Neue Netzwerk-Schnittstelle SAS

Mit Expandern gegen FC-Fabrics

06.05.2007 | Autor / Redakteur: Thomas Böcker / Nico Litzel

Zwei oder mehr Server greifen über einen Fanout- und diverse Edge-Expander auf je fünf hintereinander geschaltete JBODs zu, die ihrerseits über SAS-Verbindungen verknüpft sind. Diese Topologie stuft Adaptec als Alternative zu einem herkömmlichen, mittelgroßen SAN ein. (Grafik: Adaptec)

Obwohl inzwischen kaum ein Hersteller darauf verzichtet, SAS-Festplatten in seine Systeme zu integrieren, hat SAS trotz aller Euphorie seiner Protagonisten als neue Netzwerk-Schnittstelle noch einen schweren Stand. Hier ist noch eine Menge Aufklärungsarbeit erforderlich, damit Anwender abschätzen können, wie die neuartigen Topologien und Einsatzszenarien in ihre IT-Infrastrukturen passen.

Die bislang dürftige Akzeptanz von SAS als neuer SAN-Technik hat sicher auch darin ihre Ursache, dass ausgereifte Hardwarelösungen bis vor kurzem kaum existierten. Die Anbieter sind noch dünn gesät, so dass LSI Logic für sich in Anspruch nehmen kann, über 80 Prozent Marktanteil zu verfügen. Die Speicher-Arrays Engenio 1331 und Engenio 1333, die durchgängig auf die neue Technik setzen und vor allem für den Einsatz in kleinen und mittleren Umgebungen konzipiert sind, hat der OEM-Spezialist aber erst seit Dezember 2006 im Angebot.

Über ein vergleichbares Portfolio verfügt sonst nur Adaptec, der andere Protagonist im Markt, der neben einzelnen Bauteilen die beiden SAS-fähigen NAS-Appliances Snap Server 650 und Snap Server 500, das Festplattenlaufwerk SANbloc 550 JBOD und das Festplattengehäuse 335SAS in seinem Portfolio hat. Harddisks im 3,5- und 2,5-Zoll-Format sind zwar seit knapp zwei Jahren verfügbar, doch stellt beispielsweise Seagate erst mit den neuesten Modellen 15K und 10K.2 seiner Savvio-Produktfamilie komplett auf SAS um.

Schnelle Disks und schnelle Netzwerke

Wie immer bei „jungen“ Technologien propagieren die Hersteller zurzeit hauptsächlich die Performance-Vorteile, also hohe Datendurchsatzraten von aktuell 300 Megabyte pro Sekunde und bis zu 22.000 bzw. 91.000 Ein-/Ausgabeoperationen pro Sekunde bei den beiden LSI-Arrays (gemessen vom Medium bzw. Cache). Damit sind auch die Anwendungsmöglichkeiten mehr oder minder vorgegeben: Seagate und andere nennen übereinstimmend E-Mail- bzw. Groupware-, File- und Datenbankserver, OLTP/Shopsysteme und eben Speicher-Arrays.

Bei so viel Betonung der Geschwindigkeit gerät leider ein anderer Vorteil dieser Technik leicht aus dem Blick, nämlich ihre „Netzwerkfähigkeit“. Zur Erinnerung: Als serielle Variante von SCSI überträgt SAS Daten bitweise über dedizierte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen einzelnen Endpunkten (siehe Storage 1/07, Seite 42). Diese Endpunkte jedoch müssen keineswegs immer Speichergeräte, Controller, Festplatten oder HBAs sein. Vielmehr kommen hierfür auch so genannte Expander in Frage, eine spezielle Kategorie von Routern bzw. Switches, deren Funktionsweise im Folgenden näher betrachten werden soll.

Ausdehnungsvermögen

Eine verbreitete Analogie besagt, dass sich Expander am ehesten mit Ethernet-Switches im LAN vergleichen lassen. Ihre Rolle ist demnach die eines Verteilers, über den sich weitere Speichergeräte, Server usw. in eine SAS-Topologie einbinden lassen. Expander kommen laut SAS-Spezifikation in zwei Varianten vor, nämlich als

  • Edge-Expander: Hierbei handelt es sich sozusagen um den „normalen“ Betriebsmodus, bei dem der Expander allein oder mit einem weiteren zusammen eingesetzt wird und maximal 128 weitere Endgeräte an den SAS-Controller anbindet. Eine Erweiterung dieses Modus bringt der Einsatz als
  • Fanout-Expander: Hier bildet der Switch das Zentrum eines Netzes von maximal 128 Edge-Expandern, an die sich wiederum je 128 Geräte anschließen lassen, sodass sich insgesamt 16.384 Endpunkte verknüpfen lassen.

Einer der ersten Expander am Markt war der Ende 2004 erschienene LSISASx12, ein Chip, der im Prinzip alle bis heute wichtigen technischen Merkmale dieser Switch-Kategorie aufweist: Er verfügt über zwölf vollständig unabhängige Ports, die im SAS-Modus die Verbindung zwischen zwei Endpunkten autonom aushandeln. Der Controller-Chip kann sowohl SAS- als auch SATA-Festplatten ansprechen. Expander sind in ihrer Funktion nicht festgelegt („non-denominational“), das heißt, sie kommen als Ausgangspunkt („Initiator“) ebenso wie als Endpunkt („Target“) einer Kommunikationsstrecke in Frage.

