Sítě Storage Area Network (SAN) využívají síťové architektury sběrnicového typu k urychlení a decentralizaci přístupu k podnikovým úložištím. Zrychlení přístupu k úložišti proto zahrnuje urychlení výkonu SAN i samotných úložných médií, a proto je zásadní vybavit testovací laboratoř StorageReview Enterprise řadou možností propojení napříč třemi klíčovými rodinami síťových protokolů: Ethernet, InfiniBand a Fibre Channel. Tyto možnosti propojení poskytují prostředky k provádění komplexního benchmarkingu založeného na podmínkách srovnatelných s tím, s čím se správci SAN skutečně setkávají v terénu.
Úložná pole typu all-flash a hybridní pole jsou úložné technologie, které posouvají vývoj rychlejších propojení, ale správci velkých pevných disků také těží z věnování velké pozornosti výkonu a spolehlivosti SAN. Přístup ke konvergovaným platformám pro propojení infrastruktury dnes může pomoci vyhnout se uvěznění v jednom protokolu nebo fyzické vrstvě linky, ale volby propojení učiněné během architektury úložných sítí mohou ovlivnit možnosti a výkon SAN v nadcházejících letech.
Široká škála možností implementace SAN, včetně kabeláže a konektorů, může na první pohled ztížit určení, které kombinace a konfigurace propojení jsou pro konkrétní zařízení nebo aplikaci nejvhodnější. Tento přehled síťového vybavení Enterprise Test Lab začne diskusí o každém ze tří nejběžnějších propojovacích protokolů (Ethernet, InfiniBand a Fibre Channel) jako přehled možností pro architekty a techniky SAN. Poté rozebereme a ilustrujeme klíčové možnosti fyzické linkové vrstvy dostupné pro podnikové benchmarky StorageReview.
Ethernet
Laboratoř StorageReview je vybavena ethernetovým přepínačem od společností Netgear a Mellanox, který nám umožňuje nasadit možnosti připojení od 1GbE do 40GbE. Pro benchmarky 1GbE používáme přepínače Netgear ProSafe prosumer. Naše 10GbE připojení je zajištěno přepínačem Netgear ProSafe Plus XS708E s konektory 8P8C a přepínačem Mellanox SX1036 10/40Gb s rozdělovacími kabely, které z jednoho portu QSFP rozdělují čtyři ethernetové porty SFP+.
Ačkoli se termín Ethernet často používá jako synonymum pro kroucenou dvoulinku měděných kabelů s konektorem 8P8C (běžně označovaným jako konektor RJ45), Ethernet označuje síťový komunikační standard, který lze použít jak na fyzických spojích z mědi, tak i z optických vláken. Pro relativně krátké vzdálenosti měděné kabely často nabízejí přesvědčivý poměr ceny a výkonu pro ethernetové aplikace, ale s rostoucími požadovanými rychlostmi přenosu dat a rostoucími přenosovými vzdálenostmi začíná optický kabel nabízet konkurenční výhodu oproti mědi.
Nová zařízení s Ethernetem vidíme na třech úrovních:
- 1GbE – V roce 2013 je většina domácích a poloprofesionálních zařízení navržena s integrovaným gigabitovým Ethernetem 1000BASE-T, spolu se zařízeními pro podnikové pracovní stanice, SMB NAS/SAN a integrovanými serverovými LAN rozhraními. Začínáme stále více vídat standard kroucených párů Ethernetu 10GBASE-T v dodávce na serverech a úložištích, ale prozatím jsou gigabitové rychlosti de facto minimálním standardem pro kabelové síťové připojení.
- 10GbE – V první dekádě prvního desetiletí prvního desetiletí 2000. století vyžadovaly 10gigabitové rychlosti optické vlákno nebo krátkodobý Twinax s konektory typu SPF. Měď a konektor 8P8C si nyní razí cestu do architektur SAN díky rostoucí dostupnosti síťového hardwaru 10GBASE-T, který umožňuje desetigigabitové rychlosti přes cat6 a cat7. 10GbE přes kroucenou dvoulinku z mědi učinilo z 10GBASE-T cenově dostupnou novou volbu pro vysokorychlostní propojení úložišť, ačkoli na trhu stále dominuje optické vlákno. Naše Přepínač Netgear M7100 disponuje dvaceti čtyřmi porty 10GBase-T a 4 porty SFP+, zatímco naše Netgear ProSafe Plus XS708E disponuje osmi porty 10GbE a jedním sdíleným optickým portem 10G SFP+.
