Fibre Channel ist eine Technologie zur schnellen Datenübertragung, die dazu entwickelt wurde, Computer mit Speichergeräten zu verbinden. Sie überträgt Blockdaten – also Daten, die zur Optimierung der Speicher- und Abrufgeschwindigkeit in gleich große Blöcke aufgeteilt sind – zwischen den Servern und gemeinsam genutzten Speicherarrays, die das Fundament von Storage Area Networks (SANs) bilden.
Da viele Unternehmensanwendungen darauf angewiesen sind, dass ihnen Daten schnell zugeführt werden, ist die Geschwindigkeit, mit der Daten in den Speicher geschrieben und daraus gelesen werden können, immer wichtiger geworden. Fibre Channel oder FC zählt zu den wichtigsten Entwicklungen unter den zahlreichen Protokollen und Technologien, die für leistungsstarken Speicher in Unternehmensumgebungen entwickelt wurden.
Wie funktioniert Fibre Channel?
FC basiert auf dem Fibre Channel Protocol (FCP), das einen reibungslosen Datenfluss zwischen Servern und Speichernetzwerken sicherstellt. Als Hochgeschwindigkeits-Datentransport läuft es normalerweise über Glasfaserkabel innerhalb von und zwischen Rechenzentren. Es kann aber auch über langsamere Kupferverkabelung betrieben werden.
FC entstand als Möglichkeit, im Unternehmen einen umfassenderen und schnelleren Zugriff auf gemeinsam genutzten Speicher zu erreichen, und bietet eine höhere Bandbreite als andere Datenprotokolle. Im Laufe der Jahre ist die Geschwindigkeit von 2 Gigabit/s auf bis zu 128 Gbit/s gestiegen. Diese kontinuierlichen Zuwächse haben entscheidend dazu beigetragen, dass der Speicher mit den enormen Fortschritten bei Verarbeitungs- und Speichergeschwindigkeiten Schritt halten kann, die erforderlich sind, um den Anforderungen moderner Unternehmen gerecht zu werden.
Ein FC-Netzwerk wird auch als Storage Fabric bezeichnet und besteht aus mehreren Elementen:
- Host-Bus-Adapter (HBAs), also dedizierte Speicheradapter für Server
- FC-Switches , die mit den erforderlichen Geschwindigkeiten betrieben werden können
- Speichersysteme aus Laufwerken und Speichercontrollern, die festlegen, wohin welche Daten gelangen
Das FCP dient dazu, das Small Computer Systems Interface (SCSI)-Protokoll über die Fibre-Channel-Fabric zu implementieren. Diese besteht aus fünf verschiedenen Schichten, die sämtliche in FC-Netzwerke und Blockspeicher integrierten Funktionen bereitstellen:
- Physische Medien zur Verbindung von FC-Ports
- Das FCP-Übertragungsprotokoll
- Ein Transportmechanismus
- Gemeinsame Dienste für erweiterte Funktionen
- Anwendungsschnittstellen und Zuordnungsregeln, die über FC ausgeführt werden
Fibre Channel vs. SCSI
SCSI ist eine Standardschnittstelle für die Verbindung von Computern und Speichern, hat jedoch Einschränkungen hinsichtlich der Speicherleistung in lokalen Netzwerken (LANs) und eignet sich nicht besonders gut für die Unterstützung mehrerer Verbindungen zwischen Hosts und Speichergeräten. SCSI eignet sich am besten für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen oder für die Anbindung über Direct-Attached Storage (DAS).
Da die Durchsatzrate von SCSI 640 MB/s nicht überschreitet, kann SCSI bei großen Datenmengen zum Engpass werden. Darüber hinaus gibt es Einschränkungen bei der Anzahl der Geräte pro Kanal, wodurch SCSI für Speicher auf Unternehmensebene problematisch wird.
Eine der Hauptfunktionen des Fibre Channel Protocol besteht darin, SCSI zu übertragen und viele seiner Einschränkungen bei der Verbindung von Servern und Speichern zu beseitigen. FCP erweitert die Verbindungsdistanzen erheblich und ermöglicht Funktionen wie Remote-Backups, Archivierung, Datenspiegelung und weitere fortschrittliche Speicherfunktionen.
Durch die Verbindung von redundanten Arrays unabhängiger Festplatten (RAID) mit einem Server über FC werden deutlich schnellere Ein-/Ausgabeübertragungen über größere Entfernungen möglich. Ein Storage Area Network auf FC-Basis kann außerdem eine skalierbare Speicherinfrastruktur bereitstellen: Statt eines einzelnen Gehäuses lassen sich mehrere Speicherarrays innerhalb eines einzigen SAN verbinden, um sehr große Speichermengen bereitzustellen, die als ein System verwaltet werden können.
