Met name beslissingsondersteunende applicaties vereisen opslagsystemen met een nieuw, hoger niveau van schaalbaarheid. Fibre Channel biedt in vergelijking met scsi (small computer system interface) een sterk uitgebreide connectiviteit en maakt zeer snelle netwerken van onderling communicerende opslagapparaten mogelijk, aldus een medewerker van Compaq Computer.
In 1997 is de gemiddelde opslagcapaciteit van op Intel-processoren gebaseerde servers verdubbeld en voor dit jaar wordt minstens eenzelfde groei verwacht. Een van de belangrijkste factoren is de groei van het aantal gebruikers die informatie binnen een toepassing zoals Lotus Notes met elkaar delen. Verder dragen e-mailprogramma’s en webservers eveneens bij aan de sterke toename van de opslagcapaciteit. Een andere factor vormt de toename van de gemiddelde bestandsgrootte en de omvang van de databases waar deze applicaties hun informatie in opslaan. Het is bijzonder aantrekkelijk om e-mails te voorzien van afbeeldingen, presentaties, geluidsfragmenten en digitale video. Maar dat betekent ook dat er veel meer schijfruimte nodig is om al deze informatie op te slaan. Voor ‘kenniswerkers’ zijn dit bedrijfskritische applicaties, waarbij alle informatie permanent en met minimale responstijden ter beschikking dient te staan. Traditionele bedrijfskritische toepassingen bevinden zich veelal in een migratieproces van mainframe-omgevingen naar client/server-netwerken. Ook dit proces draagt aanzienlijk bij aan de toenemende informatiestroom. Aan automatiseerders de zware taak om ervoor te zorgen dat al deze informatie permanent beschikbaar is en tevens dat het beheer en de backup-voorziening optimaal functioneren.
Geringe meerprijs
Om in al deze behoeften te kunnen voorzien, werken leveranciers van client/server-opslagsystemen aan een nieuwe standaard voor hogesnelheidscommunicatie, Fibre Channel genaamd. Momenteel heeft ongeveer tweederde van het aantal leveranciers van opslagsystemen Fibre Channel-producten in ontwikkeling. De huidige standaard voor communicatie tussen computersystemen en opslagschijven is scsi (small computer system interface), en deze standaard zal vanwege de prijs/prestatieverhouding veelvuldig toegepast blijven worden. Het is niet eenvoudig om op basis van prijs alleen een goede vergelijking te maken tussen scsi en Fibre Channel, omdat leveranciers van Fibre Channel-producten ook veelal nieuwe functies en componenten toevoegen die in de scsi-wereld niet voorhanden zijn. Voorbeelden hiervan zijn apparaten voor het converteren van optische naar elektrische signalen en Fibre-Channel-hubs. Sommige elektronische onderdelen die voor Fibre Channel nodig zijn, kosten meer vanwege de nog jonge technologie, de geringe volumes en de toegenomen functionaliteit in vergelijking met scsi.
Het zal duidelijk zijn dat leveranciers die reeds aan de bovenkant van de markt opereren in termen van guldens per megabyte, Fibre Channel zullen aanbieden tegen een geringe meerprijs in vergelijking met hun hoog geprijsde scsi-producten. Leveranciers die met hun prijzen dichter bij de werkelijke kostprijs zitten – aan de onderkant van de markt en in het middensegment – zullen echter voor Fibre Channel aanzienlijk hogere prijzen vragen, omdat zij daarvoor meer kosten moeten maken. Naar verwachting zullen Fibre Channel-opslagsystemen worden ingezet op het moment dat scsi-opslagsystemen niet meer voldoen. Pas wanneer het verkoopvolume stijgt, zullen de prijzen dalen en Fibre Channel-opslagsystemen de rol van scsi gaan overnemen.
Tot 100 MB per seconde
Fibre Channel is het resultaat van het werk van het Ansi X3T11-comité en is opgezet als een transportmechanisme van de volgende generatie. Dat is in staat de protocollen die nu in gebruik zijn te ondersteunen, zoals scsi, Internet Protocol (IP), Hippi en IPI. De vijf lagen van de Fibre Channel-architectuur voorzien in een fysieke laag, een coderings- en decoderingsschema, een ‘framing’- protocol, algemene diensten en de ondersteuning van channel- en netwerkprotocollen.
