SAN - Storage Area Network

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1 SAN - Storage Area Network Technologie und Konzepte komplexer Speicherumgebungen von Björn Robbe. Auflage SAN - Storage Area Network Robbe schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG Hanser München 0 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN Inhaltsverzeichnis: SAN - Storage Area Network Robbe

2 . Stärken und Schwächen von Client/Server 0 0 Storage Area Network In diesem Abschnitt soll erläutert werden, wie die grundsätzliche Struktur eines Storage Area Network aufgebaut ist. Neben den einzelnen Topologien soll hier auf die Vorteile eines SANs eingegangen werden. 0 0

3 Storage Area Network 0 0 Inhaltsübersicht Kapitel Storage Area Network Definition des SAN Vorteile des SAN Basistechnik im SAN Point to Point-Topologie Arbitrated Loop (FC-AL) Fabric Warum nicht Gigabit Ethernet?

4 . Definition des SAN 0 0. Definition des SAN Ein SAN ist ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk zwischen Servern (Hosts) und Speichersubsystemen. Dabei ermöglicht ein SAN eine any to any -Verbindung durch das gesamte Netzwerk. Es eliminiert die traditionellen dedizierten Verbindungen zwischen Servern und Subsystemen und dem bisherigen Anspruch, daß Server Speichersubsysteme besitzen und handhaben (Abbildung ). Clients Lokales Netzwerk Server Storage Area Network Speicher- Subsysteme Abbildung : Storage Area Network LAN SAN Die Speichersubsysteme werden innerhalb eines SANs unabhängig von den Servern und damit von den eingesetzten Plattformen, d. h. ein einzelnes Speichersubsystem kann einem oder mehreren Servern zugeordnet werden. Das SAN ist entwickelt worden, damit sowohl Server als auch Speichersubsysteme in der Lage sind, große Datenmengen mit hohen Geschwindigkeiten untereinander 0 0

5 Storage Area Network 0 0 auszutauschen. Das SAN unterstützt eine Server to Server, Storage to Storage oder Server to Storage Kommunikation und orientiert sich dabei an den, sich aus der Client/Server-Architektur ergebenden Restriktionen, indem diese eliminiert bzw. die Ansprüche daraus realisiert werden. Zudem ermöglicht ein SAN Dinge, wie etwa Speicherkonsolidierung inkl. eines verbesserten Datenzugriffs, einfacheres Datenmanagement, große Flexibilität, hohe Sicherheit und ist die Basis für neue Verfahren wie z. B. True Data Sharing oder Server Free Backup.. Vorteile des SAN Die Vorteile eines Storage Area Networks lassen sich im wesentlichen wie folgt beschreiben: Entfernungen: In einem SAN sind Entfernungen zwischen zwei Knoten von bis zu 0 km möglich. Besondere Geräte erreichen sogar Entfernungen von bis zu 0 km. Damit treten die typischen sich aus den SCSI-Restriktionen ergebenden Problematiken nicht mehr auf. Über diese Entfernungen lassen sich auch sogenannte Campus-Konfigurationen also gebäudeübergreifende Systemimplementierungen problemlos realisieren. Anschlußmöglichkeiten: Die Infrastruktur eines SANs bietet die Möglichkeit, fast grenzenlos zu wachsen. Rund Millionen Knoten in einem SAN sind anschließbar, d. h. Millionen Geräte wie Server, diverse Typen von Speichersubsystemen und verschiedene Netzwerkkomponenten lassen sich problemlos miteinander zu einen großen Netzwerk verbinden. Zum Vergleich: Mit SCSI lassen sich Geräte an einen Server anschließen. Die Dateninseln gehören somit der Vergangenheit an. Skalierbarkeit: In einem SAN läßt sich die Hardware der verschiedenen Hersteller inkl. der verschiedenen Betriebssysteme miteinander vereinen. Dabei wird das komplette Spektrum der IT-Welt berücksichtigt. Standards sorgen für zumindest ein Minimum an Kommunikationsfähigkeit unter den verschiedenen Systemen. Kooperationen zwischen den Herstellern (IBM und Compaq haben es im August 00 vorgemacht) schaffen zusätzliche Flexibilität bei der Auswahl der Geräte. Leistungsfähigkeit: Ein SAN ist zur Zeit das schnellste Medium für die Kommunikation zwischen den Servern untereinander (Server to Server), zwischen den Servern und Speichersubsystemen (Server to Storage) und ganz neu auch zwischen den Subsy- 0 0

