Speichernetze. dpunkt.verlag. Grundlagen und Einsatz von Fibre Channel SAN, NAS, iscsl und InfiniBand. Ulf Troppens - Rainer Erkens

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1 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Ulf Troppens - Rainer Erkens Speichernetze Grundlagen und Einsatz von Fibre Channel SAN, NAS, iscsl und InfiniBand dpunkt.verlag

2 I n ha I tsverzeic h n is Geleitwort vii Vorwort... Inhaltsverzeichnis xvi... Abbildungs- und Tabellenverzeichnis xxttt Die serverzentrierte IT-Architektur und deren Beschränkungen Die speicherzentrierte IT-Architektur und deren Vorteile Beispiel: Austausch eines Servers mit Speichernetzen Gliederung des Buches Einleitung Xi I Techniken für Speichernetze Intelligente Disksubsysteme Architektur Intelligenter Disksubsysteme Festplatten und interne I/O-Kanäle JBOD: Just a Bunch of Disks Speichervirtualisierung durch RAID Verschiedene RAID-Level im Detail RAID 0: Blockweises Ctriping RAID 1: Blockweises Mirroring RAID 0+l/RAID 10: Striping un RAID 4 und RAID 5: Parity statt Mirroring RAID 2 und RAID Die RAID-Level im Vergleich......, , Caching: Beschleunigung der Festplattenzugriffe Cache auf der Festplatte Schreib-Cache im Controller des Disks Lese-Cache im RAID-Controller Intelligente Disksubsysteme

3 Ixviii Inhaltsverzeichnis Instant Copies , Remote Mirroring , LUN Masking _ Verfügbarkeit von Disksubsystemen ,.... Zusammenfassung und Ausblick I/O-Techniken Der physikalische I/O-Pfad von der CPU zum Speichersystem Small Computer System Interface (SCSI) SCSI-Grundlagen SCSI und Speiche 3.3 Der Fibre-Channel Links, Ports und Topologien FC-0: Kabel, Stecker und Signalkodierung FC-1: 8b/10b-Kodierung, Ordered Sets und Link Control FC-2: Exchange, Sequence, Frame, Flusskontrolle und Dienstklassen _..._..._..._ FC-3: Gemeinsame Dienste Link Services: Login und Adressierung Fabric Services: Name Server und Co FC-4 und ULPs: Anwendungsprotokolle 3.4 Fibre Channel SAN Die Point-to-Point-Topologie Die Fa bric-topologie _..._ Die Arbitrated-Loop-Topologie Hardwarekomponenten für Fibre Channel SAN InterSANs _ Interoperabilität von Fibre Cha IP Storage..., , TCP/IP und Ethernet als I/ IP-Storage-Standards: iscsi, ifcp, mfcp, FClP und isns Migration von SCSI und Fibre Channel zu IP Storage InfiniBand, Virtual Interface Architecture (VIA) Zusammenfassung und Ausblick Lokale Dateisysteme Dateisysteme und Datenbanken.. _..._ Journaling Snapshots,, , Volume Manager Netzwerk-Dateisysteme und Fileserver Dateisysteme und Network Attached Storage (NAS).. 133

4 Inhaltsverzeichnis xix I Grundprinzip Network Attached Storage (NAS) Performance-Engpässe in Fileservern Beschleunigung von Netzwerk-Dateisystemen Fallstudie: Das Direct Access File System (DAFS) Shared-Dick-Dateisysteme Fallstudie: Das General Parallel File System (GPFS) Vergleich: NAS, Fibre Channel SAN und iscsi SAN Zusammenfassung und Ausblick II Einsatz von Speichernetzen Anwendung von Speichernetzen Noch einmal: Virtualisierung im I/O-Pfad Begriffsbestimmung»Speichernetz« Schichtung der Übertragungstechniken und Protokolle Netze im I/O-Pfad Datennetze, Sprachnetze und Speichernetze Storage Sharing Disk Storage Pooling Dynamic Tape Library Sharing Data Sharing Verfügbarkeit von Daten Ausfall eines I/0-Busses Ausfall eines Servers Ausfall eines Disksubsystems Ausfall eines Rechenzentrums am Beispiel»Schutz einer wichtigen Datenbank« Anpassbarkeit und Skalierbarkeit von IT-Systemen Clustering zur Lastverteilung Webarchitektur (Fünf-Schichten-Architektur) Webanwendungen am Beispiel»Reiseportal Zusammenfassung und Ausblick Netzwerk-Datensicherung Rahmenbedingungen der Datensicherung Dienste der Netzwerk-Datensicherung Serverkomponenten Job Scheduler Error Handler Metadaten-Datenbank Media Manager

