Duże centra danych są wypełnione serwerami, pamięciami masowymi, przełącznikami i innym sprzętem, starając się nadążać za najnowszymi trendami technologicznymi. Spośród wszystkich zmian zachodzących w centrach danych, jedna technologia nadal jest kluczowa dla łączności pamięci masowej. Fibre Channel od wielu lat jest filarem centrów danych ze względu na niezawodność i bezpieczeństwo. Jednak nie jest to jedyny wybór dla rynku korporacyjnego. Wielu dostawców sprzętu i oprogramowania koncentruje swoje testy na Fibre Channel, aby upewnić się, że produkty są gotowe do użycia przed wysyłką do klientów.
Dell PowerStore z Fibre Channel
Dostawcy pamięci masowej i przełączników nieustannie dodają nowe funkcje i ulepszenia do Fibre Channel, a twórcy oprogramowania testują funkcjonalność Fibre Channel przed udostępnieniem aktualizacji oprogramowania szerszemu gronu użytkowników. Fibre Channel jest nadal dominującą technologią SAN w dużych centrach danych. Większość klientów VMware korzysta z Fibre Channel, aby wykorzystać ciągłe innowacje oraz obecną niezawodność, odporność, bezpieczeństwo i szybkość.
VMware stawia na Fibre Channel, a Marvell wyznacza trendy
Jeśli pojawiły się jakiekolwiek wątpliwości dotyczące znaczenia i wagi technologii Fibre Channel, VMware rozwiewa te wątpliwości, nadając priorytet testom nowych wersji z wykorzystaniem Fibre Channel. Wśród wszystkich najnowszych zapowiedzi na konferencji VMware Explore, vSphere 8 był najciekawszy. VMware kontynuowało prace nad inżynierią pamięci masowej vVols i dodało obsługę vVols w NVMe-oF.
Marvell QLogic QLE2772 Dwuportowy adapter FC 32 Gb
Jak podano na stronie VMware: „Początkowo będziemy obsługiwać tylko protokół Fibre Channel, ale będziemy nadal weryfikować i wspierać inne protokoły obsługiwane przez vSphere NVMe-oF”. W VMware panuje konsensus, że klienci mogą przechodzić na NVMe-oF, iSCSI i Ethernet 100G, ale protokół Fibre Channel jest preferowany w przypadku aplikacji o wysokiej wydajności i krytycznych. Dlatego Fibre Channel nadal będzie liderem postępu technologicznego w vSphere. Pomimo przejścia na inne technologie, VMware nie przewiduje spadku popytu na Fibre Channel.
I nie dotyczy to tylko VMware. W obliczu całego szumu wokół automatyzacji, uczenia maszynowego i DevOps, Fibre Channel wciąż jest priorytetem dla większości specjalistów IT. Ze względu na swoją niezawodność, bezpieczeństwo i niskie opóźnienia, sieci SAN Fabric mają kluczowe znaczenie dla branż takich jak opieka zdrowotna, finanse, produkcja, ubezpieczenia i administracja publiczna. Oczywiście technologia Fibre Channel nie stoi w miejscu i stale się rozwija – obecnie dostępne są sieci 64G, a dostawcy przełączników progresywnych i kart HBA planują przejście na 128G. Firma Marvell QLogic niezmiennie wykazuje niezrównane przywództwo i innowacyjność w zakresie technologii Fibre Channel.
Istnieje powód, dla którego Fibre Channel jest technologią preferowaną w sieciach pamięci masowej (SAN): po prostu działa. Społeczność dostawców jest silnie zaangażowana we współpracę w celu udoskonalania specyfikacji, aby sprostać zmieniającym się wymaganiom branży. Testy przeprowadzane przez dostawców oprogramowania koncentrują się na interoperacyjności, a także bezpieczeństwie i niezawodności, co jest widoczne w przypadku VMware vSphere 8. Dostawcy są zobowiązani do zapewnienia interoperacyjności z Fibre Channel przed udostępnieniem nowych aktualizacji lub sprzętu w centrum danych.
