Von: Berthold Wesseler
Die Vorteile des Storage Area Network (SAN) - allgegenwärtiger Zugriff auf Unternehmensdaten und reduzierte Kosten für das Speichermanagement - faszinieren DV-Chefs und Hersteller gleichermaßen. Idee der Technik ist es, über ein eigenes Netzwerk flexibel und skalierbar einen "ubiquitären" Datenspeicher zu schaffen, der jedes Host-System mit jedem Bandlaufwerk im Unternehmen verbindet. Die Visionäre sehen eine Infrastruktur für Speicherdienste entstehen, die die Bereitstellung und Verwaltung der Daten mit kostengünstigen und leistungsfähigen Medien vereinfachen und automatisieren hilft.
Das Ziel ist hoch gesteckt. Dementsprechend weit ist der Weg dahin. Denn neben den viel diskutierten Management- und Interconnect-Problemen bildet eine der größten Hürden beim Aufbau des "Enterprise Storage" die auf zehn Kilometer beschränkte Entfernung, die sich heute gemäß dem Fibre-Channel-Standard ohne zwischengeschaltete Repeater oder Hubs überbrücken lässt. Für viele Anwendungen, zum Beispiel die Katastrophenvorsorge oder für die Speicherkonsolidierung global tätiger Unternehmen, reicht das bei weitem nicht aus. Da hilft es auch wenig, wenn der Marktführer EMC seine Produkte für Distanzen von 20 Kilometern zertifiziert.
Der ANSI-Standard setzt Grenzen
Noch sind also dem SAN enge Grenzen gesetzt, sofern man dem Fibre-Channel-Standard folgt, der seit seiner Festlegung als Norm "X.3230" durch das American National Standards Institute (ANSI) im Jahr 1994 als Synonym für Speichernetze verwendet wird. Denn der 100 MByte/s schnelle Fibre Channel des ANSI bot erstmals eine international festgelegte, zuverlässige Interconnect-Möglichkeit mit der für Disk-I/O erforderlichen Bandbreite und Durchsatzraten außerhalb der elitären Mainframe-Welt.
Aus diesem Dilemma führen drei Wege. Erstens helfen "proprietäre" Ansätze, wie sie beispielsweise in der Mainframe-Welt bereits seit Jahren gang und gäbe sind. Zweitens setzt man auf das Internet-Protocol (IP) als alternativen Standard und nutzt Techniken wie "SCSI über IP" oder das Konzept des "Network Attached Storage" - mit all seinen Limitationen (NetworkWorld 18/00, Seite 32: Der schnellste Weg zum Speicher). Oder aber man wählt die dritte Möglichkeit und wartet ab, bis entsprechende Standards verabschiedet und die konformen Produkte verfügbar sind.
Abwarten kann sich lohnen, denn Mitte Oktober hat die Fibre Channel Industry Association (FCIA) einen Standardentwurf für einen 10 GBit/s schnellen Fibre Channel unterbreitet, der Zugriffsverfahren für Single- und Multimode-Glasfaser auf der physikalischen Ebene im LAN- und WAN-Bereich bietet. Dabei wird "10-GFC" sowohl WAN- als auch MAN-Übertragungen über native "Dark Fiber" (Dense Wavelength Division Multiplexing) sowie SONET/ SDH (SDH = Synchronous Digital Hierarchy) unterstützen.
Somit lassen sich nach Meinung der Hersteller auch SAN-Inseln, die durch die maximal zehn Kilometer weit reichende Fibre-Channel-Übertragung entstanden sind, voraussichtlich in zwei Jahren per "Highspeed-Link" verbinden. Abwarten lohnt auch mit Blick auf "10-Gigabit-Ethernet" als Highspeed-Alternative und kommende I/O-Standards wie "Infiniband" von der Infiniband Trade Association (www.infinibandta.org).
