Von: Brian Mason
Beim Aufbau eines Storage Area Networks (SAN) auf Basis von Fibre Channel (FC) sind eine ganze Reihe von Punkten zu beachten. So hängt zum Beispiel die Performance, die ein FC-Switch bei unterschiedlichen Lastmustern erreichen kann, vom Design der jeweiligen Hardware ab. Einige Geräte können besonders gut mit großen Frames umgehen, andere mit sehr kleinen. Und es gibt Switches, die nicht auf eine bestimmte Größe spezialisiert sind, sondern alle Frame-Größen etwa gleich gut weiterleiten.
Um den passenden Switch herauszufinden, sollten Unternehmen die Performance durch eigene Tests untersuchen. Zusammen mit den Anforderungen an Kapazität und Leistungsfähigkeit ergibt sich daraus eine gute Entscheidungsgrundlage. Die nachfolgend beschriebenen Testszenarien helfen dabei, die Performance von FC-Switches in SAN-Umgebungen zu bestimmen (Grafiken und Messungen siehe Online-Berichterstattung).
Durchsatz und Latenz
Die meisten heute erhältlichen FC-Switches verfügen über eine sehr hohe Backplane-Kapazität, da sie bereits auf künftige 10-Gigabit-Geschwindigkeiten ausgelegt sind. Der aktuelle FC-Datenverkehr mit Übertragungsraten von 1 und 2 GBit/s sollte die Geräte deshalb normalerweise nicht vor Probleme stellen. Dennoch können Situationen auftreten, in denen ein Switch nicht die theoretisch mögliche Übertragungsgeschwindigkeit erreicht. Dies liegt daran, dass eine auf hohen Datenverkehr ausgelegte Backplane nicht automatisch auch eine sehr große Anzahl an Frames schnell weiterleiten kann. Wie performant die Backplane und die ASICs eines FC-Switches einzelne Frames verarbeiten, zeigt sich durch einen Vergleich der mit großen 2148-Byte-Frames und mit kleinen 64-Byte-Frames möglichen Durchsätze.
In unserem Beispiel erzielte der getestete Switch mit großen Frames einen Durchsatz von 99,895 Prozent. Mit kleinen Frames dagegen brach er auf 71,99 Prozent ein (siehe Tabelle oben). Nachdem die Backplane beim Test mit den großen Frames nahezu Line-Rate erzielte, liegt die Vermutung nahe, dass der Switch nur eine begrenzte Frame-Anzahl gleichzeitig verarbeiten kann. Das Verhalten eines FC-Switches bei kleinen Frames ist beim SAN-Design unbedingt zu berücksichtigen.
Neben dem Durchsatz ist die Latenz ein sehr wichtiger Performance-Parameter, insbesondere in größeren SANs mit vielen Inter-Switch-Links (ISL) oder großen Entfernungen zwischen den Geräten. Auch hier sind mit dem gleichen Testszenario große Unterschiede zwischen den Produkten unterschiedlicher Hersteller festzustellen. So blieb bei einem der getesteten FC-Switches die Latenz unverändert bei 0,4 µsec, während die Last schrittweise von 10 auf 100 Prozent erhöht wurde. Bei einem anderen Testkandidaten dagegen stieg die Latenz von 4 µsec auf 14 µsec an, wobei die Werte zudem stark schwankten.
Unternehmen sollten FC-Switches mit einer möglichst niedrigen Latenz wählen, da insbesondere Speichersysteme sehr empfindlich auf Verzögerungen reagieren. Zudem sollte die Latenz möglichst konstant sein. Größere Schwankungen machen das SAN-Design sehr schwierig, weil sich das Verhalten des Netzes über alle Komponenten hinweg in diesem Fall nur schwer vorhersagen lässt.
Gerechte Lastverteilung
Für die Leistungsfähigkeit eines SANs ist es auch wichtig, wie die FC-Switches parallele Datenflüsse behandeln. Üblicherweise kommunizieren Server mit mehreren Speichersystemen im SAN. Deshalb sollten Unternehmen vor einer Anschaffung testen, ob der FC-Switch die verfügbare Bandbreite allen angeschlossenen Geräten auf faire Weise zur Verfügung stellt.
Hierfür eignet sich ein Testszenario, bei dem ein Server mit mehreren Storage-Systemen kommuniziert. Der Beispieltest zeigt deutliche Unterschiede auf: Ein mit 15 gleichzeitigen Datenströmen konfigurierter Switch gewährte dem am schlechtesten behandelten Flow lediglich 3,1 Prozent der Bandbreite, während der am besten weitergeleitete Datenfluss in den Genuss von 12,4 Prozent kam. Ein anderer Switch, der zwölf Flows weiterleiten sollte, verteilte die Gesamtbandbreite dagegen wesentlich gerechter: Alle Datenströme erhielten zwischen 9,326 und 9,335 Prozent.
Neben einer gerechten Lastverteilung innerhalb der Backplane ist auch wichtig, dass FC-Switches den Datenverkehr über Inter-Switch-Links gleichmäßig weiterleiten. Um dies zu überprüfen, werden zwei Switches über einen ISL miteinander gekoppelt und an jeden Switch drei FC-Systeme angeschlossen, von denen jedes eine direkte Verbindung zu einem System auf der anderen Seite hat.
Auch in diesem Test traten große Unterschiede auf. Bei einem FC-Switch erhielt der am schlechtesten behandelte Datenstrom über den ISL nur 22,7 Prozent der verfügbaren Bandbreite, während der am besten weitergeleitete 45,5 Prozent bekam. Der FC-Switch eines anderen Herstellers behandelte dagegen die drei Flows sehr gleichmäßig, die Abweichungen betrugen nur zwei Prozent. Allerdings lag hier der über den ISL erzielte Gesamtdurchsatz niedriger als beim ersten Kandidaten.
Mit dem Head-of-Line-Blocking-Test schließlich können Unternehmen herausfinden, ob sich Überlastsituationen auf einem Ausgangs-Port negativ auf die Übertragungsgeschwindigkeit oder Latenz der übrigen Ports auswirken. Im Beispieltest zeigte sich, dass der FC-Switch durch die Überlastung auf einem Ausgangsport nicht mehr in der Lage war, auf dem zweiten, nicht überlasteten Ausgangsport die zuvor erzielte Übertragungsrate aufrecht zu erhalten. Die Geschwindigkeit brach hier um über zwei Drittel ein.
Worauf es ankommt
Generell gilt die Empfehlung, bereits im Vorfeld möglichst genau abzuschätzen, welchen Anforderungen das SAN in drei bis fünf Jahren gerecht werden soll. Auch die zu erwartenden Verkehrsarten spielen eine wichtige Rolle und sind bei der Auswahl zu berücksichtigen. Am sichers-ten ist es, sich durch eigene La-bortests von der Tauglichkeit der ins Auge gefassten Geräte zu überzeugen. (cl)
Zur Person
Brian Mason
ist als Produktmanager für den Storage-Bereich des Test- und Analysegeräte-Herstel-lers Spirent Communications (www.spirentcom.com) verantwortlich.