6 . Basistechnik im SAN 0 0 stemen untereinander (Storage to Storage). Dabei werden Übertragungsraten von derzeit 00 MB/sec in einem SAN realisiert. 0, 00 und sogar.000 MB/sec sind schon am Horizont erkennbar also nur noch eine Frage der Zeit. Verfügbarkeit: Hochverfügbarkeitsstrukturen lassen sich innerhalb eines SAN optimal abbilden. Durch die hohe Performance, die in Verbindung mit der Fibre-Channel-Technologie innerhalb eines SAN realisiert wird, stellen dabei Entfernungen im Gegensatz zu heutigen Konzepten kein Problem dar. Einfaches Management: Das komplette SAN kann von einer einzigen Stelle verwaltet werden. Hard- und Software-Eigenschaften sorgen dabei für die nötige Sicherheit innerhalb des SAN. Dabei ist nicht nur die Administration des SAN als solches relativ einfach, das SAN ermöglicht ein einfacheres Datenmanagement. Datensicherungen müssen nicht mehr zwingend in der arbeitsfreien Zeit durchgeführt werden, sondern dann, wenn der Bedarf besteht. Das spart Zeit und damit Kosten.. Basistechnik im SAN Das SAN setzt als Technologie Fibre Channel ein. Da viele Funktionen eines SANs in dieser Technologie ihre Begründung finden, wird diese Technologie im Kapitel ausführlich behandelt. Fibre Channel ist bereits seit Oktober ANSI- Standard. Das Basis-Dokument ist das Fibre Channel Physical and Signaling Interface, kurz FC-PH, und hat die ANSI-Nr. X.0-. In diesem Standard sind die physikalischen Schnittstellen sowie die einzelnen Schichten des Protokolls (FC-0 bis FC-) definiert. Dabei legt Fibre Channel den Datentransport durch das Netz mit 00 MByte (.0 Megabit) fest. Ebenfalls ANSI-Standard sind die ersten beiden Erweiterungen Fibre Channel Physical and Signaling Interface- (FC-PH-) bzw. Fibre Channel Physical and Signaling Interface- (FC-PH-). FC-PH- ist seit Anfang (ANSI X.-) ANSI-Standard und beschreibt Übertragungsgeschwindigkeiten von 0 MB/sec bzw. 00 MB/sec. Die ersten Geräte, welche die Bandbreite von 0 MB/sec erreichen, sollen Anfang 0 auf dem Markt erhältlich sein. FC-PH- ist seit Standard (ANSI X.-) und beschreibt Übertragungsraten von bis zu.000 MB/sec. Fibre Channel ist ein Mehrschichten-Protokoll. Wie in anderen Netzwerken, werden die e in Frames verpackt seriell verschickt. Fibre Channel nutzt dabei im wesentlichen drei Topologien. Tabelle stellt die drei Topologien einander gegenüber. 0 0

7 Storage Area Network 0 0 Tabelle : Topologie-Vergleich Anzahl der möglichen Ports.. Point to Point-Topologie Point to Point Arbitrated Loop Switched Fabric bis bis..0 Adressierung durch den N_Port Loop-Initialisierung durch das Fabric Anzahl der gleichzeitigen Schleifen Zur Zeit mögliche Bandbreite Anzahl der Ports dividiert durch 0 MB/sec full duplex Eine Point to Point -Verbindung ist eine bidirektionale dedizierte Verbindung (Link) zwischen zwei Knoten mit einer Bandbreite von 00 MByte in jede Richtung (0 MB/sec Full-Duplex). Wenn man einmal von Fibre Channel Arbitrated Loop absieht, sind alle Links Point to Point -Verbindungen. Da diese Art der Verbindung eine Verbindung zu mehreren Ports ausschließt, wird kein spezielles Protokoll benötigt, was einen Zugriff auf den Link ermöglicht. Alle Frames werden von dem Transmitter des einen Ports ausgestrahlt und innerhalb einer bestimmten Zeit vom Receiver des anderen Ports empfangen. Eine Adressierung zwischen den beiden Ports ist nicht notwendig, da ja niemand sonst auf die e zugreifen kann. Dennoch werden auch hier vor allem um mit anderen Topologien kommunizieren zu können die e mit Adressen versehen. Abbildung stellt eine Point to Point -Verbindung dar. Abbildung : Point to Point-Verbindung 0 MB/sec full duplex 00 MByte/Sek 00 MByte/Sek Anzahl der Ports dividiert durch x 0 MB/sec full duplex 0 0