Abwarten kann oftmals aber nur die Notlösung sein, zumal proprietäre Ansätze sich in der Praxis durchaus bewährt haben, wie auf der letzten Jahrestagung des Benutzervereins Central Europe Computer Measurement Group (CECMG) deutlich wurde. "Bei der Implementierung solcher Konzepte kommt es vor allem darauf an, die vorhandenen IT-Infrastrukturen erfolgreich zu integrieren", plädierte Rupert Auer, Speicherexperte beim Hersteller Comparex, mit Nachdruck für einen evolutionären Approach.
Enterprise Storage im Rechenzentrum
Im Detail verglich Auer die Vor- und Nachteile des heutigen "Enterprise Storage", der in Großrechenanlagen gängig ist, mit den neuen SAN-Konzepten: "Mit Sorgfalt eingeführt und ergänzend zu Enterprise Storage genutzt, ergeben sich mit dem SAN ganz neue Perspektiven für Anwendungen wie Data-Sharing oder Backup und Recovery im heterogenen Umfeld", erklärte Auer. Wer das Beste aus beiden Welten nutze, könne heute schon beginnen, Multiplattformkonzepte für die konsolidierte Datenspeicherung in die Praxis umzusetzen. Wichtig sei dabei ein durchgängiges und integriertes Speichermanagement, so Auer weiter. Wenn bei unternehmensweiten Speicherkonzepten große Distanzen zu überbrücken sind, stößt das SAN schnell an Grenzen.
Ernst Pietschner von EMC skizzierte auf dem Kongress der Systemmanager mit Blick auf die Mainframes die Auswirkungen auf die Datenspiegelung als Mittel für Backup und Recovery. Über so genannte Kanalverlängerungen sind schon seit Jahren Host-Speicher-Verbindungen in globaler Dimension möglich, auch per Satellit. "Wer heute Speichersysteme anbinden will, bewegt sich in einem labilen Spannungsfeld aus Bandbreitenbedarf, Kosten und Performance", umriss Pietschner die knifflige Aufgabe. "Dabei spielen sowohl die Hardwarekosten als auch die Carrier-Situation eine große Rolle." Denn bei großen Distanzen werden meistens die Grenzen der Firmennetze überschritten, so dass auch die Übertragungskosten zu erwägen sind. Bei der Kostenoptimierung kommt es dann nicht nur auf die Bandbreite und die erforderliche "Quality of Service" an, sondern auch auf den Zeitpunkt der Übertragung.
Mittlerweile funktioniert die Technik der synchronen Spiegelung laut Pietschner auch in komplexen Konfigurationen. Als neue Technik stellte der EMC-Experte die Glasfaserübertragung nach dem Wavelength-Division-Multiplexing-Verfahren (WDM) vor: "Sie erlaubt es uns, durch eine protokolllose Nutzung der Glasfasertechnologie gleichzeitig mit Verfahren wie IP, ATM, Fibre Channel, FICON oder ESCON über eine Faser Daten zu übertragen."
Synchrones und asynchrones Remote Copy
Die aktuellen Verfahren und Produkte für synchrones und asynchrones Remote Copy, die Technik der Wahl zur Datenspiegelung, nahm auf der CECMG-Tagung Raoul Blignaut von der Nedcor Bank South Africa kritisch unter die Lupe. Er verglich dabei auch die Implementierungen der drei Hersteller EMC, Hitachi und IBM hinsichtlich ihrer Vor- und Nachteile. Probleme sieht er weder bei den synchronen noch bei den asynchronen Verfahren. Auch die Hürden der Entfernung sind seiner Meinung nach bei sorgfältiger Planung in beiden Fällen zu überwinden.
Dennoch: "Unter Abwägung aller Randbedingungen ist über kurze Distanzen synchrones Remote Copy das praktikabelste Verfahren", so Blignauts Fazit. "Denn heute können die Signallaufzeiten ohne weiteres in die erforderliche Dimension gebracht werden, nämlich durch entsprechend schnelle Übertragungstechniken, Fortschritte in der Mikroprogrammierung und nicht zuletzt durch den Einsatz von optimierten Pipelining-Protokollen, immer größeren Cache-Speichern und zusätzlichen Kanälen." Allerdings bleiben noch heikle Punkte rund um die Systemverfügbarkeit (unter der Voraussetzung, dass die Schreibsequenz-Integrität garantiert ist), und zwar vor allem deshalb, weil diese bei Ausfällen der Kommunikationsverbindungen leidet.