5 Ixx Inhaltsverzeichnis 6.4 Backup-Clients Performance-Gewinne durch Netzwerk-Datensicherung Performance-Engpässe der Netzwerk-Datensicherung Anwendungsspezifische Performance-Engpässe Performance-Engpässe aufgrund der serverzent IT-Architektur Eingeschränkte Möglichkeiten zur Performance-Stei Separates LAN für die Netzwerk-Datensicherung Mehrere Backup-Server Backup-Server und Anwendungsserver auf dem gleichen physikalischen Rechner Next Generation Backup Server-free Backup LAN-free Backup LAN-free Backup mit Shared-Disk-Dateisystemen Tape Library Sharing Datensicherung mit Instant Copies Datensicherung mit Remote Mirroring Sicherung von Dateisystemen Sicherung von Fileservern Sicherung von Dateisystemen Sicherung von NAS-Servern Das Network Data Management Protocol (NDMP) Sicherung von Datenbanken Arbeitsweise von Datenbanksystemen Klassische Sicherung von Datenbanken Next Generation Backup von Datenbanke 6.11 Organisatorische Aspekte der Datensicherung Zusammenfassung und Ausblick Speichervirtualisierung Probleme und Anforderungen Schwierigkeiten bei der Speicheradministration Anforderungen der Daten Anforderungen der Datennutzer an Speichernetze Lösungsansatz: Speichervirtualisierung Definition Speichervirtualisierung Implementierungsüberlegungen Realisierung der Virtualisierungsinstanz Austausch von Speichergeräten Effiziente Ressourcennutzung durch dynamische Speicher- Zuweisung Effiziente Ressourcennutzung durch Datenmigration

6 Inhaltsverzeichnis Performance-Steigerung......_ Verfügbarkeit durch Einführung von Redundanz Datensicherung und Archivierung Gemeinsame Datennutzung Datenschutz... Speichervirtualisierung auf Block- oder Dateiebene 7.5 Speichervirtualisierung auf verschiedenen Ebenen des Speichernetzes Speichervirtualisierung im Server Speichervirtualisierung in Speichergeräten Speichervirtualisierung im Netz Symmetrische und asymmetrische Speichervirtualisierung im Netz Symmetrische Speichervirtualisierung Asymmetrische Speichervirtualisierung Zusammenfassung Verwaltung von Cpeichernetzen Systemverwaltung Anforderungen an Verwaltungssysteme Unterstützung durch Verwaltungssysteme Verwaltungsschnittstellen Standardisierte und Proprietäre Mecha n Standardisierte Mechanismen Proprietäre Mechanismen In-Band-Management In-Band-Management im Fibre Channel SAN Out-Band-Management Einsatz von SNMP CIM und WBEM Bluefin CMlP und DMI Operationale Aspekte der Verwaltung von Speichernetzen Zusammenfassung Glossar Kommentiertes Literatur- und Quellenverzeichnis A Beweis für die Berechnung des Paritätcblockes von RAID 4und

7 Ixxii Inhaltsverzeichnis B Checkliste für die Verwaltung von Speichernetzen B.l Anwendungen B.l.l Monitoring B.1.2 Verfügbarkeit B.1.3 Performance...,,.,.,,,,,, 364 B.1.4 Skalierbarkeit...,.,.,,,,..,..,,,,,.,,, B.1.5 Effiziente Nutzung B.2 Daten B.2.1 Verfügbarkeit... B.2.2 Performance.... B.2.3 Sicherung... B.2.4 Archivierung... B.2.5 Migration Gemeinsame Datennutzung Sicherheit / Zugriffskontrolle B.3 Ressourcen... B.3.1 Inventur / Asset Management und Planung B.3.2 Monitoring B.3.3 Konfiguration... B.3.4 Ressourcennutzung.. B.3.5 Kapazität... B.3.6 Effiziente Ressourcen n B.3.7 Verfügbarkeit...,,,,.,.,,,,, 368 B.3.8 Ressourcen m igra tion B.3.9 Sicherheit... B.4 Netz... B.4.1 Topologie... B.4.2 Monitoring... B.4.3 Verfügbarkeit...,,,,,,.,,., 369 B.4.4 Performance... Index