Kierunek - konwergencja, czyli FCoE

Obecnie w centrach danych firm funkcjonują obok siebie odrębne sieci, pełniące określone funkcje. Oprócz sieci LAN, zapewniającej użytkownikom dostęp do serwerów produkcyjnych, działają sieci SAN, gwarantujące obsługę operacji I/O systemów do zasobów dyskowych i taśmowych. Ponadto w przypadku środowiska opartego na klastrach zazwyczaj wyodrębniona jest dedykowana sieć do połączeń pomiędzy jego węzłami. Aby spełniać wymóg minimalnych opóźnień, często działa ona korzystając z technologii InfiniBand. Tak złożone środowisko sieciowe nie jest łatwe w utrzymaniu i zarządzaniu. Dlatego też rozpoczęto prace nad założeniami dla sieci typu "unified fabric", działającej w centrum danych przyszłości.

W ostatniej dekadzie podejmowano liczne próby idące w tym kierunku. Pojawiły się technologie FCIP, iFCP oraz InfiniBand, lecz okazały się za mało wydajne (podatne na zerwania transmisji), lub jak w przypadku InfiniBand - potrzebowały wprowadzenia zupełnie nowej infrastruktury.

Aby umożliwić konwergencję oraz pokonać problemy napotykane przy poprzednich próbach, konsorcjum zawiązane przez największych producentów sprzętu sieciowego i pamięci masowych (Brocade, Cisco, Emulex, Finisar, HP, IBM, Intel, LSI, Mellanox Technologies, Molex, NetApp, EMC, Qlogic), pod patronatem komitetu INCITS T11, rozpoczęło ponad rok temu pracę nad nowym standardem komunikacji, zwanym w skrócie FCoE (Fibre Channel over Ethernet).

Podstawowa koncepcja działania tego protokołu polega na wykorzystaniu standardu 10 Gb Ethernet do przeniesienia natywnego ruchu Fibre Channel. Z założenia jego transport ma odbywać się wraz ze standardowym ruchem sieciowym.

Na całej ścieżce danych od inicjatora, aż do targetu, ruch FCoE traktowany jest jak zwykły ruch FC. W nowym standardzie warstwa fizyczna Fibre Channel została zastąpiona Ethernetem. Dane Fibre Channel umieszczane są w pakietach Ethernet, a następnie transportowane przy użyciu standardowej technologii IP.

Zmiany w protokole Fibre Channel obejmują tylko najniższą warstwę.

Dane nie są przesyłane jako pakiety TCP/IP i nie muszą przechodzić przez ten stos. Zmniejsza to obciążenie maszyny i podwyższa wydajność, ale równocześnie sprawia, że dane przesyłane za pomocą FCoE nie podlegają routingowi IP.

Ethernet sam w sobie nie zapewnia odpowiedniej wydajności oraz bezstratności wymaganej przy przenoszeniu ruchu FC. Podstawową jego wadą w sytuacji przeciążenia sieci są podatność na straty pakietów oraz długie czasy opóźnienia. Oczywiście taka charakterystyka ruchu jest wysoce niedopuszczalna dla sieci SAN. Konieczne więc było rozszerzenie standardu Ethernet. W odpowiedzi na te potrzeby organizacja IEEE zatwierdziła wiele zmian i opatrzyła je nazwą CEE (Converged Enhanced Ethernet).

Firma Cisco promuje własną nazwę rozszerzonego Ethernetu: DCE (Data Center Ethernet). Technologia CEE umożliwia transport wielu rodzajów ruchu przez wspólne łącze. Kluczowe rozszerzenia, o jakie został wzbogacony Ethernet, to m.in. priorytetyzacja przepływu PFC (Priority Flow Control). Dzięki niej wiele rodzajów ruchu współdzieli jedno pasmo bez wzajemnych interferencji. Kolejną zmianą jest zapewnienie spójnego zarządzania klasami usług QoS dla poszczególnych danych. Ponadto dodano mechanizm wymiany parametrów nowego protokołu między węzłami końcowymi sieci oraz przełącznikami, w celu minimalizacji zatłoczenia w sieci.