Storage Wide Area Network
Die im Mainframe-Umfeld bereits erprobten Verfahren werden nun sukzessive auch für dezentrale Systeme nutzbar. Wie beispielsweise das Remote Data Mirroring über ein SAN erfolgen kann, demonstriert Comparex, ein Wiederverkäufer der Symmetrix-Speicher von EMC, in Kooperation mit Computer Network Technology (CNT), einem bereits seit den 80er-Jahren im Mainframe-Umfeld aktiven Pionier der WAN-Speichernetze. Um ein "Storage Wide Area Network" (SWAN) aufzubauen, kombinieren die Firmen die EMC-Software "Symmetrix Remote Data Facility" (SRDF) mit den CNT-Produkten "Ultranet" und "Channelink" für die WAN-Vernetzung. Karl-Heinz Knapp, General Manager Enterprise Storage bei Comparex, verspricht damit das Datenmanagement, den Datenschutz und das Information Sharing von Windows-NT-/Unix-Servern und Mainframes über eine gemeinsame Infrastruktur. Das Produkt-Bundle soll vor dem "K-Fall" schützen und richtet sich an Unternehmen, die höchste Verfügbarkeit brauchen.
EMC selbst hat keine eigene SWAN-Hardware entwickelt, sondern nutzt die am Markt verfügbaren Techniken. Jüngst hat der Speichermarktführer "Metro 1500" von Cisco als für das Enterprise Storage Network tauglich eingestuft - ein Gerät zur relativ kostengünstigen IP-Verbindung von Speichernetzen über größere Distanzen hinweg. Mit Hilfe des MAN-DWDM-Systems von Cisco lassen sich SAN-Strukturen innerhalb von City-Netzen und auch darüber hinaus einrichten.
Die bitratenunabhängige, unternehmensweite DWDM-Plattform unterstützt mit insgesamt 32 Kanälen pro Lichtwellenleiter folgende Standards: Gigabit-Ethernet, Fibre Channel, die IBM Mainframe-Kanalarchitekturen "Enterprise System Connection" (ESCON) und "Fiber Connection Channel" (FICON), SONET-Payloads (POS und ATM) sowie "Add-Drop"- und "Derived-Ring"-Architekturen. Das Enterprise Storage Network von EMC bietet über das Cisco-Produkt hinaus einen Datenzugriff für unterschiedlichste Rechnerplattformen, Betriebssysteme und Anwendungen - mit jeder beliebigen Kombination von SCSI-, Ultra-SCSI-, Fibre-Channel- und ESCON-Standards.
SAN meets Host-Channel-Networking
Eine ähnliche Highspeed-Lösung für optische Netzwerke vertreiben seit Juni die Dietzenbacher Connectivity-Spezialisten der Controlware GmbH, die jahrelang Erfahrungen im Host-Channel-Networking gesammelt haben. In Zusammenarbeit mit Sycamore Networks verknüpfen sie vorhandene Infrastrukturen mit neuen Backup-Lösungen in optischen Netzen. Der Anfang 1998 gegründete US-Hersteller bietet Komplettlösungen für intelligente optische Netze an, so genannte "Soft Optics" der ersten Generation. Dabei handelt es sich um optische Baugruppen oder Geräte, die mittels Softwaresteuerung bestimmte Funktionen bereitstellen.
Die Produkte sind zwar auf öffentliche Carriernetze zugeschnitten, von denen - bedingt durch den exponentiell steigenden Datenverkehr - immer größere Bandbreiten gefordert werden. Sie eignen sich aber auch für Netze großer Unternehmen (Weitverkehrs-Gigabit-Ethernet beziehungsweise Fibre Channel) und große ISPs. Es handelt sich um die DWDM-Plattform "SN 8000" für Metro-, Regional- und Weitverkehrsnetze, den optischen Cross-Connect "SN 16000" und die gemeinsame Managementsoftware "SILVX". Durch ihr Zusammenspiel erlauben es die Komponenten, virtuelle optische Verbindungen per Software innerhalb von Minuten zu schalten und so mittels netzinterner automatischer Backupschaltung eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten. Beispiele hierfür sind die schnelle Bereitstellung von Bandbreiten für den Durchleitverkehr (etwa STM-1 oder STM-4), Gigabit-Ethernet-Dienste für ISPs mit frei definierbarer Dienstgüte oder "Optical VPNs".