Fibre Channel maakt gebruik van dezelfde fysieke media als Gigabit Ethernet, te weten koper of glasvezel. Zowel Fibre Channel als Gigabit Ethernet bieden overdrachtssnelheden tot 100 MB per seconde. De wijze waarop beide worden gekoppeld is echter verschillend en vereist ook verschillende elektronica. Zo kunnen ze niet gebruikmaken van dezelfde hubs, switches en controllers. Beide zijn ontworpen voor andere toepassingen, de ene voor communicatienetwerken en de ander voor een opslagnetwerk met minimale vertragingen. Vandaar dat Gigabit-Ethernet-netwerken en Fibre Channel-opslagnetwerken naar verwachting niet naar elkaar zullen toegroeien.
Glasvezelverbindingen maken kabellengten mogelijk tot 500 meter met ‘multimode’ vezel en tot 10 kilometer met ‘single mode’ vezel. Standaardconnectoren, bijvoorbeeld volgens de elektro-optische Gbic-standaard die wordt ondersteund door Compaq, Sun Vixel en anderen, garanderen dat apparatuur van verschillende leveranciers kan worden gekoppeld met dezelfde ‘hot pluggable’ connector. Door meerdere fysieke media te ondersteunen zijn gebruikers niet langer gebonden aan de drie meter kabellengte van ‘single ended’ scsi. Hierdoor wordt het ook mogelijk met gespiegelde opslagconfiguraties kopieën van data in verschillende gebouwen te plaatsen. Dit maakt het niet langer nodig om hiervoor een van de huidige, veel duurdere oplossingen te kiezen. Bovendien is het dan ook eenvoudiger om opslag fysiek te consolideren, zelfs als de servers zich in verschillende hoeken van het rekencentrum of zelfs in verschillende kantoren bevinden.
Topologie-onafhankelijk
Een ander voordeel van Fibre Channel is de onafhankelijkheid van de topologie. Tot de mogelijke topologieën behoren ‘point-to-point’, ‘crosspoint switched’ en ‘arbitrated loop’. De keuze voor een bepaalde topologie zal gebaseerd zijn op prestatievereisten, opties voor de behuizing en vereisten ten aanzien van de capaciteit en schaalbaarheid. Naar verwachting zullen opslagoplossingen voornamelijk de FC-AL-topologie (Fibre Channel Arbitrated Loop) implementeren, en vervolgens switches toepassen op het moment dat de behoefte aan bandbreedte toeneemt en Fibre Channel switches op de markt verschijnen. Veel FC-AL-implementaties, waaronder het Fibre Channel Storage System van Compaq, bestaan uit een Fibre Channel opslag-hub, tussen de servers en de opslagapparatuur. Deze module maakt ster-bekabelingen mogelijk, terwijl de logische loop tussen de aangesloten apparatuur gehandhaafd blijft. Met de FC-AL-topologie zijn maximaal 127 apparaten aan te sluiten in een ‘single loop’. In de praktijk zullen configuraties echter met minder apparaten werken vanwege beperkingen van de slots en de wens om de prestaties zo hoog mogelijk te houden. Hoewel de aangesloten apparaten onderling kunnen communiceren via elk van de bovengenoemde protocollen, zullen in veel implementaties scsi-commando’s ‘bovenop’ het Fibre Channel-transport worden gebruikt. Dit vanwege de grote hoeveelheid bestaande apparatuur die met scsi werkt. Tot de apparatuur die op deze loop kan worden aangesloten, behoren harde schijven, ‘array controllers’ met daarop aangesloten schijfeenheden, tape-backup-eenheden, hubs, switches en servers.
Deze in vergelijking met scsi sterk uitgebreide connectiviteit stelt gebruikers in staat om opslagnetwerken te bouwen – zeer snelle netwerken van onderling communicerende opslagapparaten. De backbones voor opslag en die voor communicatie zullen zich van elkaar onderscheiden door het verschil in toepassing, de snelheid en het gebruik van protocollen met geringe vertraging. Gigabit Ethernet-implementaties zullen gebruik blijven maken van csma/cd (carrier-sense multiple-access/collision detection) om het netwerkgebruik tussen clients te reguleren. Ze zijn niet geoptimaliseerd voor opslagtoepassingen waaraan eisen worden gesteld als geringe vertraging en hoge betrouwbaarheid. De voordelen van een afzonderlijke backbone voor opslagtoepassingen, is dat het communicatienetwerk niet wordt belast door het verkeer tussen opslagapparatuur en de computersystemen en, omgekeerd, dat elke backbone te optimaliseren is voor het specifieke doel waarvoor deze dient.