- 40GbE – Prostřednictvím QSFP+, které konsoliduje čtyři SFP+ linky do jednoho konektoru, jsme schopni dosáhnout 40GbE konektivity, která je často nezbytná pro nejrychlejší moderní úložná pole. Konvergovaný hardware infrastruktury, jako například Mellanox SX6036, který používáme v laboratoři, nabízí možnosti pro InfiniBand 40GbE nebo 56Gb/s v závislosti na konfiguraci. A 10/40Gb ethernetový přepínač Mellanox SX1036 slouží jako páteř sítě laboratoře.
InfiniBand
InfiniBand se stal široce dostupným na začátku roku 2000, kdy výrobci přepínačů Mellanox a QLogic tento standard posunuli vpřed. InfiniBand nabízí pět úrovní výkonu linky: single data rate (SDR) s rychlostí 2.5 Gb/s na linku, double data rate (DDR) s rychlostí 5 Gb/s, quad data rate (QDR) s rychlostí 10 Gb/s, fourteen data rate (FDR) s rychlostí 14 Gb/s a enhanced data rate (EDR) s rychlostí 26 Gb/s na jednosměrnou linku.
InfiniBand lze použít s měděnými nebo optickými kabely v závislosti na požadovaném výkonu a vzdálenosti potřebné pro propojení. Dnes konektory SFF-8470, často jednoduše nazývané konektory InfiniBand, běžně zakončují kabely spolu s konektory typu SFP. Testovací laboratoř StorageReview Enterprise je domovem 56Gb/s Mellanox InfiniBand fabric, která se používá při benchmarkování flashových úložišť, včetně našeho benchmarku MarkLogic NoSQL Database.
Benchmark MarkLogic NoSQL porovnává výkon úložiště napříč různými zařízeními, včetně akcelerátorů PCIe aplikací, skupin SSD disků a velkých polí HDD. Pro zajištění propojení v těchto benchmarkech používáme technologii Mellanox InfiniBand s naším procesorem Mellanox SX6036, která je založena na jeho síťové propustnosti 56 Gb/s a také na podpoře protokolů iSER (iSCSI-RDMA) a SRP (SCSI RDMA). Protokoly iSER a SRP nahrazují stack iSCSI TCP protokolem Remote Direct Memory Access (RDMA), který umožňuje vyšší efektivitu v klastrovaném prostředí tím, že umožňuje síťovému provozu obejít CPU systémů a kopírovat data z paměti odesílajících systémů přímo do paměti přijímajících systémů. Tyto funkce jsou také přeneseny do Ethernetu pomocí protokolu iSCSI over RDMA (iSER).
Díky této technologii InfiniBand ve spojení se čtyřuzlovým serverem EchoStreams GridStreams a standardizovanou sadou benchmarků MarkLogic NoSQL nám umožňuje testovat nová vysoce výkonná úložná zařízení, jako je například akcelerátor aplikací Micron P320h 2.5″ PCIe, a zjistit, jak si specifikace výrobce vedou v reálných podmínkách. Později v tomto roce přidáme nový benchmark VMware, který také využívá InfiniBand SAN od StorageReview.
Protokol Fibre Channel
Koncem 90. let 20. století byl Fibre Channel dominantním propojovacím protokolem pro vysokorychlostní výpočetní a úložné sítě (SAN). Zkratka Fibre Channel se používá jako zkratka pro Fibre Channel Protocol, sériový komunikační protokol založený na kanálech, který se často používá jak na měděných, tak na optických kabelech. Fyzická linková vrstva Fibre Channel umožňuje směrování jedné komunikační trasy přes více než jeden typ technologie spojení, včetně kombinace měděných a optických segmentů, aby dosáhla svého cíle.