8 . Basistechnik im SAN Arbitrated Loop (FC-AL) Weitaus bekannter als Fibre Channel Protokoll ist der zum ANSI-Standard (ANSI X.-) gewordene Abkömmling Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL). Auf FC-AL wird in einem gesonderten Kapitel näher eingegangen. FC-AL ist mit Token Ring vergleichbar. Hierbei handelt es sich um eine unidirektionale Verbindung zwischen den Knoten. Ausgehend von einem Server, werden die Frames immer zum nächsten Knoten gesendet, so lange bis der Empfänger erreicht worden ist. Der Empfänger schickt seine Bestätigungen in gleicher Art zurück an den Absender. In der so entstehenden Schleife (LOOP) können Knoten enthalten sein (Abbildung ). 00 MByte/Sek Abbildung : Fibre Channel Arbitrated Loop 00 MByte/Sek 00 MByte/Sek 00 MByte/Sek Damit zwei Partner miteinander kommunizieren können, wird unter den in der Schleife befindlichen Teilnehmern ausgehandelt ( arbitriert ), wer als nächstes Daten übertragen darf. Diesem Kommunikationspaar steht dann die komplette Bandbreite von 00 MB/sec für die Datenübertragung zur Verfügung. Da sich alle in einer Schleife angeschlossenen aktiven Teilnehmer die Bandbreite teilen müssen, ist die effektive Datenrate jedoch wesentlich geringer. Von daher sollten sich nicht mehr 0 0

9 Storage Area Network 0 0 als sechs sogenannte Initiatoren bzw. aktive Komponenten, also z. B. Server, in einer Loop befinden. Subsysteme sind passive Komponenten, denn sie reagieren nur auf Anforderungen von aktiven Komponenten. Ein SCSI-Reset z. B. wird nur von einem Server initiiert, niemals aber von einem Festplattenpool. Fibre Channel Arbitrated Loop hat einen entscheidenden Nachteil gegenüber den anderen Topologien. Wird die Loop an irgendeiner Stelle z. B. durch den Ausfall eines angeschlossenen Gerätes oder durch ein defektes Kabel unterbrochen, ist, anders als z. B. bei der SSA-Technologie (SSA = Serial Storage Architecture, eine Loop-Technologie von IBM, die es ähnlich wie bei Token Ring selbst bei Unterbrechung der Schleife an einer Stelle ermöglicht, daß immer noch alle Teilnehmer in der Loop erreicht werden), keine Kommunikation innerhalb der Loop mehr möglich. Um dieses Manko zu eliminieren, wird eine FC-AL gewöhnlich über Hubs aufgebaut. Zwischen dem Hub und den angeschlossenen Geräten existiert dann eine Point to Point -Verbindung. Innerhalb des Hubs wird die Loop-Technologie eingesetzt... Fabric Fabric ist eine Terminologie, die eine Switch-Struktur beinhaltet, so daß die Frames an die im Header (Kopfzeile) des Frames angegebene Adresse geleitet werden können. Von einem Fabric wird also gesprochen, wenn in dem SAN mindestens ein Switch verwendet wird. Die Bezeichnung Switched Fabric ist ebenso üblich. Ein Switch ist eine aktive Netzwerkkomponente. In einer solchen Infrastruktur können bis zu (rd. Millionen) Knoten miteinander verbunden werden, wobei jedem angeschlossen Gerät die volle Bandbreite von 00 MB/sec innerhalb des Netzes zur Verfügung steht. Die Switches in dem Fabric ermöglichen eine Point to Point -Verbindung aller Geräte innerhalb des Fabrics. Der Vorteil des Fabrics besteht nun darin, daß jeder mit jedem bei voller Leistung kommunizieren kann. Das heißt, daß jedem angeschlossenen Teilnehmer die komplette Leistungsbandbreite zur Verfügung steht. Der Switch ist dabei für das Routing der Pakete durch das SAN verantwortlich. Abbildung stellt den einfachen Aufbau eines Fabric dar. In größeren, komplexeren Fabrics werden mehrere, untereinander verbundene Switches eingesetzt, die dem Knoten gegenüber als eine logische Einheit auftreten. Die Ports haben keinerlei Kenntnis über die interne Struktur des Fabric, etwaige Pfade zu den Empfängern oder gar über den internen Routing -Algorithmus, den die Switches zum Versenden der Frames nutzen. Jeder Node Port (N_Port) ist mittels einer Point to Point -Verbindung an einem Fabric Port (F_Port) des Switches angeschlossen. Da die F_Ports andere Funktionen als die N_Ports zur Verfügung stellen müssen, weisen sie ein anderes technisches De- 0 0