Szczególnie interesująca jest koncepcja ujednolicenia sieci tak, aby infrastruktura serwerów i urządzeń pamięci masowej nie musiała być wyposażana w osobne interfejsy do obsługi sieci FC oraz Ethernet. Staje się to możliwe przez zainstalowanie specjalnie ku temu zaprojektowanych interfejsów CNA (Converged Network Adapters). Adaptery te obsługują jednocześnie komunikację dla obu protokołów. Rozwiązanie takie znacząco upraszcza topologię połączeń sieciowych, gdyż serwer ma tylko jeden interfejs. Przez system operacyjny będzie on widoczny jako dwie karty: Fibre Channel oraz Ethernet.

Pierwsze produkty FCOE

Pierwszy pokaz działania sieci opartej na rozwiązaniu FCoE odbył się w październiku ubiegłego roku na konferencji Storage Networking World. W drugiej połowie bieżącego roku niezależna organizacja FCIA (Fibre Channel Industry Association) ogłosiła pozytywne zakończenie testów standardu FCoE, dając tym samym producentom sprzętu możliwość testowania wzajemnej kompatybilności ich produktów.

Najwięksi rynkowi gracze kolejno ogłaszają daty pojawiania się na rynku produktów z obsługą FCoE. Na tegorocznej jesiennej konferencji Storage Networking World w Dallas miały miejsce premiery nowego sprzętu. Firma NetApp ogłosiła dodanie standardu FCoE do dotychczas wspieranych w swoich macierzach protokołów (iSCSI, FCP, Gb Ethernet przyp. red.). Qlogic zademonstrowała router 10GbE iSCSI to 8Gb FC, z serii 6200 Storage Router. Dzięki elastycznej budowie pozwala on na dodawanie modułów FCoE, QDR InfiniBand, SAS oraz 16 Gb FC. Natomiast EMC pokazała przełącznik FCoE o nazwie Connectrix NEX-5020, który jest wersją OEM przełącznika Cisco Nexus 5020. Model Nexus 5020 jest pierwszym produktem zaoferowanym przez Cisco, wykorzystującym standardy 10 Gb Ethernet oraz FCoE. Przełącznik współpracuje z kartami CNA Qlogic i Emulex. Firma Ixia zaprezentowała kompletną platformę służącą do testowania urządzeń FCoE oraz iSCSI. Dość intensywnie nad wdrożeniem nowego standardu pracuje NetApp. Jak zapowiada, jeszcze w grudniu br. na rynek trafi FCoE Target Expansion Card. Jest to karta sieciowa, którą będzie można instalować w niektórych systemach pamięci masowych linii FAS i V-Series. Cena urządzenia to ok. 3 tys. USD. Równolegle NetApp pracuje nad kartami sieciowymi FCoE, które będzie można instalować w przełącznikach Nexus 5020. Wielu producentów zapowiedziało kolejne premiery sprzętu w swoich planach na przyszły rok.

Implementacja technologii FCoE niesie wiele wymiernych korzyści dla centrum danych. Bez wątpienia jedną z nich będzie obniżenie współczynnika całkowitego kosztu utrzymania (TCO). Konwergentne adaptery CNA oraz przełączniki pozwolą zredukować w serwerach liczbę wymaganych kart sieciowych NIC oraz HBA. Jedna wspólna karta zamiast dwóch różnych, to mniejsza liczba wymaganych do połączenia sieciowych węzłów kabli. Stosując się do dobrych praktyk, aby zapewnić redundancję połączeń dla serwera, obecnie wymaga się minimum dwóch niezależnych połączeń z karty NIC oraz dwóch z HBA, co sumarycznie daje 4 połączenia kablowe. Zastosowanie CNA pozwala zmniejszyć o połowę liczbę wymaganych przewodów i znacznie upraszcza zarządzanie infrastrukturą. Redukuje to wymagania dotyczące liczby portów na przełączniku, co przekłada się bezpośrednio na oszczędności w zajętości miejsca, poborze energii i chłodzeniu urządzeń w centrum danych. Dysponowanie wieloma sieciami dedykowanymi do określonych zadań stwarza problemy chociażby z zarządzaniem takim środowiskiem.