100 Kilometer weite Speichernetze
Der Anbieter von Fibre-Switches Gadzoox Networks greift seit September auf das virtualisierte Speichersystem für heterogene SAN-Umgebungen "Magnitude" der Seagate-Tochter Xiotech zurück, um mit seinen "Capellix"-Switches bei der synchronen Datenreplikation Entfernungen von bis zu 120 Kilometern zu überbrücken. Zum Einsatz kommen dabei Xiotechs "Redi-SAN-Links-Replicator"-Software und die "FLX Optical Link Extender" von Finisar mit Datenraten von bis zu 1 GBit/s.
Mit der Software-Erweiterung "Extended Fabrics" für die Switching-Produktlinie "Silkworm" will Brocade SAN-Komponenten über Distanzen bis 100 Kilometer verbinden. Das Programm setzt auf die Remote-Switching-Fähigkeiten auf, die der Anbieter bereits Anfang des Jahres vorstellte. Dabei werden SANs über ATM-gestützte öffentliche Netze zusammengeschaltet. Ab dem vierten Quartal will Brocade zudem die Schnittstelle "Fabric-OS-API" kostenlos zur Verfügung stellen. Anbieter von Speichermanagement-Software und -Services sollen damit direkt auf die Funktionen der Fabric-Steuerungssoftware zugreifen können. Das "Application Programming Interface" (API) für qualifizierte Brocade-Partner wird die Betriebssysteme Windows und Solaris unterstützen.
Auch Lucent und der SAN-Protagonist Vixel haben ein Verfahren entwickelt, um das Fibre-Channel- (und auch das SCSI-)Protokoll in IP abzubilden und den gesamten Verkehr über das IP-Routing abzuwi-ckeln. "FC/IP" ist darauf ausgelegt, den Aufwand für die Protokollkonvertierung zu minimieren - ohne Abstriche bei der Zuverlässigkeit des Fibre Channel. Beispielsweise bleiben der Redundanz-Check und die Flusskontrolle des Fibre Channel auch über das IP-Netz erhalten.
Weitere speicherbezogene IP-Initiativen kommen von den Herstellern Adaptec mit dem "SCSI Encapsulation Protocol" (SEP/IP), von SAN Limited mit dem "Service Specific Connection Oriented Protocol (SSCOP) over IP" und der Firma Genroco, deren "Scheduled Transfer Protocol over IP" (STP/IP) eine zuverlässige Ende-zu-Ende-Übertragung verspricht. Das Protokoll "Storage Over IP" (SoIP) liegt der Internet Engineering Task Force (IETF) ebenso zur Standardisierung vor wie der "Internet-SCSI"-Entwurf (iSCSI ), eines der wichtigsten aktuellen SCSI/IP-Projekte.
Die an diesen Beispielen offenkundig werdende stürmische Weiterentwicklung der SAN-Technologie folgt nach Einschätzung von Kumar Malavalli, Vice President of Technology bei Brocade Communications Systems, dem gleichen Muster wie der Standardisierungsprozess beim frühen Ethernet in den 70er- und 80er-Jahren. Wurden bei Fibre Channel genau wie damals bei Ethernet ursprünglich nur die für den zuverlässigen und schnellen Datenaustausch über ein Netz erforderlichen Basisstandards der Verkabelung, Signalisierung und Framestruktur festgelegt, folgen jetzt beim SAN die Normen für die Interconnectivity und das Netzmanagement.