10 . Basistechnik im SAN 0 0 sign auf. Während der N_Port Sender oder Empfänger von en ist, wird der F_Port lediglich zur Weiterleitung der e benötigt. Aus diesem Grund werden von den F_Ports nur die Adressen des Senders und des Empfängers aus dem Header des Frames gelesen. Aufgrund der Tatsache, daß das Fabric die Frames nicht interpretiert, sondern nur die für die Weiterleitung wichtigen Informationen (Adressen) ausliest, ist ein Fabric in der Lage, verschiedene Protokolle (SCSI, TCP/IP, HiPPi, etc.) zu übertragen. Anders ausgedrückt: Ein Fabric behandelt alle Frames gleich. Switch Abbildung : Switched Fabric-Topologie Die oberste Protokollschicht des Fibre Channel Protokolls (FC-) muß in Verbindung mit den Adressen die individuellen Protokolle der e verstehen und interpretieren können. Für den Übertragungsprozeß innerhalb des Fabrics ist die Tatsache, daß verschiedene Protokolle übertragen werden, völlig transparent. Innerhalb eines Fabrics gibt es zwei grundlegende Arten, wie die Daten übertragen werden können. Entweder wird ein dedizierter Pfad durch das Fabric festgelegt, bei dem zudem die Bandbreiten genau definiert worden sind (man spricht dabei von connection-oriented ), oder die e werden ohne vorherige Festlegung eines Datenpfades übertragen. Hierbei wird von connectionless, also verbindungsloser Übertragung gesprochen. Verbindungslos heißt hier, daß keine dedizierte, fort- 0 0

11 Storage Area Network 0 0 während bestehende logische Verbindung existiert. Die Kommunikationspartner sind natürlich über das Fabric physikalisch miteinander verbunden. Jedoch wissen die jeweiligen Adressaten nur, daß der Empfänger irgendwo an das Netz angeschlossen ist, der Weg dorthin ist ihnen unbekannt. Darum werden die e mit einer Adresse versehen und die Intelligenz der Netzinfrastruktur sorgt dafür, daß die e bei der Übertragung dem richtigen Empfänger zugehen.... Verbindungsorientierter Modus Der verbindungsorientierte Übertragungsmodus wird immer dann eingesetzt, wenn bestimmte Ressourcen für einen Link reserviert bzw. ein bestimmter Weg durch das Fabric festgelegt werden soll. Dabei gibt es zwei Arten Connection und Circuit im verbindungsorientierten Modus. Eine Connection bzw. Circuit in diesem Sinne ist eine logische Verbindung zwischen unterschiedlichen Ports, die entlang der Verbindungen die physikalischen Ressourcen reserviert. Um dies zu ermöglichen, ist ein besonderes Protokoll für den Verbindungsab- und -aufbau notwendig, denn die Ressourcen müssen der Verbindung zugewiesen werden. Zwischen der Verbindung (Connection) und der Schleife (Circuit) besteht wie gesagt ein Unterschied. Wenn alle Ressourcen für eine logische Verbindung zwischen zwei Ports zur Verfügung gestellt werden, spricht man von einer dedizierten Verbindung, d. h. in einer solchen Verbindung wird den beiden Ports ein bidirektionaler 00 MB/sec schneller Pfad zur Verfügung gestellt (Abbildung 0). Viele Applikationen hingegen können die volle Bandbreite von 00 MB/sec gar nicht nutzen. Diesen Applikationen kann sofern die Ports dies erlauben nur ein Subsystem Abbildung 0: Dedizierte Verbindung Fabric 00 MByte/Sek 00 MByte/Sek 00 MByte/Sek 00 MByte/Sek 00 MByte/Sek 00 MByte/Sek Server 0 0

