Innovatie en betrouwbaarheid maken van Fibre Channel de keuze voor datacenter-SAN's

Grote datacenters staan vol met servers, opslag, switches en diverse andere hardware, die proberen de nieuwste technologische trends bij te houden. Van alle veranderingen die plaatsvinden binnen het datacenter, blijft één technologie een go-to voor opslagconnectiviteit. Fibre Channel is al jaren een steunpilaar in het datacenter op basis van betrouwbaarheid en veiligheid. Het is echter niet alleen een eerste keuze voor de zakelijke markt. Veel hardware- en softwareleveranciers richten hun tests op Fibre Channel om ervoor te zorgen dat producten klaar zijn voor prime time voordat ze naar de klant worden verzonden.

Dell PowerStore met Fibre Channel

Opslag- en switchleveranciers blijven nieuwe functies en verbeteringen aan Fibre Channel toevoegen, en softwareontwikkelaars testen de Fibre Channel-functionaliteit voordat ze software-updates voor de massa uitbrengen. Fibre Channel is nog steeds de overheersende SAN-technologie in grote datacenters. De meeste VMware-klanten gebruiken Fibre Channel om te profiteren van de voortdurende innovatie en bestaande betrouwbaarheid, veerkracht, beveiliging en snelheid die tegenwoordig aanwezig zijn.

VMware zet zich in voor Fibre Channel en Marvell loopt voorop

Als er vragen waren over het belang en de betekenis van Fibre Channel-technologie, stelt VMware dat terzijde door prioriteit te geven aan nieuwe releasetests met Fibre Channel. Met alle laatste aankondigingen bij VMware Explore was vSphere 8 het meest interessant. VMware zette de focus op vVols storage engineering voort en voegde vVols-ondersteuning toe in NVMe-oF.

glasvezel vmware Marvell 32gfc in server FC-NVMe

Marvell QLogic QLE2772 Dual-Port 32Gb FC-adapter

Zoals vermeld op de VMware-site: "In eerste instantie zullen we alleen FC ondersteunen, maar we zullen doorgaan met het valideren en ondersteunen van andere protocollen die worden ondersteund door vSphere NVMe-oF." De consensus bij VMware is dat klanten misschien overstappen op NVMe-oF, iSCSI en 100G Ethernet, maar FC heeft de voorkeur als het gaat om krachtige en bedrijfskritische applicaties. Daarom zal Fibre Channel voorop blijven lopen op het gebied van technologische vooruitgang in vSphere. Hoewel er een verschuiving is naar andere technologieën, ziet VMware geen afname in de vraag naar Fibre Channel.

En het is niet alleen VMware. Met al het geroezemoes rond automatisering, machine learning en DevOps, staat Fibre Channel nog steeds hoog in het vaandel bij de meeste IT-professionals. Vanwege hun inherente betrouwbaarheid, veiligheid en lage latentie zijn SAN Fabrics van cruciaal belang voor sectoren als de gezondheidszorg, financiën, productie, verzekeringen en de overheid. Fibre Channel-technologie staat natuurlijk niet stil en blijft evolueren met 64G-fabrics die vandaag worden verzonden en een routekaart naar 128G bij progressieve switch- en HBA-leveranciers. Marvell QLogic heeft blijk gegeven van ongeëvenaard leiderschap en innovatie op het gebied van Fibre Channel-technologie.

Er is een reden waarom Fibre Channel de go-to-technologie is voor Storage Area Networks: het werkt gewoon. Er is een sterk engagement van de leveranciersgemeenschap om samen te werken om de specificaties te verbeteren om te voldoen aan de veranderende eisen van de industrie. Testen door softwareleveranciers richt zich zowel op interoperabiliteit als op beveiliging en betrouwbaarheid, en dat is duidelijk in het geval van VMware vSphere 8. Leveranciers zetten zich in om interoperabiliteit met Fibre Channel te waarborgen voordat nieuwe updates of hardware in het datacenter worden vrijgegeven.

FC krijgt een boost in vSphere 8, ondersteunt FC-NVMe-implementatie

VMware introduceerde verschillende kernfuncties in vSphere 8, waaronder verbeteringen aan NVMe over Fabrics (NVMe-oF). Er zijn natuurlijk verschillende redenen voor de toegenomen populariteit van NVMe-oF. In de eerste plaats genieten klanten van de hoge prestaties en verwerkingscapaciteit van NVMe-oF ten opzichte van traditionele SCSI en NFS. Opslagleveranciers stappen over op NVMe-arrays en hebben ondersteuning toegevoegd voor FC-NVMe in hun productlijnen.