Der LSISASx12 unterstützt drei verschiedene Routing-Modi (direkt, per Routing-Tabelle oder per subtraktiver Dekodierung) und lässt sich für den so genannten Wide-Port-Betrieb konfigurieren. Hierbei fasst man vier physikalische Verbindungen (Links) zwischen Disk und Expander zu einem Trunk zusammen, der höhere Übertragungsraten ermöglicht.

Darüber hinaus ist LSIs „Ur-Expander“ mit je einer UART-, I2C- und EEPROM-Schnittstelle ausgestattet, die für den Debug-Modus, für das Gerätemanagement und für den Startvorgang des Speicher-Arrays notwendig sind. Von der Spezifikation weicht der LSISASx12 insoweit ab, als er laut Hersteller sogar bis zu 144 Endgeräte an ein Storage-System anbinden kann. Bei späteren Modellvarianten wie dem Ende 2005 vorgestellten LSISASx36 wuchs diese Zahl auf 1.024. Um den unautorisierten Zugriff auf vertrauliche Informationen zu vermeiden, beherrschen die Expander inzwischen auch Zoning.

Topologien

Nach Ansicht der Hersteller könnten Anwender die vielfältigen Optionen, die SAS vor allem dank der Expander-Nutzung bietet, nicht nur für Midrange-, sondern durchaus auch für komplexe bzw. hochverfügbare Lösungen einsetzen, die bisher vor allem mit Fibre-Channel-Technik realisiert wurden. Die Systemingenieure von Fujitsu sehen für SAS Vorteile gegenüber einem Einsatz mit FC-AL-Technik (Fibre Channel Arbitrated Loop), die in vielen Highend-Systemen für die interne Festplatten-Anbindung eingesetzt wird: Da bei FC-AL alle Festplatten die verfügbare Busbreite teilen und durch die Verwaltung ein größerer Overhead entstehe, arbeite SAS trotz nominell geringerer Transferraten von 300 MB/s tatsächlich schneller als die FC-Loop-Technik.

Darüber hinausreichende Ideen hat sich vor allem Adaptec gemacht. Der LSI-Rivale unterbreitet vier wesentliche Vorschläge für den SAS-Einsatz in Produktivumgebungen:

  • Fall1: Der Anwender benötigt eine schnelle und hochverfügbare Storage-Lösung für Workstations und Server. Statt Direct Attached Storage empfiehlt Adaptec, einen SAS-fähigen RAID-HBA zu installieren und daran ein externes oder internes Laufwerk zu koppeln, das für den Mischbetrieb von insgesamt vier SAS- bzw. SATA-Platten ausgelegt ist. Anwendungsfelder: kleine Datenbanken, CAD/CAM/CAE, Video- und Tonschnitt.
  • Fall 2: Der Anwender benötigt ein skalierbares, performantes System für Datenbanken und andere ständig wachsende Datenbestände (E-Mail-, Fileserver). Hier setzt Adaptec auf einen Mix aus interner und externer Lösung: Der SAS-RAID-HBA verfügt in dieser Konfiguration über acht Ports für einen maximalen Datendurchsatz von 4.800 Megabyte pro Sekunde. Daran sind ein oder mehrere mit beliebig vielen Festplatten bestückte externe JBODs angeschlossen. Für geringere Anforderungen ist ein internes Laufwerks-Array denkbar. Unterstützt werden die RAID-Level 0, 1, 5, 6, 10 und 50. Alle Kabelverbindungen sind redundant ausgelegt.
  • Fall 3: Der Anwender will zwei oder mehr Server zu einem Hochleistungs-Cluster mit Failover-Fähigkeit zusammenfassen. Die schon oben erwähnten HBAs sind auch für solche Einsatzgebiete wie Data Warehousing, Video- und Audiostreaming geeignet, da sie Multi-Path-I/O und RAID-6 unterstützen.
  • Fall 4: Aufbau einer langfristig skalierbaren Speicherumgebung, die wachsende Ansprüche erfüllt. In diesem Fall greifen zwei oder mehr Server über einen Fanout- und diverse Edge-Expander auf je fünf hintereinander geschaltete JBODs zu, die ihrerseits über SAS-Verbindungen verknüpft sind. Durch Nutzung des Dual-Porting ergeben sich für jede Festplatte doppelt redundante Übertragungswege. Benötigt werden Dual-Controller und skalierbare, mit SAS- und SATA-Laufwerken bestückte Storage-Arrays. Anwendungsfelder: wie bei Fall 3, zuzüglich aller geschäftskritischen Anwendungen. Diese Topologie stuft Adaptec als Alternative zu einem herkömmlichen, mittelgroßen FC-SAN ein.

Vorläufiges Fazit

Die große Flexibilität und Skalierbarkeit machen die SAS-Technik zu einer Alternative zum FC-SAN, in dem zwei oder mehr Server gleichzeitig auf einen zentralen Datenpool zugreifen müssen. Den Marktführern Adaptec und LSI schwebt hier eine ganze Reihe anspruchsvoller Szenarien vor. Praktische Einsatzbeispiele oder gar große SAS-Installationen indes sind, zumal in Europa, bislang nicht zu finden. Der neue Standard wird vorerst nur zögerlich angenommen. Erkennen die IT-Abteilungen aber erst einmal die technischen und wirtschaftlichen Vorteile von SAS, könnte sich dies rasch ändern.

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