2 Übersicht Storage Hardware & Data ONTAP

2 Übersicht Storage Hardware & Data ONTAP Einführung in die Eigenschaften der Storage Hardware und Data ONTAP Cliustered. 2.1 Übersicht Themen des Kapitels - Übersicht Storage Hardware & Data ONTAP Im Kapitel Übersicht Storage Hardware & Data ONTAP werden die Eigenschaften, Funktionen und Architektur der Storage Hardware und des Betriebssystems Data ONTAP erläutert. NetQuest GmbH 2-1

2.2 Unified Storage Funktionen eines Unified Storage Systems. Unified Storage Storage Area Network (SAN) Block-basierendes Storage System Die Daten werden über ein Netzwerk verteilt Als Protokoll wird entweder Fibre Channel oder iscsi verwendet Network Attached Storage (NAS) Datei-basierendes Storage System Die Daten werden über ein Netzwerk verteilt NFS und CIFS Protokoll NetQuest GmbH 2-2

Unterstützte Protokolle NAS Network File System (NFS) v2, v3 und v4 Common Internet File System (CIFS) File Transfer Protocol (FTP) Hypertext Transfer Protocol (HTTP) WebDAV SAN Fibre Channel Protocol (FCP) iscsi (SCSI über TCP/IP) NetQuest GmbH 2-3

2.3 Network Appliance Produkte Hard- und Software-Produkte von Network Appliance. 2.3.1 Network Appliance Hardware Network Appliance Hardware NetApp FAS NearStore (früher Near-line Storage) V-Series System NetApp FAS Die NetApp FAS (Fabric Attached Storage) Systeme stellen Fibre Channel SAN, iscsi SAN und NAS Dienste wie CIFS, NFS und WebDAV zur Verfügung. NearStore Ein NearStore ist ein Storage System (FAS) das speziell für die Replikation von Daten als Ziel genutzt wird. Durch eine spezielle Lizenz wird die Anzahl der gleichzeitigen Replikationen zu einem FAS System erhöht. NetQuest GmbH 2-4

Near-line Storage (veraltet, Vorgänger der NearStore Lizenz) Ein Near-line Storage ist eine spezielles Storage System mit langsameren Plattensubsystemen (SATA) das für Backupzwecke genutzt wird. V-Series System Ein V-Series System ist eine Filer ohne eigene Platten. Der Datenspeicher stammte von beliebigen anderen Fibre Channel Systemen. Nach außen werden diese Datenspeicher aber wie ein NetApp FAS System gezeigt und können so als NAS oder SAN eingesetzt werden. NetQuest GmbH 2-5

2.3.2 Data ONTAP Data ONTAP Data ONTAP ist das Betriebssystem der Controller der FAS und V-Series Systeme. Es existieren zwei Versionen von Data ONTAP: Data ONTAP 7-Mode Data ONTAP Cluster Mode Data ONTAP 8 vereint die Funktionen zweier zuvor separater Varianten von Data ONTAP Data ONTAP 7G und Data ONTAP GX in einer einzigen Codebasis, die über zwei verschiedene Betriebsmodi verfügt: 7-Mode: Wie der Name schon andeutet, bietet 7-Mode Funktionen, die denen der Data ONTAP 7.3.x Versionen entsprechen und dieselbe Unterstützung für Benutzeroberflächen und Management Tools bieten. Systeme mit Data ONTAP 7.3.x Versionen können unterbrechungsfrei auf 7-Mode aktualisiert werden. Cluster-Mode: Die Funktionen der Vorgängerversion Data ONTAP GX, eines geclusterten Betriebssystems für skalierbaren Storage, wurden in diesen Modus übernommen und weiter verbessert. Cluster-Mode unterstützt Konfigurationen mit mehreren Controllern mit einem Global Namespace und einem geclusterten File-System. NetQuest GmbH 2-6

2.3.3 NetApp FAS Systeme FAS 2200 Serie (1) Die FAS2200 Serie (Nachfolger der FAS200/2000 Systeme) enthält Filer Köpfe (Controller) und SAS/SATA Platten in einem Gehäuse. Mit zusätzlichen Shelfs lässt sich die Plattenkapazität erweitern. Es sind bei der 2240 die 2240-2 Variante (2 HE 24 2,5 Zoll Einschübe) und die 2240-4 Variante (4 HE 24 3,5 Zoll Einschübe) erhältlich. Im Bild ist eine 2240-2 Variante abgebildet. NetQuest GmbH 2-7

FAS 2200 Serie (2) Typ FAS2220 FAS2240-2/-4 Max Kapazität 180 Tbyte 374/432 Tbyte Max. Anzahl von Platten 120 144 Volume/Aggregate Größe 60 TByte 60 TByte ECC Memory 6 GByte 6 GByte Onboard FC Ports - 2 (optional) oder 2 10 GBit Onboard Gbit Ethernet Ports 4 4 Onboard SAS Ports 2 2 Modulare I/O Steckplätze - 1 Disk Shelfs DS4243, DS4246, DS2246 DS4243, DS4246, DS2246 NetQuest GmbH 2-8

FAS 3200 Serie (1) Die FAS3200 Systeme bestehen aus einem separaten Filer Kopf (ein oder zwei Köpfe pro Gehäuse) und zusätzlichen Shelfs mit den Festplatten. NetQuest GmbH 2-9

