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Die Funktionsweise von 7 Speichernetzwerkprotokollen erklärt
Verschiedene Speichernetzwerkprotokolle bieten unterschiedliche Leistungsmerkmale für Unternehmens-Workloads. Bei der Wahl sollten Sie die Eigenschaften dieser 7 Optionen kennen.
Speichernetzwerkprotokolle ermöglichen die Kommunikation zwischen Anwendungen, Servern und Systemen über ein Netzwerk, um auf gemeinsamen Speicher zuzugreifen. Diese Protokolle erlauben es Anwendern, Dateien gemeinsam zu nutzen. Darüber hinaus gewährleisten sie Organisationen, größere Speicherkapazitäten zu unterstützen, die über direkt angeschlossene Speicher (DAS) hinausgehen. Die Netzwerkprotokolle definieren die Regeln für die Datenübertragung zwischen Geräten und werden in Systemen wie NAS, SANs und Cloud-Speicherplattformen eingesetzt.
Storage-Installationen wie Storage Area Networks (SAN) oder Network Attached Storage (NAS) basieren auf diesen Protokollen, um eine reibungslose Datenübertragung umzusetzen. Ebenso kommen sie in Cloud-Storage-Plattformen zum Einsatz, damit ihre Nutzer Zugang zu ihren Datensätzen erhalten.
Im Folgenden erklärt der Beitrag die sieben gängigsten Speichernetzwerkprotokolle, die in vernetzten Storage-Umgebungen eingesetzt werden.
Internet Small Computer System Interface (iSCSI)
iSCSI ist ein Transportschichtprotokoll (Transport Layer Protocol), das den Zugriff auf Speichergeräte auf Blockebene über ein TCP/IP-Netzwerk ermöglicht. Das Protokoll setzt auf TCP auf und beschreibt, wie SCSI-Pakete über LANs, WANs oder das Internet übertragen werden können. iSCSI ermöglicht es der IT-Abteilung, ein gemeinsam genutztes Speichernetzwerk wie ein SAN einzurichten.
Unternehmen entscheiden sich oft für iSCSI, weil es Standard-Ethernet-Technologien verwendet und damit billiger und einfacher zu implementieren ist als Fibre Channel (FC). ISCSI kann hohe Geschwindigkeiten über große Entfernungen liefern und dabei die Vorteile von Multipathing, Jumbo Framing, Data Center Bridging (DCB) und anderen Technologien nutzen. SAN-Implementierungen, die auf iSCSI basieren, unterstützen jetzt Datenraten von bis zu 25 Gigabit Ethernet.
Fibre Channel (FC)
Fibre Channel ist eine Hochgeschwindigkeits-Netzwerktechnologie, die verlustfreie, chronologisch aufgereihte, rohe (raw) Blockdaten liefert. Die Technologie definiert mehrere Kommunikationsschichten für den Transport von SCSI-Befehlen und Informationseinheiten unter Verwendung des Fibre Channel Protocol (FCP). Zusätzlich zu SCSI kann Fibre Channel auch mit IP und anderen Protokollen interagieren. Es bietet Punkt-zu-Punkt-, Switch- und Loop-Schnittstellen und kann Datenraten von bis zu 128 Gbit/s liefern.
Fibre Channel wurde entwickelt, um SANs zu unterstützen und die Unzulänglichkeiten von SCSI und High-Performance Parallel Interface (HIPPI) zu beseitigen. Es bietet ein zuverlässiges und skalierbares Protokoll und eine Schnittstelle mit hohem Durchsatz und geringer Latenz, wodurch es sich gut für gemeinsam genutzte Netzwerkspeicher eignet. Bei Verwendung von Glasfaser kann Fibre-Channel-Geräte unterstützen, die bis zu 10 km voneinander entfernt sind. FC-Netzwerke können jedoch komplex sein und erfordern spezielle Geräte wie Switches, Adapter und Ports.
Fibre Channel over Ethernet (FCoE)
Mit dem FCoE-Protokoll kann die Fibre Channel-Kommunikation direkt über Ethernet laufen. Das Protokoll kapselt die FC-Frames in Ethernet-Frames ein, wobei eine verlustfreie Ethernet-Fabric und ein eigenes Frame-Format verwendet werden. FCoE macht es möglich, dass LAN- und SAN-Verkehr das gleiche physische Netzwerk nutzen, aber voneinander isoliert bleiben. Es funktioniert mit Standard-Ethernet-Karten, -Switches und -Kabeln sowie mit FCoE-fähigen Komponenten. FCoE kann die gleichen Datenraten wie High-Speed-Ethernet unterstützen.
Mit FCoE kann ein Unternehmen eine einzige Verkabelungsmethode im gesamten Rechenzentrum verwenden, was die Verwaltung vereinfacht und die Kosten im Vergleich zu regulärem Fibre Channel reduziert. FCoE behält auch einige der Latenz- und Traffic-Management-Vorteile von regulärem Fibre Channel bei und kann DCB verwenden, um Verluste bei Warteschlangenüberlauf zu vermeiden. Allerdings funktioniert FCoE nicht über geroutete Netzwerke wie Fibre Channel.