FC zyskuje wsparcie w vSphere 8, wzmacniając implementację FC-NVMe
Firma VMware wprowadziła kilka kluczowych funkcji w vSphere 8, w tym ulepszenia technologii NVMe-oF (NVMe over Fabrics). Oczywiście, istnieje kilka powodów rosnącej popularności NVMe-oF. Przede wszystkim klienci doceniają wysoką wydajność i przepustowość oferowaną przez NVMe-oF w porównaniu z tradycyjnymi technologiami SCSI i NFS. Dostawcy pamięci masowej przechodzą na macierze NVMe i dodają obsługę technologii FC-NVMe do swoich linii produktów.
Firma VMware poszła za ciosem i wprowadziła znaczące udoskonalenia w vSphere 8, specyficzne dla NVMe-oF, w tym:
- Zwiększona liczba obsługiwanych przestrzeni nazw i ścieżek dla protokołów NVMe-TCP i FC-NVMe. vSphere 8 obsługuje teraz 256 przestrzeni nazw i 2 tys. ścieżek dla protokołów NVMe-TCP i FC-NVMe.
- Rozszerzono obsługę rezerwacji urządzeń NVMe dla klientów korzystających z obsługi klastra trybu failover Microsoft Windows Server (WSFC) w celu blokowania dysków na poziomie aplikacji. Początkowo, tylko w przypadku klastra, umożliwiono klientom korzystanie z funkcji klastrowania VMDK z Microsoft WSFC i magazynami danych NVMe-oF.
- Zaawansowana obsługa usług NVMe/TCP Discovery w ESXi ułatwia klientom konfigurację NVMe-oF w środowisku Ethernet. Dodano obsługę NVMe Advance Discovery, umożliwiając vSphere wyszukiwanie w sieci obsługiwanych kontrolerów macierzy NVMe, co upraszcza konfigurację. NVMe/TCP wykorzystuje funkcje automatycznego wykrywania, które Fibre Channel obsługuje od samego początku.
Cztery filary napędzające transformację cyfrową dzięki Fibre Channel
Autonomiczne sieci SAN
Szum wokół autonomicznych rozwiązań staje się coraz głośniejszy. Skoro mowa o sieciach SAN, a konkretnie o sieciach SAN Fibre Channel, to byłoby doskonałe miejsce, aby pokazać, jak działa autonomiczna sieć SAN, nie zagłębiając się w szczegóły.
Autonomiczne sieci SAN są niezbędne, ponieważ wspierają duże branże, takie jak opieka zdrowotna, finanse, administracja publiczna i ubezpieczenia. Sieci SAN Fibre Channel są szeroko stosowane w tych branżach ze względu na ich niezawodność i bezpieczeństwo.
Awaria lub przestój w tych kluczowych branżach może mieć katastrofalne skutki. W zależności od czasu trwania, awaria może skutkować utratą przychodów rzędu setek tysięcy, a nawet milionów dolarów. W ochronie zdrowia awaria może skutkować opóźnieniem zabiegu lub uniemożliwieniem wykonania czynności ratunkowych. Mając to na uwadze, organizacja zajmująca się standardami branżowymi Fibre Channel nieustannie dąży do poprawy niezawodności i dostępności.
Aby sprostać wymaganiom nowoczesnych centrów danych i zaawansowanych aplikacji, branże konfigurują urządzenia do wykonywania zadań, do których pierwotnie nie były przeznaczone. Samo posiadanie inteligentnych urządzeń nie wystarczy. Obecnie niezbędna jest baza danych, która jest świadoma wszystkiego, co się wokół niej dzieje. Nazywa się to „inteligencją współpracy”, w której urządzenia nie tylko są świadome zachodzących działań, ale także mogą podejmować działania w razie potrzeby.
Pierwszym etapem prac nad autonomiczną siecią SAN jest opracowanie elementu architektury o nazwie Fabric Performance Impact Notifications (FPIN). Fabric Notifications tworzy mechanizm powiadamiania urządzeń w sieci o zdarzeniach występujących w strukturze, co pomaga w podejmowaniu decyzji dotyczących odporności. Mogą wystąpić dwa rodzaje błędów. Błędy logiczne często można naprawić poprzez ponowienie próby lub reset logiczny i nie powodują one zakłóceń w działaniu systemu. Z drugiej strony, błędy fizyczne często wymagają podobnej interwencji, aby zakończyć naprawę. Błędy sporadyczne są trudniejsze do rozwiązania i mogą być czasochłonne.