VMware nam het voorbeeld en bracht aanzienlijke verbeteringen aan vSphere 8 specifiek voor NVMe-oF aan, waaronder:

Meer ondersteunde naamruimten en paden voor zowel NVMe-TCP als FC-NVMe. vSphere 8 ondersteunt nu 256 naamruimten en 2K-paden met NVMe-TCP en FC-NVMe.
Het breidde de reserveringsondersteuning voor NVMe-apparaten uit voor klanten die Microsoft Windows Server Failover Cluster (WSFC)-ondersteuning gebruiken voor schijfvergrendeling op applicatieniveau. In eerste instantie, alleen voor FC, stelt dit klanten in staat om geclusterde VMDK-mogelijkheden te gebruiken met Microsoft WSFC met NVMe-oF Datastores.
Geavanceerde NVMe/TCP Discovery Services-ondersteuning in ESXi om klanten te helpen met NVMe-oF-installatie in een Ethernet-omgeving. Ondersteuning voor NVMe Advance Discovery is toegevoegd, waardoor vSphere het netwerk kan doorzoeken op ondersteunde NVMe-arraycontrollers, wat de installatie vereenvoudigt. NVMe/TCP maakt gebruik van de automatische ontdekkingsmogelijkheden die Fibre Channel vanaf het begin ondersteunt.

De vier pijlers die digitale transformatie stimuleren met Fibre Channel

Autonome SAN's

Het geroezemoes rond autonoom alles wordt redelijk luid. Aangezien we het hebben over SAN's, met name Fibre Channel SAN's, zou dit een uitstekende plaats zijn om te benadrukken hoe de Autonomous SAN werkt zonder in het onkruid verstrikt te raken.

Autonome SAN's zijn essentieel omdat ze grote industrieën zoals de gezondheidszorg, financiën, overheid en verzekeringen ondersteunen. Fibre Channel SAN's worden in deze sectoren veel gebruikt vanwege hun inherente betrouwbaarheid en veiligheid.

Een storing of downtime in deze kritieke industrieën kan catastrofaal zijn. Afhankelijk van de duur kan een storing leiden tot honderdduizenden of miljoenen dollars aan gederfde inkomsten. In de gezondheidszorg kan een storing leiden tot vertraging van een procedure of het onvermogen om hulpdiensten uit te voeren. Met dit in het achterhoofd blijft de brancheorganisatie voor Fibre Channel streven naar verbeteringen op het gebied van betrouwbaarheid en beschikbaarheid.

Om te voldoen aan de eisen van het moderne datacenter en geavanceerde toepassingen, configureren industrieën apparaten om taken uit te voeren die oorspronkelijk niet bedoeld waren. Het is niet genoeg om intelligente apparaten te hebben. Tegenwoordig is het noodzakelijk om een geïnstalleerde basis te hebben die op de hoogte is van alles eromheen. Dit wordt 'collaborative intelligence' genoemd, waarbij apparaten niet alleen op de hoogte zijn van activiteiten die plaatsvinden, maar ook de mogelijkheid hebben om actie te ondernemen wanneer dat nodig is.

De eerste fase van de autonome SAN-inspanning is het ontwikkelen van een architectuurelement genaamd Fabric Performance Impact Notifications (FPIN's). Fabric Notifications creëert een mechanisme om apparaten in het netwerk op de hoogte te stellen van gebeurtenissen die plaatsvinden in de fabric, wat zal helpen bij het nemen van veerkrachtbeslissingen. Er kunnen twee soorten foutcondities optreden. Logische fouten kunnen vaak worden hersteld door opnieuw te proberen of logische reset en zijn relatief niet storend voor het systeem. Aan de andere kant vereisen fysieke fouten vaak dezelfde soort interventie om de reparatie te voltooien. Intermitterende fouten zijn moeilijker op te lossen en kunnen tijdrovend zijn.

Met Fabric Notifications detecteert de fabric (of het eindapparaat) het intermitterende fysieke probleem, controleert of de fout aanhoudt en genereert zo ja, een bericht dat wordt verzonden naar de apparaten die door de gebeurtenis worden getroffen. Met deze informatie kent de multipath-oplossing de locatie en de aard van de fysieke fout en kan deze "omzeilen". De IT-beheerder hoeft zich niet bezig te houden met het identificeren, isoleren of initiëren van herstelopdrachten om de fout te verhelpen.

Al deze mechanismen worden bestuurd door de eindapparaten door middel van uitwisseling van mogelijkheden en registratie van bewerkingen. Fibre Channel-switches in de fabric hebben de zichtbaarheid van andere fabric-componenten waardoor ze informatie kunnen verzamelen over het opslagnetwerk, aangesloten apparaten en de algehele infrastructuur. Deze schakelaars wisselen die informatie uit over de hele structuur, waardoor een echte visie ontstaat van het autonome SAN voor zelflerend, zelfoptimaliserend en zelfherstellend.

