FCoE (Fibre Channel over Ethernet)

Wozu dient Fibre Channel over Ethernet?

Traditionell nutzten Unternehmen Ethernet für TCP/IP-Netzwerke wie Local Area Networks (LANs) und Fibre Channel für Storage Area Networks (SANs). Das Fibre-Channel-Protokoll unterstützt Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen zwischen Servern, gemeinsam genutzten Speicherressourcen sowie zwischen Speicher-Controllern und Laufwerken in einem SAN.

FCoE ermöglicht es, Fibre-Channel- und Ethernet-Datenverkehr über dasselbe physische Kabel zu übertragen. Außerdem lassen sich FC- und Ethernet-Datenströme auf derselben Hardware trennen. Dies trägt dazu bei, I/O zu konsolidieren, die Komplexität von Switches zu verringern sowie die Anzahl an Kabeln und Schnittstellenkarten zu reduzieren.

FCoE wird häufig mit iSCSI (Internet Small Computer System Interface) verglichen – einem IP-basierten Speicherstandard. Beide Standards unterscheiden sich jedoch grundlegend. FCoE soll iSCSI nicht ersetzen, sondern die Schaffung eines konvergenten, miteinander verbundenen Fabrics aus Netzwerkgeräten, logischen Verbindungen und physischen Kabeln unterstützen.

Funktionsweise von Fibre Channel over Ethernet

FCoE nutzt ein verlustfreies Ethernet-Fabric und ein eigenes FCoE-Frame-Format. Die Fibre-Channel-Kommunikation zwischen Geräten bleibt erhalten, allerdings werden die FC-Verbindungen durch Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Verbindungen ersetzt.

FCoE erfordert Converged Network Adapter (CNA) oder FCoE-fähige Netzwerkkarten sowie Switches mit Data Center Bridging (DCB). Diese sorgen für verlustfreie Ethernet-Übertragung, die für Fibre Channel zwingend notwendig ist.

Durch die Kapselung von FC-Frames in Ethernet-Frames können FC-Frames parallel zu IP-Frames über dasselbe Ethernet-Netzwerk laufen. Dabei gilt eine Eins-zu-Eins-Zuordnung: FC-Frames werden weder segmentiert noch mehrere FC-Frames in einem Ethernet-Frame zusammengefasst. Dies ermöglicht die Übertragung von Fibre Channel über die Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Infrastruktur.

Ein Converged Network Adapter kombiniert die Funktionalität eines Fibre Channel Host Bus Adapters (HBA) mit der einer Ethernet-Netzwerkkarte. Er stellt nicht nur die physische Konnektivität bereit, sondern ermöglicht auch verlustfreies Ethernet – unverzichtbar, da FC ein verlustfreies Protokoll ist. CNAs können hardware- oder softwarebasiert sein.

Wer nutzt FCoE?

Fibre Channel wird typischerweise in Rechenzentren eingesetzt, wo Blockspeichergeräte über Glasfaserkabel angeschlossen sind, vor allem wegen der hohen Bandbreite.

FCoE ist in erster Linie für den Einsatz innerhalb von Rechenzentren gedacht. Anders als iSCSI oder FCIP dient es nicht zur Überbrückung großer Distanzen, sondern zur Konsolidierung von Speicher- und LAN-Verkehr über dasselbe Ethernet-Fabric.

Unternehmen, die Speichergeräte verbinden möchten und dabei Kosten einsparen wollen, können FCoE einsetzen, da es die Anzahl benötigter Adapter, Switch-Ports und Kabel reduziert. Die eigentliche Kostenersparnis entsteht also durch die I/O-Konsolidierung, nicht durch den Einsatz günstigerer Kabel. In der Praxis wird FCoE fast ausschließlich über Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Glasfaserverbindungen betrieben.

Vorteile von Fibre Channel over Ethernet

Es gibt viele Vorteile der FCoE-Technologie, die wichtigsten davon sind:

• Kosten- und Komplexitätsreduktion. Durch die Nutzung bestehender Ethernet-Netze für FC-Verkehr entfällt ein Teil der teuren Spezialhardware (zum Beispiel zusätzliche FC-Switches und Kabel).
• Hohe Leistung. FCoE kann die Bandbreite moderner Ethernet-Standards (10, 25, 40, 100 Gbit/s und mehr) nutzen. Die Performance hängt jedoch von der Ethernet-Infrastruktur ab, nicht von FCoE selbst.
• Einfacheres Storage-Management. Vorhandene Ethernet-Management-Tools lassen sich auch für den FCoE-Datenverkehr nutzen.
• Geringerer Energieverbrauch. Die Konsolidierung von LAN und SAN senkt Stromverbrauch und Kühlbedarf im Rechenzentrum.
• Unterstützung anspruchsvoller Anwendungen. FCoE kombiniert die Geschwindigkeit von Ethernet mit der zuverlässigen, verlustfreien Übertragung von Fibre Channel – ideal für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Latenz, Leistung und Datensicherheit.
• Einsatz im Rechenzentrum. FCoE wird hauptsächlich in Unternehmensrechenzentren verwendet. In Cloud-Umgebungen dominieren dagegen IP-basierte Speicherprotokolle wie iSCSI, NFS oder NVMe-over-Fabrics.
• Quality of Service (QoS). Wie bei nativem Fibre Channel lassen sich Bandbreitenanforderungen zuverlässig garantieren und priorisieren.

Herausforderungen von Fibre Channel over Ethernet

FCoE ist nicht ohne Komplexität, und Unternehmen können bei der Verwendung von FCoE mit folgenden Herausforderungen konfrontiert werden:

• Netzwerklatenz. Ethernet-Übertragung kann zusätzliche Verzögerungen verursachen, etwa durch Paketbearbeitung oder Netzwerkauslastung.
• Komplexität durch Konvergenz. Das Zusammenführen von Speicher- und Datennetzwerken auf derselben Infrastruktur macht Design, Konfiguration und Fehlersuche komplexer.
• Kompatibilität und Interoperabilität. Für FCoE müssen Adapter, Switches und Speichergeräte verschiedener Hersteller nahtlos zusammenspielen, was insbesondere in heterogenen Umgebungen schwierig sein kann.

Einsatzszenarien für FCoE

Typische Anwendungsfälle sind:

• Hochleistungs-Speicher. Anwendungen mit hohen Anforderungen an Bandbreite, niedriger Latenz oder Echtzeit-Updates.
• I/O-Konsolidierung. Vereinheitlichung von Speicher- und Netzwerktraffic über ein gemeinsames Fabric – spart Kosten, Platz, Energie und Kühlung.
• Integration von Legacy-Hardware. FCoE erlaubt die Einführung von Ethernet-basierten SANs in bestehende FC-Umgebungen, ohne teure Hardware-Upgrades oder tiefgreifende Änderungen der Verwaltung.
• FCoE im Vergleich zu anderen Speicherprotokollen
• FCoE und iSCSI haben gewisse Gemeinsamkeiten, unterscheiden sich aber grundlegend:
• FCoE kapselt Fibre-Channel-Pakete in Ethernet-Frames, während iSCSI SCSI-Kommandos in IP-Pakete einbettet.
• FCoE wird üblicherweise innerhalb des Rechenzentrums eingesetzt, iSCSI hingegen kann auch zur Anbindung entfernter Speichergeräte genutzt werden.
• FCoE benötigt CNAs, während iSCSI mit herkömmlichen Netzwerkkarten betrieben werden kann.
• iSCSI eignet sich meist für kleinere Umgebungen, während Fibre Channel und FCoE für große Installationen mit hunderten oder tausenden Knoten konzipiert sind.

FCoE im Vergleich zu anderen Speicherprotokollen

Es gibt einige Ähnlichkeiten zwischen FCoE und iSCSI, aber auch wichtige Unterschiede.

Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass FCoE native Fibre-Channel-Frames in Ethernet-Frames einkapselt, während iSCSI native SCSI-Befehle in TCP/IP-Pakete einbettet.

FCoE ist dafür ausgelegt, Fibre-Channel-Kommunikation über ein verlustfreies Hochgeschwindigkeits-Ethernet bereitzustellen und wird in der Regel innerhalb von Rechenzentren eingesetzt. iSCSI hingegen kann sowohl innerhalb eines Rechenzentrums als auch zur Anbindung entfernter Speichergeräte genutzt werden. Zudem erfordert FCoE einen Converged Network Adapter (CNA), während iSCSI mit herkömmlichen Netzwerkkarten betrieben werden kann.

iSCSI wird oft in kleineren oder kostensensitiven Umgebungen eingesetzt, während Fibre Channel und FCoE eher in großen Enterprise-Umgebungen mit hunderten oder tausenden Knoten üblich sind. Damit bietet FCoE die Möglichkeit, Fibre Channel über eine verlustfreie Ethernet-Infrastruktur bereitzustellen.