Was es ist und was es bringt - crn.de

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FCoE – Fibre-Channel-over-Ethernet
Was es ist und
was es bringt
Es ist nicht zu übersehen, dass die
Konsolidierungswelle rollt und stark
wächst. Durch die Verbreitung von
Virtualisierungslösungen getrieben,
wird seit geraumer Zeit (genauer gesagt
seit Ende 2007) auch an einer Lösung zur
Konsolidierung von I/Os gearbeitet.
Der Heilsbringer heißt hier
Fibre-Channel-over-Ethernet, kurz FCoE.
Einer der wichtigsten Aspekte dieser Technologie ist, dass hier Fibre-Channel (FC)
und Ethernet zusammentreffen und eine
neue konvergierte Technologie entsteht, die
es ermöglicht, sowohl Fibre-Channel-Daten
wie auch IP-Daten über diesen Transportmechanismus zu übertragen. Dies bringt
viele Vor- aber auch Nachteile.
Fibre-Channel ist heute ein akzeptiertes
und weit verbreitetes Protokoll zum Transport von SCSI-Daten und -Befehlen zwischen Servern und Speichersystemen. FC
wurde für diese Aufgabe entwickelt und
bringt dementsprechend spezielle Mechanismen hierfür mit. Fibre-Channel ist beispielsweise verbindungsorientiert, und Sender und Empfänger bauen eine permanente
Verbindung zueinander auf und auch wieder ab, wenn diese nicht mehr benötigt wird.
Ferner hat man einen Mechanismus, genannt »Buffer-to-Buffer Credits«, eingebaut
der es erlaubt, verlustfrei FC-Frames zu
übertragen. Hierbei werden Puffer beispielsBild 1: Die unterschiedlichen Schichten
von Ethernet und Fibre-Channel.
weise an den FC-Switch-Ports benutzt, um
Daten zu cachen, bevor sie ausgeliefert
werden. Sind die Puffer voll, wird dementsprechend eine Message an den Sender geschickt und es werden keine weiteren
Frames mehr verschickt, bis wieder Puffer
zur Verfügung stehen. Ein Verlust von
Frames wäre im FC-Umfeld ein großes Problem und würde schnell zu einem ServerAusfall führen oder den Absturz einer
wichtigen Applikation verursachen.
Auf der anderen Seite haben wir Ethernet und die darauf aufsetzenden Protokolle.
Ethernet ist etwa 40 Jahre alt und wurde
ursprünglich zur Vernetzung von Ressourcen wie Rechner und Drucker entwickelt. Es
musste günstig sein und ein Ausfall hatte
keine massiven Folgen auf die unternehmensweite IT.
Technisch wurde Ethernet für ganz
andere Anforderungen entwickelt, die mit
den Anforderungen von Fibre-Channel
nicht mithalten können. Ethernet wurde auf
Basis einer so genannten Collision-Domain
realisiert, an die verschiedene Ressourcen
mittels eindeutiger MAC-Adresse angeschlossen wurden. Alle Stationen im Netz
waren mehr oder weniger gleichberechtigt
und konnten alle Datenpakete empfangen.
Anhand der MAC-Adresse war jede Station
in der Lage, die an ihre Adresse gesendeten
Daten herauszufiltern.
Wie man nun aus beiden kurzen Erläuterungen oben bemerkt, treffen hier quasi
zwei Welten aufeinander. Fibre-Channel als
sehr zuverlässiges Transportmittel, das als
verlustfrei gilt, und auf der anderen Seite
Ethernet, welches keine Probleme mit dem
Verlust oder der Auslieferung von Paketen
außerhalb der Sendereihenfolge hat.
Um nun Fibre-Channel-Pakete über ein
Ethernet-Transport verschicken zu können,
haben sich verschiedene Hersteller von
Speicherlösungen und Netzwerkkomponenten zusammengesetzt und einen Vorschlag zum FCoE-Standard entwickelt, der
beim INCITS (ANSI) T11 Komitee eingereicht wurde, welches auch den FC-Standard entwickelt hat.
FCoE legt fest, wie man Fibre-ChannelDaten verlustfrei über einen so genanntes
»Lossless Ethernet« transportieren kann und
besteht aus zwei Protokollen: Einmal das
Protokoll zum Transport der Daten, FCoE
genannt, und zweitens das Protokoll zur
Kontrolle der FCoE-Verbindungen, FIP
(FCoE-Initialisation-Protocol). FIP kümmert
sich zum Beispiel um das Login und Logout
von Geräten in einem FCoE-Netzwerk.
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FCoE verpacket den FC-Frame in einen
Ethernet-Header und verschickt diesen dann
über Ethernet, wobei nun aber kein so genanntes Legacy-Ethernet (traditionelles
Ethernet) mehr zum Einsatz kommt, sondern
eine verbesserte Variante, genannt Converged-Enhanced-Ethernet (CEE), beziehungsweise Data-Center-Ethernet (DCE).
zugeordnet werden können. Diese können
anschließend zu Prioritätsgruppen zusammengebunden werden. Jeder Prioritätsgruppe kann eine unterschiedliche Bandbreite zugeordnet werden.