Dzięki usłudze Fabric Notifications, sieć (lub urządzenie końcowe) wykrywa sporadyczny problem fizyczny, monitoruje go pod kątem jego trwałości i, jeśli tak, generuje komunikat wysyłany do urządzeń, których dotyczy zdarzenie. Dzięki tym informacjom rozwiązanie wielościeżkowe zna lokalizację i charakter błędu fizycznego i może go „ominąć”. Administrator IT nie musi angażować się w identyfikację, izolowanie ani inicjowanie poleceń odzyskiwania w celu usunięcia błędu.
Wszystkie te mechanizmy są kontrolowane przez urządzenia końcowe poprzez wymianę możliwości i rejestrację operacji. Przełączniki Fibre Channel w strukturze mają widoczność innych komponentów struktury, co umożliwia im gromadzenie informacji o sieci pamięci masowej, podłączonych urządzeniach i całej infrastrukturze. Przełączniki te wymieniają te informacje w obrębie struktury, tworząc prawdziwą wizję autonomicznej sieci SAN, umożliwiającą jej samouczenie się, samooptymalizację i samonaprawianie.
Usługa Fabric Notifications ostatecznie dostarcza inteligentne rozwiązania do urządzeń w strukturze, eliminując marnotrawstwo energii na rozwiązywanie problemów, analizę i rozwiązywanie problemów, które są rozwiązywane automatycznie przez urządzenia korygujące problemy wpływające na wydajność i powodujące awarie.
Firma VMware stworzyła podwaliny pod inteligentną i autonomiczną sieć SAN, wykorzystującą proces odbierania, wyświetlania i włączania alertów dotyczących zdarzeń w strukturze FC przy użyciu usługi Fabric Performance Impact Notification (FPIN), będącej standardem branżowym.
FPIN to ramka powiadomień przesyłana przez port sieciowy w celu powiadomienia urządzenia końcowego o stanie innego portu w jego strefie. Warunki obejmują:
- Problemy z integralnością łącza, które pogarszają wydajność
- Powiadomienia o utraconych ramkach
- Problemy z zatorami
Dzięki proaktywnemu mechanizmowi powiadomień problemy z portami można szybko rozwiązać, a także skonfigurować działania naprawcze w celu zminimalizowania przestojów.
Rysunek 1: vSphere 8.0 z Marvell QLogic FC rejestruje się i odbiera powiadomienia o nadsubskrypcji w sieci SAN
Rysunek 2: vSphere 8.0 z Marvell QLogic FC rejestruje się i odbiera powiadomienia o pogarszającej się integralności łącza.
Karty HBA Marvell QLogic Enhanced 16GFC, Enhanced 32GFC i 64GFC są w pełni zintegrowane z rozwiązaniem vSphere 8.0 i obsługują technologię powiadomień strukturalnych, która stanowi element konstrukcyjny autonomicznych sieci SAN.
Produktywność z vVols
Firma VMware skupiła się na vVols w kilku ostatnich wersjach vSphere. W vSphere 8.0, pamięć masowa Core Storage dodała obsługę vVols dla NVMe-oF, a obsługa FC-NVMe pojawiła się tylko w wersji początkowej. VMware będzie jednak nadal weryfikować i wspierać inne protokoły obsługiwane przez vSphere NVMe-oF. Nową specyfikację vVols, framework VASA/VC, można znaleźć tutaj.
Ponieważ branża i wielu dostawców macierzy dodają obsługę standardu NVMe-oF w celu zwiększenia wydajności i zmniejszenia opóźnień, firma VMware chciała upewnić się, że technologia vVols jest zgodna z najnowszymi technologiami pamięci masowej.
