstützung für SSDs und NVMe, Servervirtualisierung und Multi-Cloud-Bereitstellungen beweisen, dass sich Fibre Channels lohnen, da sie einen höheren Durchsatz, geringere Latenz und höhere Verbindungsgeschwindigkeiten bieten – und das alles bei vorhersehbarer Leistung.

Marvell hat kürzlich die Einführung seiner brandneuen 64GFC-HBAs angekündigt. Dazu gehören die Single-, Dual- und Quad-Port-FC-HBAs der QLE2870-Serie, die die verfügbare Bandbreite verdoppeln, auf einem schnelleren PCIe 4.0-Bus arbeiten und gleichzeitig FC und FC-NVMe unterstützen – ideal für die Zukunftssicherheit geschäftskritischer Unternehmen Anwendungen.

Es besteht kein Zweifel daran, dass NVMe-Geräte extrem schnelle Lese- und Schreibzugriffe ermöglichen. Die Diskussion dreht sich also darum, diese NVMe-Geräte an Hochgeschwindigkeitsnetzwerke anzuschließen, ohne zu berücksichtigen, dass es sich immer noch um Speichergeräte handelt, die eine garantierte Lieferung erfordern. Die Technologie, die als verlustfreie Bereitstellungsmethode entwickelt wurde, ist Fibre Channel. In zahlreichen Tests von Branchenführern schnitten NVMe-oF und NVMe/FC besser ab, wenn die zugrunde liegende Technologie Fibre Channel war.

Flash-Arrays ermöglichen eine schnellere Blockspeicherleistung in virtualisierten Workloads mit hoher Dichte und verkürzen die Reaktionszeit datenintensiver Anwendungen. Das sieht alles ziemlich gut aus, es sei denn, die Netzwerkinfrastruktur kann nicht die gleiche Leistung erbringen wie die Flash-Speicher-Arrays.

Flash-basierter Speicher erfordert eine deterministische Infrastruktur mit geringer Latenz. Andere Speichernetzwerkarchitekturen erhöhen häufig die Latenz, was zu Engpässen und Netzwerküberlastungen führt. In diesem Fall müssen mehr Pakete gesendet werden, was zu einer noch größeren Überlastung führt. Mit der kreditbasierten Flusskontrolle von Channel können Daten so schnell übermittelt werden, wie der Zielpuffer sie empfangen kann, wobei Pakete verworfen oder erneute Übertragungen erzwungen werden.

Wir haben Anfang des Jahres einen ausführlichen Testbericht zum FC-NVMe-Ansatz von Marvell veröffentlicht. Weitere Informationen finden Sie unter Marvell Doubles Down auf FC-NVMe.

In einem VMware-Blog wurde NVMe over Fabrics (NVMe-oF) als eine Protokollspezifikation beschrieben, die Hosts mithilfe des NVMe-Protokolls über Netzwerk-Fabrics mit Hochgeschwindigkeits-Flash-Speicher verbindet. VMware hat NVMe-oF in vSphere 7 U1 eingeführt. Der VMware-Blog wies darauf hin, dass die Benchmark-Ergebnisse zeigten, dass Fibre Channel (FC-NVMe) SCSI FCP in vSphere-virtualisierten Umgebungen durchweg übertraf und einen höheren Durchsatz und eine geringere Latenz ermöglichte. Unterstützung für NVMe über TCP/IP wurde zu vSphere 7.0 U3 hinzugefügt.

Aufgrund der zunehmenden Akzeptanz von NVMe hat VMware die Unterstützung für gemeinsam genutzten NVMe-Speicher mithilfe von NVMe-oF hinzugefügt. Aufgrund der inhärenten geringen Latenz und des hohen Durchsatzes nutzen Branchen NVMe für KI-, ML- und IT-Workloads. Normalerweise nutzte NVMe einen lokalen PCIe-Bus, was die Verbindung mit einem externen Array erschwerte. Damals hatte die Branche externe Konnektivitätsoptionen für NVMe-oF auf Basis von IP und FC vorangetrieben.

In vSphere 7 hat VMware Unterstützung für gemeinsam genutzten NVMe-Speicher mithilfe von NVMe-oF mit NVMe über FC und NVMe über RDMA hinzugefügt.