12 . Basistechnik im SAN 0 0 Teil der Bandbreite zur Verfügung gestellt werden. Dabei wird von einer virtuellen Schleife (virtual circuit) gesprochen, da andere Applikationen den verbleibenden Rest der Bandbreite nutzen können. Abbildung zeigt mögliche virtuelle Schleifen in einem SAN. Wenn in den nachfolgenden Beispielen vom Senden bzw. Empfangen gesprochen wird, ist das lediglich eine auf den Port bezogene Aktion, indem der Sender der Initiator und Knoten Knoten MByte/Sek MByte/Sek MByte/Sek MByte/Sek 0 MByte/Sek 0 MByte/Sek Abbildung : Virtuelle Schleifen Fabric MByte/Sek MByte/Sek MByte/Sek MByte/Sek 0 MByte/Sek 0 MByte/Sek Knoten Knoten der Empfänger der Responder ist. Die Verbindung zwischen den beiden Ports besteht immer aus beidem, also Senden und Empfangen. Dabei werden folgende Bandbreiten belegt:. Knoten belegt die Bandbreite von MB/sec für das Senden und Empfangen von Informationen. Davon werden MB/sec für Knoten und MB/sec für Knoten reserviert. Zudem empfängt Knoten Informationen mit einer Geschwindigkeit von MB/sec von Knoten.. Knoten verbraucht die eine Bandbreite von MB/sec für Senden und Empfang, aufgeteilt in MB/sec von Knoten und 0 MB/sec von Knoten. Zudem wird eine zweite Schleife zu Knoten mit ebenfalls 0 MB/sec zur Verfügung gestellt. 0 0

13 Storage Area Network 0 0. Knoten wird in dem Beispiel am wenigsten genutzt. Für den Empfang ist eine Schleife von MB/sec (von Knoten ) und für das Senden von MB/sec (an Knoten ) reserviert.. Knoten wird insgesamt am stärksten ( MB/sec Empfang und MB/sec Senden) beansprucht. Davon werden 0 MB/sec für Knoten und MB/sec für Knoten für das Versenden reserviert. Dem Empfang stehen MB/sec von Knoten und 0 MB/sec von Knoten zur Verfügung. Selbstverständlich können auch Schleifen zwischen Knoten und Knoten bzw. Knoten und Knoten etabliert werden. Um ehrlich zu sein: Mir ist erst nach Fertigstellung der Graphik aufgefallen, daß ich eine solche Schleife nicht eingerichtet habe. So wäre es möglich, eine weitere Schleife mit einer Bandbreite von 0 MB/sec zwischen Knoten und Knoten zu etablieren. Der Nachteil dieser Art der Verbindung: Je mehr Schleifen auf einem Port eingerichtet werden, um so ineffektiver wird das Medium. Der Grund liegt in dem produzierten Overhead, den jede Schleife mit sich führt. Einmal angenommen, die Applikationen errichten Schleifen mit je MB/sec zwischen zwei Ports. Dann werden für alle Schleifen Bestätigungs- und Kontrollinformationen benötigt, die von der eigentlichen Nutzlast, also den zu transportierenden Daten, abzuziehen sind. Das heißt, daß der Overhead mal höher ist, als wenn nur eine Schleife eingerichtet worden wäre. Andersherum: Wenn nur eine Schleife eingerichtet ist, deren Bandbreite zwar 00 MB/sec beträgt, die Applikation eine schnellere Kommunikation als 0 MB/sec aber gar nicht verarbeiten kann, ist es wesentlich ineffektiver, die verbleibenden 0 MB/sec nicht zu nutzen. Wo nun genau die Grenze der optimalen Bandbreiten-Ausnutzung zwischen einer weiteren zu errichtenden Schleife und einer evtl. Ineffektivität durch den damit verbundenen zusätzlichen Overhead liegt, läßt sich wenn überhaupt nur schwer ermitteln.... Verbindungsloser Modus Nicht alle Applikationen haben es nötig oder sind in der Lage, eine dedizierte Verbindung zu nutzen oder zu errichten. Wesentlich häufiger kommt eine verbindungslose Übertragung vor, was auch als Frame Switching oder Packet Switching bezeichnet wird. Ein Grund für das wesentlich häufigere Auftreten dieser Übertragungsart besteht darin, daß die Hardware, z. B. die Host Bus Adapter, die zur Zeit auf dem Markt erhältlich sind, überwiegend nur verbindungslose Modi zulassen. Im Klartext bedeutet dies, daß die Ports auf den Knoten nur die Classes of Service und unterstützen (die Classes of Service werden in Abschnitt... eingehender beschrieben). In einem verbindungslosen Modus werden keine Bandbreiten für die Übertragung von Informationen von einem Port zum nächsten garantiert und reserviert. Ist in dem 0 0