Fibre Channel is echter geen applicatie-specifieke technologie. Net als scsi is het voor een breed scala aan applicaties in te zetten, en het is de verwachting dat het na de gebruikelijke introductiefase overal zal worden toegepast. Fibre Channel maakt ook nieuwe toepassingen mogelijk. Voor sommige omgevingen en applicaties zal het de beste keuze zijn en de mogelijke hoge kosten in het begin rechtvaardigen.
Hieronder volgt een beschrijving van een aantal zakelijke toepassingen. Specialistische toepassingen van Fibre Channel, zoals video, blijven buiten beschouwing.
Veel opslagcapaciteit
De applicaties die de vraag naar meer opslagcapaciteit sterk doen stijgen zijn ondermeer data marts, groupware zoals Lotus Notes, webservers, e-mailservers en database-applicaties. Tegelijk met de implementatie van dergelijke toepassingen gaan veel grote organisaties over tot consolidatie van honderden kleine servers die in de organisatie verspreid staan. Hiervoor wordt een aantal grote servers gebruikt op afdelingsniveau of in het rekencentrum. Dit is zelfs van invloed op gewone ‘file & print’-servers. De consolidatie leidt niet zelden tot het bouwen van servers met honderden gigabytes opslagcapaciteit die kunnen voorzien in de ‘file & print’-services voor duizenden clients. Voor dergelijke toepassingen, die een zeer hoge capaciteit vereisen, biedt Fibre Channel specifieke voordelen. De meeste servers die momenteel in gebruik zijn, bieden nog geen honderden gigabytes opslagruimte. Gezien de sterke groei van dit soort applicaties zal dat in de toekomst ongetwijfeld wel het geval zijn. Met name beslissingsondersteunende applicaties vereisen opslagsystemen met een nieuw, hoger niveau van schaalbaarheid. Dat is het gevolg van de snelle toename van historische informatie en functies die gebruikers in staat stellen om meerdere versies van hun analyses op te slaan. Een veel geciteerd advies bij de implementatie van data marts is dan ook: ‘plan driemaal zoveel opslagcapaciteit als u denkt nodig te hebben’.
De koppelingsmogelijkheden en de snelheid van Fibre Channel maken configuraties mogelijk met meer dan 3 terabyte opslagcapaciteit, op basis van 9 GB-schijven, 6 PCI slots en een standaard Intel x86-server. Gebruikers kunnen beginnen met configuraties vanaf 50 GB. Dit betekent dat het groeipad naar opslagsystemen met een capaciteit van meerdere terabytes eenvoudiger en goedkoper wordt. Bovendien zijn er niet langer tientallen kabels en serverslots nodig om een aansluiting te realiseren op een server met meerdere terabytes aan opslagruimte.
Sommige leveranciers hebben de beperkingen van scsi omzeild door grote externe controllers te bouwen met zeer veel scsi-connectoren voor het aansluiten van schijven. In dergelijke architecturen kan de controller de bottleneck worden.
Deze leveranciers compenseren dit door extra verwerkingskracht en grote hoeveelheden cache aan de controller toe te voegen, waardoor de totale systeemkosten omhooggaan. Dit leidt tot een hoge aanschafprijs. Fibre Channel heeft geen grote, monolithische controller nodig waardoor goedkopere en efficiëntere modulaire en schaalbare componenten zijn toe te passen. Het is bovendien niet nodig om speciale Fibre Channel harde schijven toe te passen. Een Fibre Channel-verbinding tussen host en opslagsubsysteem volstaat en de investeringen in scsi-schijven blijven behouden.