Die Bedeutung von Fibre Channel
Das Storage Area Network auf FC-Basis leitete eine Ära gemeinsam genutzten Speichers ein und erleichtert die Skalierung von Unternehmensspeichern auf ein nie zuvor erreichtes Niveau. Die Bedeutung von FC für die Entwicklung des Speichers lässt sich kaum überschätzen: Das FC-SAN ermöglicht den Zugriff auf, die Verwaltung und die gemeinsame Nutzung von Speicher durch verschiedene Geräte und Server – und das über ein dediziertes Netzwerk, das speziell für Speicheraufgaben optimiert ist.
Da es unabhängig vom LAN arbeitet, beseitigt das FC-SAN Netzwerkengpässe, indem es den Speicherverkehr vom Hauptnetzwerk fernhält und dadurch die Leistung beider Netzwerke verbessert.
Fibre Channel hat eine Speicherinfrastruktur in einem zuvor unvorstellbaren Maßstab ermöglicht. Bei seiner Einführung bot FC im Vergleich zu SCSI eine deutlich höhere Bandbreite und geografische Reichweite und brachte damit Funktionen für die Skalierung von Kapazität und Leistung, Hochverfügbarkeit, Fehlerisolierung, Hot-Plugging und weitere Fähigkeiten für Unternehmensspeicher.
Wofür wird Fibre Channel eingesetzt?
Fibre-Channel-SANs werden aus vielen Gründen eingesetzt, vor allem, um einen leistungsstarken gemeinsamen Zugriff auf große Speichermengen bereitzustellen. Zu den typischen Einsatzszenarien gehören:
- Anwendungen mit geringer Latenz. FC wird für schnelle Datenbanken zur Online-Transaktionsverarbeitung (OLTP) bevorzugt, wie sie häufig in der Versicherungs- und Bankenbranche sowie bei Online-Ticketdiensten zum Einsatz kommen.
- Große virtualisierte Umgebungen. Wenn Tausende virtueller Maschinen (VMs) verbunden sind, benötigen sie schnellen gemeinsam genutzten Speicher, um effektiv zu arbeiten – damit ist FC gut geeignet.
- Standorte für die Notfallwiederherstellung. FC ermöglicht die schnelle Datenübertragung mit geringer Latenz von einem Rechenzentrum zu einem anderen, sodass die Daten nahezu in Echtzeit verfügbar sind. Damit eignet sich FC besonders gut, um ein Unternehmensrechenzentrum auf ein entferntes Rechenzentrum für die Notfallwiederherstellung zu spiegeln.
- Fehlertoleranz. Fehlertolerante Zugriffspfade mit automatischem Failover sind mit FC ebenso verfügbar wie Funktionen zur dynamischen Neuzuweisung von Speichergeräten, zur Maskierung logischer Einheiten (LUNs) und für Hochverfügbarkeitscluster.
Fibre Channel vs. Ethernet: Wo liegen die Unterschiede?
Obwohl es erhebliche Unterschiede zwischen Ethernet und FC gibt, handelt es sich für Unternehmen in den meisten Fällen nicht um eine Entweder-oder-Entscheidung. Die beiden Technologien ergänzen sich und werden häufig gemeinsam eingesetzt.
Geschwindigkeit
Ethernet wird über das LAN betrieben und konkurriert mit anderem Netzwerkverkehr um Bandbreite. Fibre Channel hingegen arbeitet in seinem eigenen Netzwerk, dessen Bandbreite ausschließlich dem Speicherverkehr zur Verfügung steht. FC bietet für Speicherverkehr eine höhere, konsistentere und besser vorhersehbare Leistung.
Geringere Latenz
Die dedizierte Beschaffenheit des SAN profitiert davon, dass FC eine geringere Latenz als Ethernet aufweist. Der FC-Verkehr gewährleistet außerdem eine verlustfreie Paketzustellung. Ethernet kann damit nicht mithalten. Stattdessen arbeitet es nach dem Best-Effort-Prinzip, sodass es gelegentlich zu verlorenen Paketen kommen kann. Dadurch können die Übertragungszeiten variieren, die Latenz steigt und die Leistung sinkt. Ethernet bietet nicht das Leistungsniveau, das viele Unternehmensanwendungen benötigen.
Kosten
Ein FC-SAN ist teurer als Ethernet mit iSCSI. Die Kosten hängen jedoch von der Konfiguration ab: Wenn ein Unternehmen Ethernet für eine sehr große Speichermenge einsetzen will, werden die Kosten für zusätzliche Kabel, Switches und Karten die Kostenvorteile und den Leistungsvorsprung bald aufzehren.
Fachkenntnisse
Ethernet ist deutlich weiter verbreitet als FC, und geschulte und erfahrene Techniker sind leichter zu finden. Die für ein FC-SAN erforderlichen Kenntnisse sind hochspezialisiert. Unternehmen müssen damit rechnen, mehr für Personal zu bezahlen, das diese Systeme betreiben und warten kann.
Fazit
Fibre Channel bildet das Rückgrat der Speicherwelt. Wenn Anwendungen besonders schnellen Zugriff auf Speicherdaten benötigen, verlassen sich Entwickler und Anwendungsmanager immer wieder auf Blockdaten und Fibre Channel, um die erforderliche Leistung bereitzustellen.
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