Fabric-meldingen leveren uiteindelijk intelligentie aan de apparaten in de fabric om verspilde energie te voorkomen bij het oplossen van problemen, het analyseren en oplossen van problemen die automatisch worden opgelost door apparaten die problemen corrigeren die van invloed zijn op de prestaties en storingen.

VMware heeft de basis gelegd voor het leveren van een intelligent en zelfsturend SAN met het proces om waarschuwingen voor FC-fabricgebeurtenissen te ontvangen, weer te geven en in te schakelen met behulp van Fabric Performance Impact Notification (FPIN), een industriestandaard technologie.

De FPIN is een meldingsframe dat wordt verzonden door een fabric-poort om een eindapparaat op de hoogte te stellen van een toestand voor een andere poort in zijn zone. De voorwaarden houden het volgende in:

Linkintegriteitsproblemen die de prestaties verminderen
Dropped frame-meldingen
Congestie problemen

Met een proactief meldingsmechanisme kunnen poortproblemen snel worden opgelost en kunnen herstelacties worden ingesteld om downtime te beperken.

Afbeelding 1: vSphere 8.0 met Marvell QLogic FC registreert zich voor en ontvangt fabric-meldingen die wijzen op overabonnement in het SAN

Afbeelding 2: vSphere 8.0 met Marvell QLogic FC registreert en ontvangt fabric-meldingen die een verslechterende linkintegriteit aangeven.

Marvell QLogic Enhanced 16GFC, Enhanced 32GFC en 64GFC HBA's zijn volledig geïntegreerd in vSphere 8.0 en ondersteunen fabric-meldingentechnologie die dient als bouwsteen voor autonome SAN's.

Productiviteit met vVols

VMware heeft zich de laatste paar vSphere-releases gericht op vVols. Met vSphere 8.0 voegde core storage alleen vVols-ondersteuning toe voor NVMe-oF met FC-NVMe-ondersteuning in de eerste release. VMware blijft echter andere protocollen valideren en ondersteunen die worden ondersteund door vSphere NVMe-oF. Het nieuwe vVols Spec, VASA/VC-framework is te vinden hier.

Nu de industrie en veel array-leveranciers NVMe-oF-ondersteuning toevoegden voor verbeterde prestaties en lagere latentie, wilde VMware ervoor zorgen dat vVols up-to-date bleef met recente opslagtechnologieën.

Naast de verbeterde prestaties is de installatie van NVMe-oF vVols vereenvoudigd. Zodra VASA is geregistreerd, wordt de onderliggende installatie op de achtergrond voltooid en hoeft u alleen nog de datastore aan te maken. VASA verwerkt alle virtuele Protocol Endpoints (vPE's) verbindingen. Klanten kunnen nu NVMe-oF-opslagarrays in een vVols-datastore beheren via beheer op basis van opslagbeleid in vCenter. vSphere 8 heeft ook ondersteuning toegevoegd voor extra naamruimten en paden en verbeterde vMotion-prestaties.

Virtuele machines volgen met VM-ID-technologie

Servervirtualisatie is de katalysator geweest voor het toegenomen delen van links, zoals blijkt uit Fibre Channel. Met het groeiende aantal virtuele machines (VM's) binnen het datacenter, transporteren gedeelde links gegevens die zijn gekoppeld aan CPU-kernen, geheugen en andere systeembronnen, waarbij gebruik wordt gemaakt van de maximaal beschikbare bandbreedte. Gegevens die vanaf elke VM en andere fysieke systemen worden verzonden, raken vermengd. Die gegevens volgen hetzelfde pad als Storage Area Network (SAN)-verkeer, dus het ziet er allemaal hetzelfde uit en kan niet worden gezien als afzonderlijke gegevensstromen.

Door gebruik te maken van Marvell QLogic's VM-ID (een end-to-end oplossing die gebruikmaakt van frame-tagging om de verschillende VM's en hun I/O-stromen over het SAN te associëren) is het mogelijk om elke VM op een gedeelde link te ontcijferen. QLogic heeft deze mogelijkheid ingeschakeld op hun nieuwste 64GFC, Enhanced 32GFC en Enhanced 16GFC Host Bus Adapters (HBA's). Deze technologie heeft een ingebouwde Application Services-monitor, die de wereldwijd unieke ID van VMware ESX verzamelt. Vervolgens kan het de verschillende ID's van elke VM interpreteren om intelligente monitoring uit te voeren.