Laboratoř StorageReview využívá FC konektivitu s rychlostí 8 Gb/s i 16 Gb/s prostřednictvím 8Gb Fibre Channel přepínače QLogic SB5800V a 16Gb FC přepínače Brocade 6510. Pro konvergované infrastrukturní aplikace používáme 16Gb QLogic dvouportové HBA a v jiných situacích také jednoportové 16Gb Emulex Fibre Channel HBA. Jedním z klíčových rozdílů mezi zařízeními Fibre Channel a jinou SAN infrastrukturou je cena a licencování. Zatímco ethernetové přepínače jsou obecně k dispozici s pevným počtem portů (obvykle 12, 24 nebo 48), které jsou všechny aktivní při zakoupení, je běžné, že výrobci FC používají model licencování na port, kde přepínač Fibre Channel může mít 48 fyzických portů, ale při počátečním nákupu obsahuje balíčkové licence pouze pro 12 nebo 24 z nich. Další porty a někdy i další funkce jsou podle potřeby aktivovány zakoupením dalších licencí.
Fibre Channel je první protokol SAN podporovaný technologií Mt. Rainier od společnosti QLogic. Tato technologie kombinuje adaptéry SAN HBA od QLogic se serverovým flash úložištěm a softwarem a zajišťuje tak ukládání do mezipaměti nezávislé na operačním systému prostřednictvím karty PCIe instalované v serverech. Mt. Rainier se zaměřuje na adaptérovou kartu založenou na HBA od QLogic PCIe pro správu logiky a mezipaměti i samotného úložiště, které se poté připojuje k flash vrstvě. Konečným výsledkem je lokální mezipaměť pro výpočetní server prostřednictvím karty rozhraní, která by byla pro připojení Fibre Channel SAN vyžadována v každém případě. Pro aplikace běžící na serveru nebo clusteru vypadá mezipaměť jako úložiště SAN, ale přístup k ní je rychlejší.
Tento přístup, využívající infrastrukturu SAN k zajištění lokálního a celoklastrového ukládání do mezipaměti, demonstruje značný prostor pro inovace v současné generaci technologie Fibre Channel. Instalace více než jednoho adaptéru FabricCache od QLogic v clusteru umožňuje sdílení mezipaměti v rámci celého clusteru – integrace s technologií Fibre Channel umožňuje využití mezipaměti na kartě jak na lokální, tak i na úrovni clusteru.
Fyzikální komponenty
Měděný kroucený pár (kabely Cat)
Měděný kroucený pár je nejrozšířenějším propojením mimo vysokorychlostní úložné sítě, ačkoli s příchodem gigabitových a 10gigabitových měděných propojení se kroucenému páru podařilo dosáhnout oproti optickým kabelům výhod pro vysokorychlostní aplikace SAN. Rodina kroucených párů „cat“ (kategorie) má výhody nízké ceny, snadné výroby a typu konektoru, který zůstal relativně nezměněn po několik generací síťových technologií.
Měděný kroucený pár je klasifikován generačním číslem, které odráží jeho maximální rychlost přenosu dat a maximální jmenovitou vzdálenost spojení. Počínaje 90. léty 20. století přinesla řada generací „cat“ konektivitu 100 Mb/s (cat5), 1 Gb/s (cat5e), 10 Gb/s (cat6) a zvýšenou maximální vzdálenost spojení (cat7).
Twinax
Twinaxiální kabeláž (Twinax), původně používaná v raných mikropočítačových systémech, se i v 21. století nadále používá jako fyzická vrstva pro propojení 10GbE. Díky své jednoduché konstrukci nabízí Twinax cenové výhody oproti optickým kabelům pro krátké vzdálenosti, nicméně je dražší než 10GbE přes kroucenou dvojlinku cat6 nebo cat7. Pokud se kroucená dvojlinka bude i nadále prosazovat v aplikacích propojení SAN, Twinax by mohl být opět odsunut do starších a specializovaných aplikací.
Optický kabel
Optické kabely nabízejí oproti mědi řadu technických výhod pro přenos dat, ačkoli jejich mnohem vyšší náklady a nedostatek praktických prostředků techniků k vytváření vlastních kabelů v datovém centru vedly mnoho podniků a datových center k přehodnocení mědi pro propojení. Mezi výhody optických vláken patří delší maximální přenosové délky a nízká zranitelnost vůči elektromagnetickému „šumu“ z blízkých zařízení nebo nesprávné instalace.
