Ein typisches SAN umfasst verschiedene Computer, die über ein Netzwerk aus Switches mit verschiedenen Speichersystemen verbunden sind. Mehrere Computer greifen häufig auf denselben Speicher zu.

Die folgende Abbildung zeigt verschiedene Computersysteme, die über einen Ethernet-Switch mit einem Speichersystem verbunden sind. In dieser Konfiguration wird jedes System über eine einzige Ethernet-Verbindung mit dem Switch verbunden. Der Switch wird mit dem Speichersystem über eine einzige Ethernet-Verbindung verbunden.

Abbildung 1. Eine einzige Ethernet-Verbindung mit dem Speicher
Die Abbildung zeigt verschiedene Systeme, die über einen Ethernet-Switch mit einem Speichersystem verbunden sind.

Wenn Systeme Daten aus dem Speicher lesen, reagiert der Speicher mit dem Senden von genügend Daten, um die Verbindung zwischen den Speichersystemen und dem Ethernet-Switch zu füllen. Es ist unwahrscheinlich, dass ein einziges System oder eine einzige virtuelle Maschine die Netzwerkgeschwindigkeit vollständig nutzen. Diese Situation kann jedoch eintreten, wenn viele Systeme ein Speichergerät gemeinsam nutzen.

Beim Schreiben von Daten in den Speicher versuchen möglicherweise mehrere Systeme oder virtuelle Maschinen, ihre Datenträger zu füllen. Der Switch zwischen den Systemen und dem Speichersystem kann jedoch Pakete im Netzwerk verwerfen. Das Verwerfen der Daten kann auftreten, weil der Switch mehr Datenverkehr zum Speichersystem senden muss, als ein eine einzelne Verbindung übertragen kann. Die Menge an Daten, die der Switch übertragen kann, wird durch die Geschwindigkeit der Verbindung zwischen dem Switch und dem Speichersystem begrenzt.

Abbildung 2. Verworfene Pakete
Die Abbildung stellt den Switch, der Daten verwirft, zwischen den Servern und den Speichersystemen dar.

Das Wiederherstellen von verworfenen Netzwerkpaketen führt zu einer erheblichen Leistungsbeeinträchtigung. Neben der Zeit zur Ermittlung, dass Daten verloren gegangen sind, ist für die erneute Übermittlung Netzwerkbandbreite erforderlich, die anderenfalls für aktuelle Transaktionen verwendet werden kann.

iSCSI-Datenverkehr wird innerhalb des Netzwerks über TCP (Transmission Control Protocol) übermittelt. Bei TCP handelt es sich um ein zuverlässiges Übertragungsprotokoll, mit dem Sie sicherstellen, dass wiederholt versucht wird, verworfene Pakete zu übermitteln, bis diese ihr Ziel erreichen. TCP ist für eine Wiederherstellung und schnelle und problemlose Übermittlung von verworfenen Paketen konzipiert. Wenn der Switch jedoch regelmäßig Pakete verwirft, ist der Netzwerkdurchsatz reduziert. Das Netzwerk wird überlastet mit Anforderungen zum Senden der Daten und mit den zurückgesendeten Paketen. Es werden weniger Daten übertragen als in einem Netzwerk ohne Überlastung.

Die meisten Ethernet-Switches können Daten puffern oder speichern. Mit dieser Technik erhält jedes Gerät, das versucht, Daten zu senden, die gleiche Möglichkeit, zum Ziel zu gelangen. Die Möglichkeit zum Puffern einiger Übertragungen zusammen mit vielen Systemen, die die Anzahl ausstehender Befehle begrenzen, reduziert die Übertragungen auf kleine Spitzen. Die Spitzen von mehreren Systemen können wiederum zu einem Speichersystem gesendet werden.

Wenn die Transaktionen umfangreich sind und mehrere Server Daten über einen einzelnen Switch-Port senden, kann die Möglichkeit zum Puffern erweitert werden. In diesem Fall werden die Daten, die der Switch nicht senden kann, verworfen, und das Speichersystem muss die erneute Übermittlung des verworfenen Pakets anfordern. Wenn zum Beispiel ein Ethernet-Switch 32 KB puffern kann, der Server aber 256 KB an das Speichergerät sendet, werden einige der Daten verworfen.

Die meisten verwalteten Switches bieten Informationen zu verworfenen Paketen, die in etwa den folgenden Angaben entsprechen:

*: interface is up
IHQ: pkts in input hold queue     IQD: pkts dropped from input queue
OHQ: pkts in output hold queue    OQD: pkts dropped from output queue
RXBS: rx rate (bits/sec)          RXPS: rx rate (pkts/sec)
TXBS: tx rate (bits/sec)          TXPS: tx rate (pkts/sec)
TRTL: throttle count
Tabelle 1. Beispiel zu Switch-Informationen

Schnittstelle

IHQ

IQD

OHQ

OQD

RXBS

RXPS

TXBS

TXPS

TRTL

* GigabitEthernet0/1

3

9922

0

0

476303000

62273

477840000

63677

0

In diesem Beispiel eines Cisco-Switches lautet die verwendete Bandbreite 476303000 Bit/s, also weniger als die Hälfte der Kabelgeschwindigkeit. Der Port puffert eingehende Pakete, einige Pakete wurden jedoch verworfen. Die letzte Zeile dieser Schnittstellenübersicht zeigt, dass diese Schnittstelle bereits fast 10.000 eingehende Pakete in der IQD-Spalte verworfen hat.

Um dieses Problem zu verhindern, sind Konfigurationsänderungen erforderlich. Stellen Sie dabei sicher, dass eingehende Ethernet-Verbindungen nicht zu einer ausgehenden Verbindung zusammengefasst werden, sodass die Verbindung „überbucht“ wird. Wenn einige Verbindungen, die nahezu die gesamte Kapazität übertragen, auf eine kleinere Zahl an Verbindungen reduziert werden, kann dies zu einer Überbuchung führen.

In der Regel müssen Anwendungen oder Systeme, die viele Daten in den Speicher schreiben, die gemeinsame Nutzung von Ethernet-Verbindungen zu einem Speichergerät vermeiden. Für diese Anwendungstypen wird mit mehreren Verbindungen zu Speichergeräten eine optimale Leistung erzielt.

„Mehrere Verbindungen zwischen Switch und Speicher“ zeigt mehrere Verbindungen vom Switch zum Speicher.

Abbildung 3. Mehrere Verbindungen zwischen Switch und Speicher
Die Abbildung zeigt mehrere Verbindungen vom Switch zum Speicher.

Die Verwendung von VLANs oder VPNs ist keine geeignete Lösung für das Problem von überlasteten Verbindungen in Konfigurationen mit gemeinsam verwendeten Komponenten. VLANs und andere virtuelle Partitionierungen von Netzwerken bieten die Möglichkeit für ein logisches Netzwerkdesign. Die physischen Kapazitäten von Verbindungen und Trunks zwischen Switches werden dadurch jedoch nicht geändert. Wenn Speicherdatenverkehr und anderer Netzwerkverkehr physische Verbindungen gemeinsam nutzen, kann es zu einer Überbuchung und zu verworfenen Paketen kommen. Gleiches gilt für VLANs mit gemeinsamen Interswitch-Trunks. Für die Leistungsberechnungen in einem SAN müssen die physischen Grenzen des Netzwerks, nicht die logischen Zuordnungen berücksichtigt werden.