Oprócz lepszej wydajności, konfiguracja NVMe-oF vVols została uproszczona. Po zarejestrowaniu VASA, konfiguracja bazowa jest przeprowadzana w tle, a jedyne, co pozostaje do utworzenia, to magazyn danych. VASA obsługuje wszystkie połączenia wirtualnych punktów końcowych protokołu (vPE). Klienci mogą teraz zarządzać macierzami pamięci masowej NVMe-oF w magazynie danych vVols za pomocą zarządzania opartego na regułach pamięci masowej w vCenter. vSphere 8 dodał również obsługę dodatkowych przestrzeni nazw i ścieżek oraz poprawił wydajność vMotion.
Śledzenie maszyn wirtualnych za pomocą technologii VM-ID
Wirtualizacja serwerów stała się katalizatorem wzrostu współdzielenia łączy, o czym świadczy Fibre Channel. Wraz ze wzrostem liczby maszyn wirtualnych (VM) w centrum danych, współdzielone łącza transportują dane związane z rdzeniami procesora, pamięcią i innymi zasobami systemowymi, wykorzystując maksymalną dostępną przepustowość. Dane przesyłane z dowolnej maszyny wirtualnej i innych systemów fizycznych są ze sobą mieszane. Dane te przesyłane są tą samą ścieżką, co ruch w sieci SAN (Storage Area Network), więc wszystkie wydają się takie same i nie można ich postrzegać jako osobnych strumieni danych.
Wykorzystanie technologii VM-ID firmy Marvell QLogic (kompleksowego rozwiązania wykorzystującego tagowanie ramek do kojarzenia różnych maszyn wirtualnych i ich przepływów wejścia/wyjścia w sieci SAN) umożliwia deszyfrowanie każdej maszyny wirtualnej na łączu współdzielonym. Firma QLogic udostępniła tę funkcję w swoich najnowszych adapterach magistrali hosta (HBA) 64GFC, Enhanced 32GFC i Enhanced 16GFC. Technologia ta posiada wbudowany monitor usług aplikacji, który gromadzi globalnie unikatowe identyfikatory z VMware ESX. Następnie może on interpretować różne identyfikatory z każdej maszyny wirtualnej, aby przeprowadzić inteligentne monitorowanie.
Rozwiązanie VM-ID zapewnia dogłębny wgląd w operacje wejścia/wyjścia z oryginalnej maszyny wirtualnej w obrębie struktury, umożliwiając menedżerom sieci SAN kontrolowanie i kierowanie usługami na poziomie aplikacji do każdego obciążenia wirtualnego w ramach karty HBA Fibre Channel firmy QLogic.
Rysunek 3: Mechanizm analityczny przełącznika Brocade może teraz wyświetlać statystyki dotyczące poszczególnych maszyn wirtualnych, zliczając ramki Fibre Channel oznaczone indywidualnymi identyfikatorami maszyn wirtualnych przez kartę HBA Fibre Channel firmy Marvell.
Zwiększanie wydajności dzięki 64GFC
Rozwój protokołu Fibre Channel trwa nieprzerwanie od momentu jego wprowadzenia w 1988 r. Pierwsze produkty FC SAN, 1 Gb FC, trafiły do sprzedaży w 1997 r., a ewolucja trwa do dziś, a na horyzoncie pojawiły się produkty 128 Gb.
Co trzy do czterech lat prędkość transmisji danych podwaja się. Oprócz udoskonaleń w zakresie zwiększonej wydajności, wprowadzono nowe usługi, takie jak Fabric Services, StorFusion™ z funkcją Universal SAN Congestion Mitigation, NPIV (wirtualizacja) oraz usługi chmurowe. Firmy sieciowe i producenci OEM uczestniczą w opracowywaniu tych standardów i kontynuują współpracę, aby dostarczać niezawodne i skalowalne produkty sieciowe do przechowywania danych.