Clustering
Op dezelfde wijze als Fibre Channel de opslagconnectiviteit uitbreidt, wordt ook de serverconnectiviteit verbeterd. FC-AL-hardware maakt het mogelijk meerdere servers te koppelen aan een opslagnetwerk in een clusteropstelling, waardoor de beschikbaarheid sterk toeneemt. In de industriestandaard ‘server-wereld’ zullen hardwareleveranciers en hun softwarepartners intensief samenwerken om hun onderdelen van de oplossing te integreren. In eerste instantie zal de focus liggen op het op de markt brengen van Fibre Channel-opslagsystemen die werken met Microsoft Windows NT 4.0 Enterprise Edition Cluster Server (ook bekend onder codenaam Wolfpack), dat momenteel een ‘2 node failover’ cluster is. De architectuur van Fibre Channel maakt het mogelijk om via een hub of een switch meerdere servers en opslagsystemen te koppelen aan dezelfde loop. Op het moment dat Microsoft NT-clustervoorzieningen op de markt brengt voor meerdere nodes, of dat gebruikers Unix-clusters toepassen met meerdere nodes, is deze mogelijkheid zeer belangrijk. Het is echter onvermijdelijk dat met de release van elk nieuw besturingssysteem de integratie van een zeer complex besturingssysteem en een zeer complex opslagnetwerk eerst moet worden voltooid. Dat vergt een vergaande samenwerking tussen de leverancier van het opslagsysteem, de leverancier van de server en de leverancier van het besturingssysteem.
Transactieomgevingen
In online transaction processing-omgevingen (oltp) is disk-I/O vaak de bepalende factor voor de prestaties. Het kan voorkomen dat het disk-subsysteem een bottleneck wordt. Dat gebeurt meestal door het toevoegen van extra harde schijven en meer verwerkingskracht binnen het subsysteem. De connectiviteit van Fibre Channel maakt het mogelijk veel meer schijven en opslagcontrollers aan te sluiten op enkelvoudige servers of op serverclusters. Hierdoor kunnen de I/O-prestaties verder toenemen – meer dan voorheen mogelijk was. Bij servers met een beperkt aantal uitbreidingsslots zorgt Fibre Channel ervoor dat deze optimaal kunnen worden gebruikt.
De Fibre Channel-interface kan worden geïmplementeerd als een verbinding (‘interconnect’) tussen server en opslagbehuizing, of binnen de behuizing om de harde schijven te koppelen. Naar verwachting zullen de komende twee jaar de meeste op Fibre Channel gebaseerde opslagapparatuur de server/opslag-verbinding implementeren. De reden hiervoor is dat de voordelen van Fibre Channel te realiseren zijn zonder gebruik te maken van Fibre- Channel harde schijven. Bovendien zullen veel leveranciers met producten willen komen die de bestaande investeringen in harde schijven volgens scsi beschermen. Veel via glasvezel gekoppelde opslag-subsystemen maken het mogelijk de schijven uit scsi-gekoppelde opslagsystemen over te zetten naar de Fibre Channel-systemen, meestal met een eenvoudige back-up en restore-procedure. Zo’n back-up is overigens sterk aan te bevelen, ongeacht wat de leverancier van het opslagsysteem hierover claimt. Verder zijn scsi-harde-schijven vooralsnog goedkoper en eenvoudiger verkrijgbaar, omdat ze door meerdere leveranciers in grote aantallen worden geproduceerd.
Er is momenteel slechts één producent van de zeer prijzige Fibre Channel-schijven. Waarschijnlijk zullen tegen het eind van 1998 meer leveranciers dergelijke schijven op de markt brengen. Als gevolg daarvan zullen de prijzen dalen, en zullen ze vaker worden toepast. Fibre Channel-schijven zijn niet compatibel met scsi-behuizingen, terwijl scsi-schijven niet gebruikt kunnen worden met Fibre Channel-backplanes en -behuizingen.
Schaalbaar
Vanuit technisch perspectief biedt Fibre Channel interessante mogelijkheden: hogere overdrachtsnelheden, betere connectiviteit, en eenvoudigere en langere bekabeling. De voordelen voor de gebruiker die opslag-backbones bouwt op basis van Fibre Channel zijn groot. De opslagcapaciteit is schaalbaar van enkele gigabytes tot meerdere terabytes, zonder dat opnieuw hoeft te worden begonnen met volledig nieuwe apparatuur. Back-ups kunnen op hoge snelheid plaatsvinden tussen disk en tape via de opslag-backbone. Verder is de flexibiliteit toegenomen met betrekking tot de locatie van de opslagsystemen, backup-apparatuur en servers, waardoor gecentraliseerd back-up en beheer veel eenvoudiger is.
Meer informatie over de Fibre Channel-standaard is op Internet te vinden bij de Fibre Channel Association (http://www.fibrechannel.com) en de Fibre Channel Loop Community (http://www.fcloop.org).
Richard Meijer, product manager enterprise storage, Compaq Computer.