Frühe Phase der SAN-Standards
Kumar Malavalli, der auch den Vorsitz des für die Fibre-Channel-Standardisierung zuständigen Komitees NCITS/T11 innehat, sieht die Basisarbeiten für die Datenübertragung im SAN mittlerweile als weitgehend abgeschlossen an. Nun gehe es darum, die höheren Protokollschichten so zu verfeinern, dass sie auch den kritischen und sensiblen Anforderungen des SAN-Betriebs in der Praxis Rechnung tragen: "Insbesondere überarbeiten wir nun die Bereiche Management, Fehlerentdeckung und WAN-Anschluss, um das Fibre-Channel-SAN zum Bestandteil eines Enterprise-Management-Framework zu machen." Diese Arbeit hält Malavalli für notwendig, um sicherzustellen, dass die Produkte unterschiedlicher Hersteller gut zusammenarbeiten, damit sich eine übergreifende, einfache, robuste und kostengünstige Speicher-Infrastruktur aufbauen lässt.
Hier leitet der jetzt von der Fibre Channel Industry Association vorgestellte Entwurf "10 Gigabit Fibre Channel" (10-GFC) die nächste Phase der Standardisierung ein; ein Papier, das von einer unter Federführung des T11-Komitees im August 1999 ins Leben gerufenen Arbeitsgruppe erstellt worden ist.
Kernbestandteile des geplanten Standards sind Gemeinsamkeiten mit der Ethernet- und "Infiniband"-Technik sowie Definitionen zu den Logikeinheiten und Zugriffsverfahren für Single- und Multimode-Glasfaser auf der physikalischen Ebene im LAN- und WAN-Bereich. Dazu kommt unter Wahrung der Frame-Formate und Frame-Größen die Unterstützung von Medien aus dem Standard "ISO/IEC 11801" mit Datenraten von annähernd 10 GBit/s.
10-GFC-Standard mit WAN-Connectivity
Der Standardentwurf setzt auf den 1- und 2-Gigabit-Fibre-Channel-Spezifikationen auf und sichert so die Rückwärtskompatibilität. Wenn Normierung und Produktentwicklung im Sinne der Protagonisten verlaufen, können in zwei Jahren Pioniere mithilfe von 10-GFC-Komponenten weltweit verteilte Speicher-Cluster aufbauen und virtuelle Speicherkonzepte in die Praxis umsetzen, die alle Anwendungen unabhängig vom aktuellen Speicherort und -medium der benötigten Daten machen.
Die Abstimmung des 10-GFC-Standards auf die Ethernet- und Infiniband-Techniken (auf der physikalischen Ebene) soll es darüber hinaus möglich machen, über die gleichen Kabel, Konnektoren und optischen Transceiver alle drei 10 GBit/s schnellen Übertragungsverfahren zu nutzen. Das bringt Kostenvorteile für die Hersteller und erleichtert die Arbeit der Netzwerkadministratoren, die mit einer einheitlichen Verkabelung drei verschiedene Netzwerke betreiben können.
Auch wenn 10-GFC etwa die zwölffache Baudrate des 1-GBit/s-Fibre-Channel erlauben wird, sagt das noch nicht alles über die Effizienz des neuen Verfahrens, die auch von der Performance und der Zuverlässigkeit der aktuellen Link- und Protokoll-Implementierungen abhängt. Diese sind für Fibre Channel zurzeit sehr hoch, weil Hard- und Firmware über die Jahre auf "High Performance" getrimmt wurden.
Obwohl heute der IP-gestützte Transport von Daten im Umfeld der Speichernetze von einigen Herstellern bereits als Komplettlösung der Zukunft angesehen wird, bleibt der schnelle und zuverlässige Fibre Channel im lokalen Bereich sicher auf absehbare Zeit die Technik der Wahl. Welche Verfahren sich im WAN-Bereich durchsetzen, scheint derzeit noch offen. Klar ist aber, dass im Zweifelsfall eine Konvertierung von Fibre Channel auf DWDM- oder 10-Gigabit-Ethernet im Switch oder IP-Router möglich ist. Womit einem Aufbau von lokalen Fibre-Channel-Netzen für die Speicherkonsolidierung nichts im Wege steht - mit der Option auf eine künftige Erweiterung auf den Wide-Area-Bereich. (kpl)
Zur Person
Berthold Wesseler
ist freier Journalist in Brühl/ Rheinland.