Technologia Fibre Channel jest uważana za najbardziej niezawodne rozwiązanie łączności dla pamięci masowej na rynku, z tradycją ciągłego rozwoju. Technologie serwerowe i pamięci masowej zwiększają zapotrzebowanie na większą przepustowość sieci SAN. Pojemność aplikacji i pamięci masowej, macierze pamięci masowej 32 Gb i 64 Gb obsługujące dyski SSD i NVMe, wirtualizacja serwerów oraz wdrożenia wielochmurowe dowodzą, że technologia Fibre Channel jest warta swojej ceny, ponieważ zapewnia wyższą przepustowość, niższe opóźnienia i większą prędkość łącza – a wszystko to przy przewidywalnej wydajności.
Firma Marvell ogłosiła niedawno wprowadzenie na rynek swoich zupełnie nowych kart HBA 64GFC. Należą do nich karty HBA FC serii QLE2870 z jednym, dwoma i czterema portami, które podwajają dostępną przepustowość, działają na szybszej magistrali PCIe 4.0 i jednocześnie obsługują FC i FC-NVMe, co idealnie nadaje się do zabezpieczania przyszłościowych aplikacji korporacyjnych o znaczeniu krytycznym.
NVMe spełnia oczekiwania!
Nie ulega wątpliwości, że urządzenia NVMe zapewniają niezwykle szybki dostęp do odczytu i zapisu. Dyskusja sprowadza się zatem do podłączania tych urządzeń NVMe do szybkich sieci, nie uwzględniając faktu, że są to nadal urządzenia pamięci masowej, które wymagają gwarantowanego przesyłu danych. Technologia opracowana jako bezstratna metoda przesyłu danych to Fibre Channel. W licznych testach przeprowadzonych przez liderów branży, NVMe-oF i NVMe/FC radziły sobie lepiej, gdy bazową technologią był Fibre Channel.
Macierze flash umożliwiają szybszą wydajność pamięci blokowej w wirtualizowanych obciążeniach o wysokiej gęstości i skracają czas reakcji aplikacji intensywnie przetwarzających dane. Wszystko to wygląda całkiem dobrze, chyba że infrastruktura sieciowa nie może osiągnąć poziomu wydajności macierzy flash.
Pamięć masowa oparta na technologii flash wymaga deterministycznej infrastruktury o niskim opóźnieniu. Inne architektury sieciowe pamięci masowej często zwiększają opóźnienia, tworząc wąskie gardła i przeciążenia sieci. W takim przypadku konieczne jest wysłanie większej liczby pakietów, co powoduje jeszcze większe przeciążenie. Dzięki kontroli przepływu opartej na kredycie kanału, dane mogą być dostarczane tak szybko, jak bufor docelowy jest w stanie je odebrać, z porzucaniem pakietów lub wymuszaniem retransmisji.
Na początku tego roku opublikowaliśmy szczegółową recenzję podejścia Marvell do technologii FC-NVMe. Aby dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z artykułem Marvell Doubles Down on FC-NVMe.
Podstawowe funkcje pamięci masowej NVMe wprowadzone po raz pierwszy w vSphere 7.0
Blog VMware opisał NVMe-oF (NVMe over Fabrics) jako specyfikację protokołu, która łączy hosty z szybką pamięcią masową flash za pośrednictwem struktur sieciowych z wykorzystaniem protokołu NVMe. Firma VMware wprowadziła NVMe-oF w vSphere 7 U1. Blog VMware wskazał, że wyniki testów porównawczych wykazały, że Fibre Channel (FC-NVMe) konsekwentnie przewyższał SCSI FCP w zwirtualizowanych środowiskach vSphere, zapewniając wyższą przepustowość i niższe opóźnienia. Obsługa NVMe over TCP/IP została dodana do vSphere 7.0 U3.
W związku z rosnącą popularnością technologii NVMe, firma VMware dodała obsługę współdzielonej pamięci masowej NVMe za pomocą protokołu NVMe-oF. Ze względu na niskie opóźnienia i wysoką przepustowość, branże wykorzystują technologię NVMe do obsługi zadań związanych ze sztuczną inteligencją, uczeniem maszynowym i IT. Zazwyczaj technologia NVMe korzystała z lokalnej magistrali PCIe, co utrudniało połączenie z macierzą zewnętrzną. W tamtym czasie branża rozwijała zewnętrzne opcje łączności dla technologii NVMe-oF oparte na protokole IP i FC.