14 . Basistechnik im SAN 0 0 Fabric wenig los, steht der Verbindung die volle Bandbreite zur Verfügung. Umgekehrt: Wird entsprechend viel Datenverkehr über das SAN generiert, steht jeder Verbindung nur ein entsprechender Teil der Bandbreite zur Verfügung. Die Leistung des gesamten SANs wird jedoch immer optimal ausgenutzt, d. h. wenn viele Teilnehmer entsprechend viel Datenverkehr in dem SAN produzierten, werden alle möglichen Datenpfade zum richtigen Empfänger ausgenutzt, um gleichzeitig möglichst viele e in möglichst kurzer Zeit zu übertragen. Keine andere Verbindungsart ist in diesem Verhalten so effektiv. Dieses Verhalten ermöglicht es einem Port, in einer verbindungslosen Übertragung aufeinanderfolgende e an unterschiedliche Empfänger zu versenden (Frame Multiplexing). Abbildung zeigt das Frame Multiplexing. Eine besondere Adresse in dem sorgt dafür, daß das richtige zum richtigen Empfänger gelangt. Zudem werden Szenarien unterstützt, die das Versenden von en an einen Empfänger bei gleichzeitigem Empfang von en eines anderen Teilnehmers des SANs ermöglichen. KnotenA (B)... Gemischter Modus Fabric (B) (D) Abbildung : Frame Multiplexing (D) (C) Fabric Routing Funktion (B) (C) (D) (B) (B) (C) (D) KnotenB KnotenC KnotenD Eine dedizierte Verbindung kann unter besonderen Bedingungen zu Problemen innerhalb eines SANs führen. Die beiden Ports, die dieser dedizierten Verbindung zugeordnet sind, können keine anderen Frames anderer im SAN eingebundener 0 0