VM-ID brengt een visie op diep niveau voor de I/O van de oorspronkelijke VM door de fabric, waardoor SAN-beheerders de mogelijkheid hebben om services op applicatieniveau te controleren en te sturen naar elke virtuele workload binnen een QLogic Fibre Channel HBA.

Afbeelding 3: Brocade-engine voor switchanalyse kan nu statistieken per VM weergeven door de Fibre Channel-frames te tellen die zijn getagd met individuele VM-ID door de Marvell Fibre Channel HBA.

Prestaties verbeteren met 64GFC

Er zijn vorderingen gemaakt op het gebied van Fibre Channel sinds het protocol voor het eerst werd gestart in 1988. De eerste FC SAN-producten, 1Gb FC, werden in 1997 op de markt gebracht en de evolutie gaat vandaag door, met 128Gb-producten in het verschiet.

Elke drie tot vier jaar verdubbelen FC-snelheden. Naast de verbeterde prestaties zijn er nieuwe services toegevoegd, zoals Fabric Services, StorFusion™ met Universal SAN Congestion Mitigation, NPIV (Virtualization) en Cloud-services. Netwerkbedrijven en OEM's werken mee aan de ontwikkeling van deze standaarden en blijven samenwerken om betrouwbare en schaalbare opslagnetwerkproducten te leveren.

Fibre Channel wordt beschouwd als de meest betrouwbare oplossing voor opslagconnectiviteit op de markt, met een erfenis voor het leveren van progressieve verbeteringen. Server- en opslagtechnologieën stuwen de vraag naar grotere SAN-bandbreedte. Applicatie- en opslagcapaciteit, 32 Gb en 64 Gb opslagarrays die SSD's en NVMe ondersteunen, servervirtualisatie en multi-cloud-implementaties bewijzen dat Fibre Channels de moeite waard zijn, omdat het een hogere doorvoer, lagere latentie en hogere verbindingssnelheden biedt, allemaal met voorspelbare prestaties.

Marvell heeft onlangs de introductie aangekondigd van zijn geheel nieuwe 64GFC HBA's. Deze omvatten de QLE2870-serie van single-, dual- en quad-port FC HBA's die de beschikbare bandbreedte verdubbelen, werken op een snellere PCIe 4.0-bus en tegelijkertijd FC en FC-NVMe ondersteunen, ideaal voor toekomstbestendige missiekritieke ondernemingen toepassingen.

NVMe levert!

Het lijdt geen twijfel dat NVMe-apparaten extreem snelle lees- en schrijftoegang bieden. Dus de discussie gaat over het verbinden van deze NVMe-apparaten met hogesnelheidsnetwerken zonder te bedenken dat dit nog steeds opslagapparaten zijn die een gegarandeerde levering vereisen. De technologie die is ontwikkeld als een lossless leveringsmethode is Fibre Channel. In tal van tests door marktleiders presteerden NVMe-oF en NVMe/FC beter wanneer de onderliggende technologie Fibre Channel was.

Flash-arrays zorgen voor snellere blokopslagprestaties in gevirtualiseerde workloads met hoge dichtheid en verminderen de data-intensieve responstijd van applicaties. Dit ziet er allemaal redelijk goed uit, tenzij de netwerkinfrastructuur niet op hetzelfde niveau kan presteren als de flash-opslagarrays.

Flash-gebaseerde opslag vereist een deterministische infrastructuur met lage latentie. Andere storage-netwerkarchitecturen verhogen vaak de latentie, waardoor knelpunten en netwerkcongestie ontstaan. Wanneer dit gebeurt, moeten er meer pakketten worden verzonden, waardoor er nog meer congestie ontstaat. Met de op krediet gebaseerde stroomregeling van Channel kunnen gegevens net zo snel worden afgeleverd als de bestemmingsbuffer deze kan ontvangen, waarbij pakketten worden verwijderd of hertransmissie wordt geforceerd.

We hebben eerder dit jaar een diepgaande review geplaatst over de FC-NVMe-aanpak van Marvell. Bekijk voor meer informatie Marvell verdubbelt op FC-NVMe.

Kernfuncties voor NVMe-opslag voor het eerst geïntroduceerd in vSphere 7.0

Een VMware-blog beschreef NVMe over Fabrics (NVMe-oF) als een protocolspecificatie die hosts verbindt met high-speed flash-opslag via netwerkfabrics met behulp van het NVMe-protocol. VMware introduceerde NVMe-oF in vSphere 7 U1. De VMware-blog gaf aan dat benchmarkresultaten aantoonden dat Fibre Channel (FC-NVMe) consequent beter presteerde dan SCSI FCP in gevirtualiseerde vSphere-omgevingen, met hogere doorvoer en lagere latentie. Ondersteuning voor NVMe via TCP/IP is toegevoegd aan vSphere 7.0 U3.