W vSphere 7 firma VMware dodała obsługę współdzielonej pamięci masowej NVMe przy użyciu protokołu NVMe-oF z protokołem NVMe over FC i NVMe over RDMA.
Sieci szkieletowe oferują coraz większą prędkość, zachowując jednocześnie bezstratny i gwarantowany poziom dostarczalności wymagany przez sieci SAN. vSphere 8.0 obsługuje 64GFC, najwyższą obecnie prędkość FC.
vSphere 8.0 rozszerza swoją ofertę o technologię NVMe, nadając priorytet technologii Fibre Channel
Technologia vVols była głównym obszarem zainteresowania inżynierów pamięci masowej VMware w ciągu ostatnich kilku wydań, a wraz z vSphere 8.0, podstawowa pamięć masowa została wzbogacona o obsługę vVols w standardzie NVMe-oF. Początkowo VMware będzie obsługiwać tylko protokół FC, ale będzie nadal weryfikować i wspierać inne protokoły NVMe-oF.
To nowa specyfikacja vVols, framework VASA/VC. Aby dowiedzieć się więcej, odwiedź stronę VASA 4.0/vVols 3.0, aby zapoznać się ze szczegółami nowej specyfikacji vVols.
vSphere 8 kontynuuje dodawanie funkcji i udoskonaleń, a ostatnio zwiększyło liczbę obsługiwanych przestrzeni nazw do 256 i ścieżek do 2 tys. dla protokołów NVMe-FC i TCP. Do vSphere dodano również kolejną funkcję – obsługę poleceń rezerwacji dla urządzeń NVMe. Polecenia rezerwacji pozwalają klientom korzystać z możliwości klastrowania VMDK w środowisku Microsoft WSFC z magazynami danych NVMe-oF.
Łatwa konfiguracja i proste zarządzanie!
Fibre Channel ma jeszcze jedną wbudowaną funkcję: automatyczne wykrywanie. Po podłączeniu urządzenia FC do sieci, jest ono automatycznie wykrywane i dodawane do struktury, jeśli posiada niezbędne uprawnienia. Mapa węzłów zostaje zaktualizowana, a ruch może być przesyłany przez światłowód. To prosty proces, niewymagający interwencji administratora.
Implementacja protokołu NVMe/TCP wiąże się z większym obciążeniem. Ponieważ protokół NVMe/TCP nie obsługuje mechanizmu automatycznego wykrywania, system ESXi dodał obsługę usługi NVMe Discovery Service. Zaawansowana obsługa usługi NVMe Discovery Service w systemie ESXi umożliwia dynamiczne wykrywanie zgodnych ze standardami usług NVMe Discovery Service. System ESXi używa usługi mDNS/DNS-SD do uzyskiwania informacji, takich jak adres IP i numer portu aktywnych usług wykrywania NVMe-oF w sieci. System ESXi wysyła zapytanie DNS typu multicast (mDNS) żądające informacji od podmiotów świadczących usługę wykrywania (DNS-SD) (NVMe). Jeśli taki podmiot jest aktywny w sieci (w której wysłano zapytanie), wyśle on odpowiedź (unicast) do hosta zawierającą żądane informacje, tj. adres IP i numer portu, na którym usługa jest uruchomiona.
Wniosek
Technologia Fibre Channel została zaprojektowana specjalnie do obsługi pamięci blokowej i, jak opisano w tym artykule, jest to sieć o niskim opóźnieniu, bezstratnej transmisji, wysokiej wydajności i niezawodności. Należy jasno powiedzieć, że poczyniono postępy w celu usprawnienia wykorzystania protokołu TCP do obsługi ruchu pamięci masowej w niektórych znaczących sieciach o dużej przepustowości. Faktem pozostaje jednak, że TCP nie jest siecią bezstratną, a retransmisja danych nadal stanowi problem.
Niniejszy raport jest sponsorowany przez firmę Marvell. Wszystkie poglądy i opinie wyrażone w niniejszym raporcie opierają się na naszej obiektywnej opinii na temat rozpatrywanego produktu/produktów.
Amazon