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Nonvolatile Memory Express kann für schnellere Laufwerksverbindungen sorgen

Festplatten mit Ethernet-Verbindung sind bereits verfügbar, sie werden aber nicht oft eingesetzt. NVMe over Ethernet kann für den Durchbruch sorgen.

Obwohl es Laufwerke, die über das Ethernet angebunden werden, bereits seit drei Jahren gibt, waren sie bisher eher eine Kuriosität. Die neue Technologie Nonvolatile Memory Express over Fabric (NVMe oF) könnte ihnen aber zum Durchbruch verhelfen.

Erstmals wurden Ethernet Festplatten 2014 von Seagate vorgestellt. Western Digital/HGST folgte etwas später mit eigenen Modellen. Die konkurrierenden Angebote waren nicht kompatibel und für unterschiedliche Einsatzzwecke gedacht. Die Seagate Festplatte Kinetic für Scale-Out- und Objektspeicher mit Ethernet-Konnektivität und einer objektbasierten Open-Source-API wurde speziell für Hyperscale- und Scale-Out-Umgebungen entwickelt und ist für Big Date geeignet. Seit September 2015 gibt es auch eine Variante des Seagate Kinetic Drive mit 8 TB.

Dagegen wird das Produkt von Western Digital von einem vollständigen Linux Server gesteuert.

Seit diesen Produktvorstellungen ist es aber still um Ethernet-Festplatten geworden. Den Herstellern ist es nicht gelungen, geeignete Einsatzszenarien aufzuzeigen. Das Problem besteht darin, dass sie sich dafür normalerweise auf Drittanbieter und Open Source Communities verlassen.

Seagate Kinetic hat eine REST-Schnittstelle und wäre damit für Objekt-Storage geeignet. Aber Objekt-Storage verwendet REST normalerweise nicht, um Laufwerke anzusprechen, sondern Appliances, die die Struktur von verschiedenen Laufwerken und komplexen Redundanzsystemen beinhalten. Kinetic passt einfach nicht zu Ceph, der meistbenutzten Open Source Software für Objekt-Storage.

Die Methode von Western Digital wäre für ausgefeilte Software in der Laufwerksschnittstelle geeignet. iSCSI oder Ceph könnten die Festplatte anbinden, aber auch bei Linux-basierten Ethernet Drives ist das System der Datenverteilung im Weg.

WDLabs, die Forschungsabteilung von Western Digital, hat vor kurzem einen experimentellen Ceph Cluster mit 504 Laufwerken entworfen, mit Ceph Objekt Storage Daemon Code auf jeder Festplatte. Verwendet wurden aber nicht die derzeit verfügbaren Ethernet Drives, sondern ein Design mit einer separaten ARM 64 Bit CPU. Zum Einsatz kamen zwei 10 GbE Ethernet Verbindungen, um den Flaschenhals von Ceph zu umgehen. Dieser Flaschenhals ist wohl einer der Hauptgründe für die zögerliche Akzeptanz von Ethernet-Laufwerken.

Der Branchenverband Storage Network Industry Association (SNIA) hat einen Entwurf für die Spezifizierung von Ethernet-Laufwerken vorgelegt. Dieser reflektiert die bisher mangelnden Einsatzszenarien und Marketinganstrengungen. Geschildert werden nicht nur die beiden bereits vorliegenden Konzepte, sondern auch vier weitere, die es noch gar nicht gibt und die Funktionen auf einer höheren Stufen ermöglichen würden. Der genaue Marktzugang erschließt sich dadurch nicht.

Hoffnungsschimmer am Horizont

Aber es ist nicht alles verloren. Eines der wichtigsten Projekte des SNIA ist die Definition von Nonvolatile Memory Express over Ethernet.

Es gibt genügend Einsatzszenarien für schnelle RDMA-Schnittstellen (Remote Direct Memory Access) für Flash/SSDs. Die Anbieter von All Flash Arrays wollen unbedingt 40 GbE Leitungen für ihre Systeme einsetzen und bis zum Jahresende sollen es sogar 100 GbE werden, sobald dies verfügbar ist.

NVMe ist eine Block/IO Schnittstelle, aber es hat das Potenzial, auch andere Zugangsmodelle für Storage zu nutzen. Dazu gehören File- und Objekt-Zugang und sogar die Adressierung von Bytes (mit einem Nonvolatile Dual In-Memory Modul). Dies passt für schnelle Flash- und SSD-Appliances. Die Prozessoren werden dadurch nur wenig belastet, die Latenz ist gering und es fällt Zero Copy Transfer an. Bald wird wahrscheinlich NVMe over Ethernet das bisher verwendete Fibre Channel ablösen und für Konvergenz von Ethernet LAN/SAN in Cloud-basierten Clustern sorgen.

Ob NVMe das Schicksal von Ethernet als universelle Laufwerksanbindung verändert, ist eine komplizierte Frage, die von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird. Dazu gehören die Preismodelle der Anbieter und die Frage, wie teuer Festplatten für Unternehmen sind. Wahrscheinlich ist aber wichtiger, wie schnell die Transformation von traditioneller Storage-Anbindung zu einem Modell mit Storage Appliances mit Containern und Apps vollzogen wird, die von konvergenten und hyperkonvergenten Systemen ins Spiel gebracht wird.

Hyperkonvergente Infrastrukturen (HCI) benötigen ein virtuelles Storage Area Network (VSAN), um Storage in einem Cluster anzusprechen. Das bevorzugte Netzwerk dafür ist Ethernet/RDMA mit internen Laufwerken in jedem Server/Appliance, die direkt über Ethernet verbunden sind. Bei den derzeit verfügbaren, noch nicht ausgereiften Produkten werden die Daten von den Laufwerken zum Prozessor übertragen und von dort an eine Ethernet-Netzwerkschnittstelle. Selbst mit RDMA verlangsamt dies die Übertragung.

Es scheint fast sicher zu sein, dass sich ein neuer Mechanismus entwickeln wird, bei dem die Laufwerke an einen Ethernet Switch angebunden werden. Dies ermöglicht den direkten Zugang zum virtuellen SAN. Wenn das passieren sollte, gibt es Einsatzszenarien für Laufwerke mit Ethernet-Zugang über NVMe over Ethernet. Das werden wohl eher SSDs sein als Festplatten, die in wenigen Jahren aussterben werden. Das Leben würde erheblich einfacher, wenn die Ethernet-Schnittstellen vereinheitlicht würden. Die Verbindungen würden beschleunigt und ein dediziertes Team für das SAN-Management überflüssig.        

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Artikel wurde zuletzt im Februar 2017 aktualisiert

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