15 0 Storage Area Network 0 0 Ports empfangen oder dorthin welche versenden. Das kann zu Komplikationen führen, wenn Applikationen zeitgleich auf einen solchen besetzten Port zugreifen wollen. Die Applikation bekommt ein busy zurückgemeldet, was die Anwendung so lange stoppen kann, bis der Port wieder verfügbar ist. Bei einer virtuellen Schleife kommt dies schon nicht mehr vor, da ja mehrere Schleifen einem Port zugeordnet werden können. Dieses Problem wird umgangen, indem sowohl verbindungsorientierte als auch verbindungslose Übertragungsmodi simultan eingesetzt werden. Darüber hinaus ist ein Fabric in der Lage, sogenannte Sub-Fabrics zu errichten. So wird ein Sub-Fabric ( Circuit Switching Sub-Fabric ) für die verbindungsorientierte und ein anderes Sub-Fabric ( Frame Switching Sub-Fabric ) für die verbindungslose Kommunikation zwischen zwei Ports eingerichtet. Bestimmte Bits in dem zeigen dem Fabric an, mittels welchen Sub-Fabric dieses weitergeleitet werden soll. Zwei typische Vertreter des gemischten Modus sind Intermix und dedicated Simplex, welche in diesem Buch später noch eingehender behandelt werden.. Warum nicht Gigabit Ethernet? Auf die Frage, warum man nicht Gigabit Ethernet an Stelle von Fibre Channel einsetzt, läßt sich die Antwort vorwegnehmen: Fibre Channel ist ein optimiertes Protokoll für den Transport großer Datenmengen, während Gigabit Ethernet ein transaktionsorientiertes Protokoll ist. Folgender Vergleich macht den Unterschied zwischen Gigabit Ethernet und Fibre Channel deutlich. Die Übertragungsgeschwindigkeit zwischen Gigabit Ethernet und Fibre Channel ist mit je.0 Bit/sec identisch. Auch die Framegröße spielt zwischen den beiden Übertragungstypen keine wirkliche Rolle. Bei der Entfernung kommen jedoch die ersten wirklichen Unterschiede zum Tragen. Bei dem Einsatz von Multimode-Glasfaserkabeln ist Ethernet dem Fibre Channel sogar um 0 Meter (das entspricht immerhin dem Doppelten der maximal möglichen Entfernung von SCSI Differential) überlegen. Beim Einsatz von Singlemode ( µm Glasfaser) ergibt sich ein erheblicher Entfernungsunterschied von km zugunsten von Fibre Channel. Das kann sich vor allem dann als Vorteil erweisen, wenn man Daten zwischen zwei Gebäuden austauschen will, die nicht direkt nebeneinander liegen. Bei der Adressierung gibt es zwar Unterschiede, für einen direkten Vergleich sind sie jedoch zu vernachlässigen. Der Hauptgrund für den Einsatz von Fibre Channel liegt in den generierten Unterbrechungen durch den Prozessor (Prozessor-Interrupts) bei der Übertragung von Daten. In dem in der Tabelle angegebenen Wert wird die Übertragung einer Gigabyte großen Datei angenommen. Beide Technologien verpacken die Bytes in Fra- 0 0

16 . Warum nicht Gigabit Ethernet? 0 0 mes, von denen sich mehrere in einem Übertragungszyklus zusammenfassen lassen. Fibre Channel kann bis zu. Frames zu einer sogenannten Sequenz zusammenfügen, so daß nur Interrupts auf dem Prozessor generiert werden, was die Übertragungsgeschwindigkeit deutlich erhöht. Wer jetzt schnell mit dem Taschenrechner zur Hand ist, durch (. x. = Größe des Datenfeldes in einem Frame) dividiert und dabei, also Interrupts erhält, möge Interrupts durch bestimmte Frames (IDLE) vor Beginn einer Sequenz und Interrupts durch bestimmte Frames (IDLE) nach Beendigung einer Sequenz hinzuzählen. Tabelle : Vergleich Fibre Channel-Gigabit Ethernet Fibre Channel Gigabit Ethernet Übertragungsrate.0 Megabit.0 Megabit Framegröße. Byte. Byte Max. Entfernung MM 00 m 0 m Max. Entfernung SM 0 km km Adressierung World Wide Port Name (WWPN) Media Access Control (MAC) Prozessor Interrupts ( GB File) Zugriffsmethode PLOGI/FLOGI N_Port Login/F_Port Login CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection Auch bei der Netz -Zugriffsmethode unterscheiden sich die Technologien erheblich. Ethernet benutzt das Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection -Verfahren kurz CSMA/CD. Dabei hören alle Teilnehmer permanent im Netz mit und entscheiden, ob die Information für sie bestimmt ist, indem die Adress-ID in dem Frame ausgelesen wird. Wenn Daten übertragen werden sollen, werden die Frames sofort über das Netz geschickt. Da jedoch immer nur ein Teilnehmer zur gleichen Zeit in einer Ethernet-Verbindung Daten übertragen kann, kommt es häufig zur Datenkollision. Wenn dies vorliegt bzw. erkannt wird (Collision Detection), wird ein sogenanntes JAM -Signal ausgegeben, und alle Teilnehmer senden ihre Informationen in unterschiedlichen Zeitabständen erneut. Hier liegt auch die Schwachstelle des CSMA/CD. Je mehr Teilnehmer in einem Netz verbunden sind und je größer die Datei ist, die übertragen werden soll, um so häufiger kommt es zur Datenkollision, was zur Folge hat, daß die eigentliche Übertragungsgeschwindigkeit des Netzes herabgesetzt wird. So wird mit Gigabit Ethernet eine effektive Datenübertragung von etwa 0 bis 0 MB/sec erreicht. Fibre Channel führt vor und nach jeder Datenübertragung ein Login bzw. Logout aus. Damit sind der Sender und der Empfänger für die Dauer der Daten- 0 0

