ATA over Ethernet

ATA over Ethernet (AoE) ist ein von der Firma Brantley Coile entwickeltes Netzwerkprotokoll für den Zugriff auf Speichergeräte (in der Regel Festplatten) über ein Ethernet-Computernetzwerk. Es verwendet dazu das ATA-Protokoll.

Schichtaufbau bei ATA und iSCSI

ATA over Ethernet überträgt die Daten in Form von Ethernet-Frames und verzichtet auf die Verwendung höherstehender Protokolle wie IP, UDP oder TCP. Die von AoE übertragenen Ethernet-Frames können das lokale Netzwerksegment nicht verlassen, weshalb der Einsatz von AoE vorwiegend auf lokale Speichernetze (Storage Area Networks) begrenzt ist. AoE ist technisch einfacher als iSCSI, welches zwar ebenfalls über Netzwerk, aber über höhere Schichten transportiert wird.

Damit wird der größte Unterschied von AoE zu iSCSI sichtbar: AoE ist nur lokal (geswitcht) nutzbar, iSCSI dagegen kann grundsätzlich in andere Netzwerke geroutet werden, wenngleich diese Möglichkeit in der Praxis kaum genutzt wird. Durch den Verzicht auf eine komplexe Infrastruktur erzielt AoE einen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber vergleichbaren Techniken.

Ohne AoE werden die Befehle des ATA-Protokolls, welches zur Kommunikation zwischen einem Computersystem und einem daran angeschlossenen Speichergerät dient, direkt über ein Kabel übertragen. AoE verpackt diese Befehle jedoch in Datenpakete, die es über ein Ethernetnetzwerk an einen anderen Computer sendet. Dieses Zielsystem leitet die ATA-Befehle dann über einen Treiber an ein Blockspeichergerät (in der Regel eine Festplatte) weiter und gibt die Antwortpakete ebenfalls wieder über das Netzwerk zurück. So ist ein sehr hardwarenaher Zugriff auf einen Datenträger auch über relativ weite Entfernung möglich.

Durch diese Technik können mehrere Systeme gleichzeitig auf dasselbe Blockspeichergerät zugreifen. Die Koordination der Schreib- und Leseoperationen zwischen den beteiligten Systemen erfolgt durch einen sogenannten „Konfigurationsstring“ auf dem verwaltenden Server. Der gleichzeitige Zugriff mehrerer Systeme auf dasselbe Gerät erfordert den Einsatz spezieller Cluster-Dateisysteme, da die gängigen Dateisysteme nicht für diese Anwendung konzipiert worden sind.

AoE wird unter Linux nativ unterstützt. Für andere gängige Betriebssysteme und Hypervisoren sind oder waren Treiber von Softwareanbietern erhältlich. Zudem existieren spezielle AoE-Host-Bus-Adapter, welche die Verarbeitung des AoE-Protokolls im System übernehmen und so den Hauptprozessor entlasten.

Paketformat

AoE Header

Offset	Datentyp	Beschreibung
00	char[6]	Zieladresse (MAC-Adresse)
06	char[6]	Absenderadresse
12	uint16_t	Ethertype: 88A2hex
14	uint8_t	Version (Bit 4…7), im Moment stets 1; Flags (Bit 0…3)
15	uint8_t	Error
16	uint16_t	Major-Adresse
18	uint8_t	Minor-Adresse
19	uint8_t	Befehlsfeld
20	uint32_t	Befehlsmarkierung (Tag)
24	struct arg_field	Argumente darunter auch übermittelte Daten von der Festplatte

Betriebssysteme mit ATA over Ethernet support

Betriebssystem	Support	Third-party Treiber
Linux	Nativ (2.6.11 und höher)	Coraid
Mac OS X 10.4 und höher	Third-party	2DegreesFrost
Mac OS X 10.5 and 10.6	Third-party	Small Tree Communications
Solaris	Third-party	Coraid
FreeBSD	Third-party	Coraid
OpenBSD	Native (4.5 bis 5.7)
VMWare	Third-party	Coraid
Plan 9 from Bell Labs	Native

Andere Protokolle zum Ansprechen von Blockgeräten

• Fibre Channel: FC definiert ein nicht routingfähiges Standardprotokoll aus dem Bereich der Speichernetzwerke, das als Nachfolger von SCSI für die Hochgeschwindigkeitsübertragung großer Datenmengen konzipiert wurde. FC ist nicht mit Ethernet kompatibel, es wird eine separate Infrastruktur (NICs, Switches usw.) benötigt.
• Fibre Channel over Ethernet: Bei Fibre Channel over Ethernet werden „Fibre Channel“-Pakete in Ethernet gekapselt. Im Unterschied zu iSCSI erfolgt aber keine Kapselung in TCP/IP, hieraus resultieren geringe Performancevorteile, jedoch ist FCoE nicht routingfähig.
• Fibre Channel over IP Bei Fibre Channel over IP werden „Fibre Channel“-Pakete zusätzlich in TCP/IP gekapselt. FCoIP ist daher routingfähig.
• iSCSI (SCSI over IP): Bei iSCSI werden SCSI-Pakete in TCP/IP gekapselt. Im Unterschied zu ATA over Ethernet ist iSCSI routingfähig.
• HyperSCSI Bei HyperSCSI werden SCSI-Pakete in Ethernet gekapselt. Im Unterschied zu iSCSI erfolgt aber keine Kapselung in TCP/IP, hieraus resultieren geringe Performancevorteile, HyperSCSI ist wie AoE nicht routingfähig.

Weblinks

• Artikel:
  • ATA Over Ethernet: Putting Hard Drives on the LAN – Linux Journal (28. April 2005)
  • ATA-over-Ethernet enables low-cost Linux-oriented SAN. Archiviert vom Original am 13. Oktober 2007; abgerufen am 8. Dezember 2012.  – LinuxDevices.com (23. Juni 2004)
• Protokoll:
  • AoE protocol definition
• Emulator und Werkzeuge:
  • Projektübersicht bei SourceForge – vblade ist der serverbasierte Teil von AoE und läuft im Userspace
  • vblade, implementiert als Kernelmodul (Memento vom 15. Januar 2006 im Internet Archive) ist schneller als die Userspace-Implementierung
  • qaoed – Mulithreaded ATA over Ethernet storage target läuft im Userspace
    • qaoed – neuer Ort bei Google Code
  • Aoeserver – Mulithreaded ATA over Ethernet storage target implementiert als Kernelmodul
    • aoeserver – Abspaltung/Weiterentwicklung bei Google Code
  • ggaoed – neueste Implementierung mit Spezialisierung auf Linuxeigenschaften für Geschwindigkeitsoptimierung
    • It utilizes Linux kernel AIO, memory mapped sockets and other Linux features to provide the best performance.