Network File System (NFS)
NFS ist sowohl ein verteiltes Dateisystem als auch ein Netzwerkprotokoll für den Zugriff auf und die gemeinsame Nutzung von Dateien zwischen Geräten im selben LAN. Das System und sein Protokoll werden üblicherweise zur Unterstützung von NAS verwendet. NFS ist eine kostengünstige Option für die gemeinsame Nutzung von Dateien im Netzwerk, die es Benutzern und Anwendungen ermöglicht, auf Dateien auf einem entfernten Computer zuzugreifen, sie zu speichern und zu aktualisieren, ähnlich wie bei DAS.
NFS verwendet das Remote Procedure Call (RPC)-Protokoll, um Anfragen zwischen Clients und Servern weiterzuleiten. Obwohl die teilnehmenden Geräte NFS unterstützen müssen, brauchen sie die Details des Netzwerks nicht zu verstehen. RPCs können jedoch unsicher sein, daher sollte NFS nur in vertrauenswürdigen Netzwerken hinter Firewalls eingesetzt werden. Das Protokoll wird hauptsächlich in Linux-Umgebungen verwendet, obwohl es auch von Windows unterstützt wird.
Server Message Block/Common Internet File System (SMB/CIFS)
SMB ist ein Client-Server-Kommunikationsprotokoll, das Benutzern und Anwendungen den Zugriff auf Speicher und andere Netzwerkressourcen auf einem Remote-Server ermöglicht. Da es sich um ein Antwort-Anfrage-Protokoll handelt, überträgt es mehrere Nachrichten zwischen dem Client und dem Server, um eine Verbindung herzustellen. SMB arbeitet auf der Anwendungsschicht (Application Layer) und kann in TCP/IP-Netzwerken ausgeführt werden. Wie NFS wird das Protokoll häufig für NAS verwendet.
Seit der ersten Veröffentlichung wurden zahlreiche SMB-Dialekte (Implementierungen) veröffentlicht. Eine der frühesten war CIFS. Es wurde von Microsoft eingeführt und war als „geschwätziges“ (chatty) Protokoll bekannt, das fehlerhaft und anfällig für Latenzprobleme war. Trotzdem wurde es von Betriebssystemen wie Windows, Linux und Unix angenommen. Spätere SMB-Dialekte haben CIFS fast überflüssig gemacht. Trotzdem werden die Begriffe SMB und CIFS oft synonym verwendet oder als SMB/CIFS bezeichnet, obwohl CIFS nur eine einzelne SMB-Implementierung ist.
Hypertext Transfer Protocol (HTTP)
HTTP wird typischerweise nicht als Speicherprotokoll betrachtet, aber es unterstützt den Zugriff auf Cloud-Speicherdienste wie Amazon S3, Google Cloud Storage und Microsoft Azure, normalerweise über RESTful-APIs und Standard-HTTP/HTTPS-Anfragen. Amazon S3 hat sich zum De-facto-Standard für Cloud-Objektspeicher entwickelt und wird nun auch von lokalen Speichersystemen, einschließlich NAS, unterstützt, wodurch die Rolle von HTTP als Speicherprotokoll zementiert wird.
HTTP ist ein World Wide Web-Anwendungsprotokoll, das auf TCP/IP aufbaut. Es bietet einen Satz von Regeln für die Übertragung von Daten zwischen HTTP-Endpunkten, die Anfragen senden und Antworten empfangen. Das Protokoll basiert auf einem Client-Server-Modell und ist weithin unterstützt und implementiert. Die meisten Programmiersprachen enthalten HTTP-Request-Fähigkeiten, wodurch es für fast jede Anwendung möglich ist, mit standardbasierten Technologien auf Speicher zuzugreifen.
Non-Volatile Memory over Fabrics (NVMe-oF)
Basierend auf der NVMe-Spezifikation ist NVMe-oF ein Hochgeschwindigkeits-Speicherprotokoll für den Zugriff auf Solid-State-Speicher über Netzwerk-Fabrics wie Ethernet, Fibre Channel und InfiniBand. NVMe-oF definiert eine gemeinsame Architektur für die Schnittstelle zu Speichersystemen mit NVMe-Befehlen auf Nachrichtenbasis. Das Protokoll kann viele NVMe-Geräte unterstützen und gleichzeitig die Distanzen zwischen NVMe-Geräten und ihren Subsystemen vergrößern.
Laut NVM Express ist das NVMe-oF-Protokoll zu 90 Prozent identisch mit dem Basis-NVMe-Protokoll, das für SSDs entwickelt wurde, die über einen Peripheral Component Interconnect Express-Bus (PCIe) direkt mit einem Computer verbunden sind. Wie NVMe kann NVMe-oF die inhärenten Geschwindigkeiten eines Flash-Laufwerks besser ausnutzen, die oft durch traditionellere Protokolle und Schnittstellen begrenzt sind. Speicheranbieter, die All-Flash-Arrays anbieten, führen NVMe-oF ein, um datenintensive Workloads und High-Performance-Computing zu unterstützen. Viele glauben, dass NVMe-oF schließlich das De-facto-Protokoll für Unternehmensspeicher werden wird.