17 Storage Area Network 0 0 übertragung festgelegt. Kein anderer Teilnehmer im SAN kann jetzt mithören, da die Daten nur an die vorgegebene Adresse übertragen werden. Zudem können mit dieser Methode mehrere Teilnehmer zeitgleich ihre Daten im SAN übertragen, immer vorausgesetzt, jeder Absender hat einen anderen Adressaten. Entsprechend hoch ist die effektive Datenrate in einem SAN. Mit einer Fibre Channel-Verbindung können Übertragungsraten von bis zu 0 MB/sec und mehr erreicht werden. Dieses läßt sich sogar mathematisch beweisen []. Sicherlich gibt es einen Unterschied zwischen Theorie und Praxis, doch die Theorie ist die Grundlage dessen, was die Praxis erreichen kann. Werden 00 Megabyte pro Sekunde übertragen, entspricht dies exakt 00 Megabits in der Sekunde. Für eine effektive und sichere Datenübertragung verschlüsselt Fibre Channel Bits in 0 Bits. So müssen bei einer Bandbreite von 00 Megabyte/sec nicht nur 00 Megabits, sondern.000 Megabits übertragen werden. Die Daten werden in sogenannte Frames verpackt. Jeder Frame ist auf eine Gesamtlänge von. Bytes beschränkt. Zudem enthält der Frame neben dem Datenfeld einen gewissen Overhead aus 0 Bytes zur Steuerung und Kontrolle des jeweiligen Frames. Davon werden Bytes in dem Frame selber untergebracht und Bytes zwischen zwei Frames übertragen. Je nach Übertragungsart wird für jedes empfangene Frame ein Bestätigungsframe zurückgesendet. Dieses Bestätigungsframe enthält kein Datenfeld, generiert aber wiederum 0 Bytes Overhead. Somit kommen auf die Nutzlast von. Bytes insgesamt Bytes Overhead. Die Effizienz der Datenübertragung ermittelt sich aus der Nutzlast durch die Gesamtzahl der für die Übertragung benötigten Bytes. Effizienz = Nutzlast/(Nutzlast + Overhead) =./(.+) =, % Übertragen werden die Daten mit einer Bandbreite von derzeit.0, Megabaud. Multipliziert man die Effizienz mit der Bandbreite, erhält man die effektive Datenübertragung..0, x,% =.00, Megabaud oder 00, Megabytes 00, Megabytes x Bits = 0, Megabits pro Sekunde Effektivität = 0, / 00 = 00,% Strenggenommen könnte man behaupten, daß die 00 Megabits in 0, Sekunden übertragen werden. Korrekterweise muß man aber eingestehen, daß hier die Nutzlast immer optimal ausgenutzt würde. Und welche Applikation kann dies schon von sich behaupten? Im Klartext: Die Wahrscheinlichkeit, daß die Nutzlast der Frames immer voll ausgeschöpft wird, ist eher gering. Nur einmal angenommen, die Nutzlast würde Bytes betragen, dann würde das Rechenbeispiel zu folgendem Ergebnis führen: 0 0

18 . Warum nicht Gigabit Ethernet? 0 0 Effizienz = /(+) =, %.0, x,% =, Megabaud oder, Megabytes, Megabytes x Bits =, Megabits pro Sekunde Effektivität =, / 00 =, % Das heißt: Mit rund einem Drittel der Nutzlast wird immer noch eine Bandbreite von 0 MB/sec erreicht. Noch ein Beispiel soll hier angeführt werden, um die Effektivität von Fibre Channel zu beweisen. Fibre Channel ermöglicht besondere Übertragungsformen, die keine Empfangsbestätigungen der übertragenen Frames beinhalten. Dadurch erhöht sich die Effizienz, denn der Overhead von Bytes reduziert sich auf 0 Bytes. bzw. Effizienz =./(.+0) =, %.0, x,% =.0, Megabaud oder 0, Megabytes 0, Megabytes x =, Megabits Effektivität =, / 00 = 0,% Effizienz = /(+0) =, %.0, x,% =, Megabaud oder, Megabytes, Megabytes x =, Megabits Effektivität =, / 00 =,% 0 0