Neben diesen beiden Protokollen arbeitet
IEEE auch an DCBX. Das Data-CenterBridging-Exchange-Protokoll ist für das
Bild 2: Legacy-Ethernet wird zum Converged-Enhanced-Ethernet.
Wie in Bild 2 zu erkennen, wird zwischen
den FC-Services-Schichten eine Enkapsulierung (FCoE) eingefügt und die Transportschichten auf Layer 1 und 2 FC-tauglich gemacht, indem man »normales« Ethernet verbessert zum Converged-Enhanced-Ethernet.
Der FCoE Standard wurde im Juni 2009
verabschiedet.
Um Ethernet nun verlustfrei arbeiten zu
lassen, werden weitere Protokolle benötigt,
die von anderen Standardisierungsgremien
entwickelt werden. Dazu zählt sowohl das
IETF (Internet Engineering Task Force), als
auch das IEEE (Institute of Electrical and
Electronics Engineers).
IEEE arbeitet an vier Protokollen, die
den Datenfluss und deren Prioritäten im
Ethernet-Transport regeln. Dazu zählen:
½ 802.1Qbb Priority-Flow-Control (PFC),
½ 802.1Qaz Enhanced-Transmission-Selection (ETS),
½ DCBX (Data-Center-Bridging-ExchangeProtocol für 802.1Qaz) sowie
½ 802.1Qau Congestion-Notification.
Da ja zukünftig verschiedene Protokolle
über das Converged-Enhanced-Ethernet
fließen sollen, muss geregelt werden,
welche Prioritäten welches Protokoll bekommt. Dazu verwendet PFC Prioritäten
von 0 bis 7, denen verschiedene Protokolle
»Abstecken« der CEE-Umgebung zuständig.
Es überprüft, wo die Grenzen zum
normalen 10-GBit/s-Ethernet sind und
markiert somit, wo FCoE-Daten noch
fließen und wo nur noch IP-Daten weitergereicht werden können.
Congestion-Notification ist ein weiteres
Protokoll, welches innerhalb der CEE-Wolke
für das Erkennen von »Verstopfungen« zuständig ist. Speziell hier wird noch am
stellt das Multipathing innerhalb einer
Ethernet-Wolke (Lossless) sicher und soll in
CEE das alte Spanning-Tree-Protokoll
überflüssig machen.
Zusammengefasst bedeutet das, dass wir
zukünftig mit CEE/FCoE zwei wichtige Protokolle wie IP und FC über nur ein Medium,
sprich Kabel, fahren können. Des Weiteren
wird auch nur ein Switch benötigt, der CEE
und FCoE unterstützt und somit den Transport beider Protokolle möglich macht. Daraus ergeben sich vielfältige Vorteile in der
Verkabelung, eine Reduzierung der Anzahl
benötigter Switche und des Energiebedarfs
sowie eine Vereinfachung von Administrationsaufgaben. Zusätzlich kann auch mit
geringeren Kosten gerechnet werden, wenn
diese Technologie ein wirtschaftlich akzeptables Preisniveau erreicht hat.
Dagegen steht eine komplexere Technologie, die im Falle von Problemen sicher
schwieriger zu beherrschen sein wird. Weiterhin sind FCoE-Switche halb FibreChannel und halb IP-Switche. Um die Kontrolle dieser Switche wird sicherlich ein
politisches Gerangel zwischen den Abteilungen stattfinden. Es gibt viele weitere
Vor- und Nachteile, letztendlich wird der
Endanwender entscheiden, ob die Technologie FCoE erfolgreich sein wird oder
nicht.
Bis dahin wird allerdings noch einiges
an Zeit vergehen, da erst Mitte/Ende 2010
Bild 3:
Format eines
FCoE-Frames
Standard gearbeitet, dieser hat jedoch noch
nicht den Status »Implementation agreed«.
Dies bedeutet, dass diese Funktionalität
noch nicht in die aktuell erhältlichen Produkte integriert ist, da kein Vorschlag für
eine Umsetzung vorliegt.
Neben IEEE ist zusätzlich noch die
Standard-Organisation IETF für das TRILLProtokoll (Transport of Information over
Lots of Links) zuständig. Dieses Protokoll
Bild 4: Prioritäten innerhalb von PFC und deren Aufteilung auf Prioritäten Gruppen/Bandbreiten
mit der Fertigstellung aller notwendigen
Protokollstandards gerechnet wird und ein
produktiver Einsatz in Erwägung gezogen
werden kann.
Dementsprechend sollte man sich mit
dieser Technologie langsam anfreunden
und deren Entwicklung beobachten. Sind
aber aktuell Neuanschaffungen notwendig,
ist ein kompletter Umstieg auf diese neue
Technologie nicht sinnvoll. Sowohl die
Kosten wie auch die Zuverlässigkeit aktueller Komponenten sind im Moment noch
die bessere Anlage und aktuelle Produkte
können maximal als so genannte Top-ofRack-Switches zur Anbindung von RackServern genutzt werden. Damit wäre man
auf künftige konvergierte Netzwerke vorbereitet und könnte gleichzeitig schon 10GBit/s-Ethernet-Technologie zur Serveranbindung einsetzen.
Marco DeLuca,
Principal Solution Architect,
EMEA bei Brocade

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