Optická vlákna se vyskytují ve dvou variantách: jednomódová a vícemódová. Jednomódová vlákna mají jeden vnitřní vodič a jsou schopna vyšších maximálních datových rychlostí a vzdáleností mezi segmenty sítě. Vyžadují však použití dražších laserů, což může zvýšit cenu síťových zařízení. Vícemódová vlákna jsou tolerantní k levnějším kabelovým materiálům a lze je napájet jednoduššími a levnějšími LED světly namísto laserů.
V současné době zůstává optický kabel univerzálním kabelem pro implementaci podnikových sítí SAN. Moderní propojení optickými vlákny obvykle obsahují standardní subkonektory, takže upgrady a změny protokolu jsou otázkou výměny transceiverů pro použití stejného spojení pro Ethernet, Fibre Channel nebo InfiniBand. Počáteční náklady na instalaci optických vláken jsou vysoké, ale kvalitní kabel má dlouhou životnost, protože upgrade šířky pásma často vyžaduje pouze upgrade transceiverů a hardwaru přepínačů.
Transceiver/konektory ve stylu SFP
Během posledních 10 let si SFP a jeho nástupci díky flexibilitě provedení získali rostoucí podíl na trhu s propojovacími kabely. Většina produktů z roku 2013 obsahuje SFP+ nebo QSFP, ačkoli existují i jiné varianty.
- SFP: Small Form-Factor Pluggable, navržený pro rychlosti až 1 Gb/s
- SFP+: Vylepšený Small Form-Factor Pluggable, navržený pro rychlosti až 10 Gb/s a zpětně kompatibilní s SFP
- QSFP: Čtyřnásobný zásuvný modul s malým tvarovým faktorem, navržený pro podporu připojení 40 Gb/s a rychlejšího, tento tvarový faktor kombinuje čtyři rozhraní do jednoho transceiveru
Těšíme se
Díky podpoře od společností Brocade, Emulex, HP, Intel, Mellanox, Netgear, QLogic a dalších je laboratoř StorageReview vybavena pro jakoukoli potřebu propojení, která by mohla nastat. V heterogenním prostředí, jako je toto, je flexibilita klíčová, nelze předvídat, kdy bude nutné část páteřní sítě Fibre zřídit pro nové pole nebo kdy se objeví standardní malý NAS, který podporuje agregaci čtyř ethernetových linek. Ne všechna podniková nebo malá a střední podniková prostředí budou samozřejmě muset být tak flexibilní, a proto někteří poskytovatelé úložišť hovoří spíše o modularitě než o vázání kupujících na specifické požadavky na propojení. Například NetApp nabízí vyměnitelné karty Fibre a 10GbE, aby se jejich pole snáze integrovala do prostředí, která se standardizovala na jednom nebo druhém místě.
I výrobci propojovacích karet dělají něco podobného. Nyní jsou k dispozici přepínače SFP+, které technikům usnadňují přepínání mezi linkovými médii a protokoly bez nutnosti odtrhávání a opětovného sestavování. Konvergované adaptéry Host Bust Adapters (HBA) od QLogic podporují změnu portů mezi Ethernetem a Fibre Channel výměnou transceiverů a kabelů, stejně jako změnou nastavení v BIOSu karty. Mellanox byl jedním z prvních lídrů v oblasti síťových karet, které využívají virtuální propojení, což umožňuje stejné síťové kartě provozovat přes InfiniBand nebo Ethernet připojením jiného kabelu a načtením jiného ovladače.
Trend konvergované infrastruktury jde paralelně s trendem virtualizace. Důsledky nejnovějších generací technologií SAN a virtualizace ukazují na stálý posun k oddělení fyzické infrastruktury nejen od serverů a aplikací, které na nich běží, ale také od síťové vrstvy, která propojuje samotnou infrastrukturu. Místo toho, aby se konkurenční propojovací platformy posouvaly směrem k izolovaným systémům a konkurenci mezi technologiemi, trh se místo toho ubírá směrem k vzájemné kompatibilitě a heterogenním, konvergovaným infrastrukturám.
Amazon