Op basis van de groeiende acceptatie van NVMe heeft VMware ondersteuning toegevoegd voor gedeelde NVMe-opslag met behulp van NVMe-oF. Gezien de inherente lage latentie en hoge doorvoer, profiteren industrieën van NVMe voor AI-, ML- en IT-workloads. Doorgaans gebruikte NVMe een lokale PCIe-bus, waardoor het moeilijk was om verbinding te maken met een externe array. In die tijd was de branche bezig met het bevorderen van externe connectiviteitsopties voor NVMe-oF op basis van IP en FC.

In vSphere 7 heeft VMware ondersteuning toegevoegd voor gedeelde NVMe-opslag met behulp van NVMe-oF met NVMe over FC en NVMe over RDMA.

Fabrics blijven hogere snelheden bieden met behoud van de verliesloze, gegarandeerde levering die vereist is voor storage area networks. vSphere 8.0 ondersteunt 64GFC, de hoogste FC-snelheid tot nu toe.

vSphere 8.0 bevordert zijn NVMe-focus en geeft prioriteit aan Fibre Channel

vVols was de belangrijkste focus van VMware storage engineering voor de laatste paar releases, en met vSphere 8.0 heeft core storage vVols-ondersteuning toegevoegd in NVMe-oF. In eerste instantie zal VMware alleen FC ondersteunen, maar zal andere NVMe-oF-protocollen blijven valideren en ondersteunen.

Dit is een nieuw vVols Spec, VASA/VC-framework. Ga voor meer informatie naar VASA 4.0/vVols 3.0 om details van deze nieuwe vVols-specificatie te bekijken.

vSphere 8 blijft functies en verbeteringen toevoegen en heeft onlangs de ondersteunde naamruimten verhoogd tot 256 en paden naar 2K voor NVMe-FC en TCP. Een andere functie, ondersteuning van reserveringsopdrachten voor NVMe-apparaten, is toegevoegd aan vSphere. Met reserveringsopdrachten kunnen klanten Clustered VMDK-mogelijkheden gebruiken met Microsoft WSFC met NVMe-oF Datastores.

Eenvoudig in te stellen en eenvoudig te beheren!

Fibre Channel heeft nog een ingebouwde efficiëntie: automatische detectie. Wanneer een FC-apparaat op het netwerk is aangesloten, wordt het automatisch gedetecteerd en aan de structuur toegevoegd als het over de benodigde referenties beschikt. De knooppuntkaart wordt bijgewerkt en verkeer kan over de glasvezel gaan. Het is een eenvoudig proces zonder tussenkomst van een beheerder.

Er is meer overhead bij het implementeren van NVMe/TCP. Omdat NVMe/TCP geen auto-discovery-mechanisme heeft, heeft ESXi NVMe Discovery Service-ondersteuning toegevoegd. Geavanceerde NVMe-oF Discovery Service-ondersteuning in ESXi maakt dynamische ontdekking mogelijk van NVMe Discovery Service die voldoet aan de standaarden. ESXi gebruikt de mDNS/DNS-SD-service om informatie te verkrijgen, zoals het IP-adres en het poortnummer van actieve NVMe-oF-ontdekkingsservices op het netwerk. ESXi verzendt een multicast DNS (mDNS)-query waarin informatie wordt opgevraagd bij entiteiten die (NVMe) Discovery Service (DNS-SD) leveren. Als zo'n entiteit actief is op het netwerk (waarop de query is verzonden), stuurt het een (unicast) antwoord naar de host met de gevraagde informatie, dwz het IP-adres en het poortnummer waarop de service draait.

Conclusie

Fibre Channel is speciaal gebouwd om blokopslag te vervoeren, en zoals in dit artikel wordt beschreven, is het een verliesvrije, hoogwaardige en betrouwbare structuur met lage latentie. Voor alle duidelijkheid: er wordt hard gewerkt aan het verbeteren van het gebruik van TCP voor opslagverkeer via een aantal belangrijke hogesnelheidsnetwerken. Maar het feit blijft dat TCP geen verliesloos netwerk is en dat de doorgifte van gegevens nog steeds een punt van zorg is.

Marvell FC-productfamilie

Dit rapport is gesponsord door Marvell. Alle standpunten en meningen in dit rapport zijn gebaseerd op onze onbevooroordeelde kijk op het (de) product(en) in kwestie.

Neem contact op met StorageReview