Fabrics bieten weiterhin höhere Geschwindigkeiten und gewährleisten gleichzeitig die verlustfreie, garantierte Lieferung, die von Speichernetzwerken gefordert wird. vSphere 8.0 unterstützt 64GFC, die bisher schnellste FC-Geschwindigkeit.

vVols war in den letzten Versionen der Hauptschwerpunkt der VMware-Speichertechnik, und mit vSphere 8.0 hat der Kernspeicher vVols-Unterstützung in NVMe-oF hinzugefügt. Zunächst unterstützt VMware nur FC, wird aber weiterhin andere NVMe-oF-Protokolle validieren und unterstützen.

Dies ist ein neues vVols Spec, VASA/VC-Framework. Um mehr zu erfahren, besuchen Sie VASA 4.0/vVols 3.0, um Details zu dieser neuen vVols-Spezifikation anzuzeigen.

vSphere 8 fügt weiterhin Funktionen und Verbesserungen hinzu und hat kürzlich die unterstützten Namespaces auf 256 und Pfade auf 2K für NVMe-FC und TCP erhöht. Eine weitere Funktion, die Unterstützung von Reservierungsbefehlen für NVMe-Geräte, wurde zu vSphere hinzugefügt. Mit Reservierungsbefehlen können Kunden die Clustered VMDK-Funktion mit Microsoft WSFC mit NVMe-oF-Datenspeichern nutzen.

Fibre Channel verfügt über eine weitere integrierte Effizienz: die automatische Erkennung. Wenn ein FC-Gerät mit dem Netzwerk verbunden ist, wird es automatisch erkannt und der Fabric hinzugefügt, wenn es über die erforderlichen Anmeldeinformationen verfügt. Die Knotenkarte wird aktualisiert und der Datenverkehr kann über die Glasfaser geleitet werden. Es handelt sich um einen einfachen Vorgang ohne Eingreifen eines Administrators.

Bei der Implementierung von NVMe/TCP entsteht mehr Aufwand. Da NVMe/TCP nicht über einen automatischen Erkennungsmechanismus verfügt, hat ESXi Unterstützung für den NVMe Discovery Service hinzugefügt. Die erweiterte NVMe-oF Discovery Service-Unterstützung in ESXi ermöglicht die dynamische Erkennung standardkonformer NVMe Discovery Service. ESXi verwendet den mDNS/DNS-SD-Dienst, um Informationen wie die IP-Adresse und die Portnummer aktiver NVMe-oF-Erkennungsdienste im Netzwerk abzurufen. ESXi sendet eine Multicast-DNS-Anfrage (mDNS) und fordert Informationen von Entitäten an, die einen (NVMe)-Erkennungsdienst (DNS-SD) bereitstellen. Wenn eine solche Entität im Netzwerk (an dem die Anfrage gesendet wurde) aktiv ist, sendet sie eine (Unicast-)Antwort mit den angeforderten Informationen an den Host, dh IP-Adresse und Portnummer, auf der der Dienst ausgeführt wird.

Fibre Channel wurde speziell für die Übertragung von Blockspeicher entwickelt und ist, wie in diesem Artikel beschrieben, eine verlustfreie, leistungsstarke und zuverlässige Struktur mit geringer Latenz. Um es deutlich zu sagen: Es werden Fortschritte unternommen, um die Verwendung von TCP für den Speicherverkehr in einigen wichtigen Hochgeschwindigkeitsnetzwerken zu verbessern. Es bleibt jedoch die Tatsache, dass TCP kein verlustfreies Netzwerk ist und die erneute Übertragung von Daten immer noch ein Problem darstellt.

Marvell FC-Produktfamilie

Dieser Bericht wird von Marvell gesponsert. Alle in diesem Bericht geäußerten Ansichten und Meinungen basieren auf unserer unvoreingenommenen Sicht auf das/die betrachtete(n) Produkt(e).

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Ich bin in der Technologiebranche tätig, seit IBM Selectric gegründet hat. Mein Hintergrund ist jedoch das Schreiben. Also beschloss ich, aus dem Vorverkaufsgeschäft auszusteigen und zu meinen Wurzeln zurückzukehren, ein bisschen zu schreiben, mich aber immer noch mit Technologie zu beschäftigen.