FAS 3200 Serie (2) Typ FAS3210 FAS3240 mit/ohne erweitertem I/O Max Kapazität 480 TByte 1200TByte 1920 TByte Max. Anzahl von Platten 240 600 960 Volume/Aggregate Größe 50 TByte 70 TByte 70 Tbyte ECC Memory 8 GByte 16 Gbyte 32 GByte Onboard FC Ports 4 4 4 Onboard Gbit Ethernet Ports 4 4 4 Onboard SAS Ports 4 4 4 Expansion Ports 4 4/12 4/12 FAS3270 mit/ohne erweitertem I/O Disk Shelfs DS14mk4 FC, DS14mk2 FC, DS4243, DS4246, DS2246 DS14mk4 FC, DS14mk2 FC, DS4243, DS4246, DS2246 DS14mk4 FC, DS14mk2 FC, DS4243, DS4246, DS2246 NetQuest GmbH 2-10

FAS 6200 Serie (1) Die FAS6200 Systeme stellen die größten System dar und bestehen aus einem separaten Filer Kopf und zusätzlichen Shelfs mit den Festplatten. NetQuest GmbH 2-11

FAS 6200 Serie (2) Typ FAS6210 FAS6240 mit erweitertem I/O Max Kapazität 2400 TByte 2880 TByte 2880 TByte Max. Anzahl von Platten 1200 1440 1440 Volume/Aggregate Größe 70 Tbyte 100 Tbyte 100 Tbyte ECC Memory 48 Gbyte 96 Gbyte 96 GByte Onboard FC Ports 8-16 8-32 8-32 Onboard 10 Gbit Eth. Ports 8 8 8 Onboard SAS Ports 0-8 0-24 0-24 Expansion Ports 8 24 24 FAS6280 mit erweitertem I/O Disk Shelfs DS14mk4 FC, DS14mk2 FC, DS4243, DS4246, DS2246 DS14mk4 FC, DS14mk2 FC, DS4243, DS4246, DS2246 DS14mk4 FC, DS14mk2 FC, DS4243, DS4246, DS2246 NetQuest GmbH 2-12

2.3.4 Shelf NetApp Shelfs Die Festplatten werden physikalisch in ein sogenanntes Shelf gesteckt die über einen Fibre Channel Ring oder SAS an das FAS System angeschlossen werden Es werden verschiedene Shelf-Typen verwendet: Fibre Channel Festplatten - DS14, DS14MK2, DS14MK4 (alt) SATA Festplatten DS14MK2AT (alt) SSD/SATA/SAS 3,5 Festplatten DS4243, DS4246 SAS 2,5 DS2246 NetQuest GmbH 2-13

Shelf Aufbau (1) Ein Shelf enthält 14 Bays für Platten In einem Shelf können maximal 14 Fibre Channel oder SATA Platten eingesetzt werden. Die Bays für die Festplatten beginnen von 0 (rechts) und Enden bei 13 (links). NetQuest GmbH 2-14

Shelf Aufbau (2) In das Shelf werden Module für die Anbindung der FAS Systeme eingesteckt Modultypen: LRC, ESH, ESH2, ESH4 (FC) AT-FCX (SATA) Modultypen für den Anschluss (Filer Kopf / Shelf) Die LRC (Loop Resiliant Circuit) Module haben alle Fibre Channel Festplatten in einer FC- AL (Fibre Channel Arbitrated Loop) betrieben. Dies konnte beim Ausfall einer Platte einen offenen Ring erzeugen was zum Ausfall des kompletten Shelfs führte. Die neuen ESH (Electronical Switched Hub) Module verwenden einen Hub zum Anschluss der Festplatten der auch beim Totalausfall einer Festplatte den Ring schließt. NetQuest GmbH 2-15

SAS Shelf Die neueren Shelf-Typen werden nicht mehr über Fibre Channel sondern über SAS (Serial Attached SCSI) an die Controller angeschlossen. Es existieren zwei Arten von SAS Shelfs: DS2243 für maximal 24 2,5 SAS Festplatten oder SSD (Solid- State-Drive) DS4243 und DS4246 für maximal 24 3,5 SAS oder SATA Festplatten Die Bezeichnung DS4246 bedeutet: DS Disk Shelf 4 HE (Höheneinheiten) 24 24 Laufwerkseinschübe 6 IOM 6 mit 6 Gbit SAS Anschluss NetQuest GmbH 2-16

Vergleich FC-AL bzw. SAS Aktuell werden die Shelfs mittels eines IOM (SAS I/O Module) per SAS (Serial Attached SCSI) Schnittstelle mit 3 oder 6 Gbit/s (IOM3 bzw. IOM 6) an die Controller angebunden. SAS verwendet eine Punkt-zu-Punkt Verbindung und einen Expander der als nonblocking Switch implementiert ist. NetQuest GmbH 2-17

SAS Shelf Aufbau DS2246 Das DS2246 Shelf kann entweder mit 2,5 SAS Platten oder 2,5 SSD s (Solid State Drive) bestückt werden. NetQuest GmbH 2-18

SAS Shelf Aufbau DS4243/4246 Das DS4243 Shelf kann entweder mit 3,5 SAS oder 3,5 SATA Platten bestückt werden. NetQuest GmbH 2-19

2.3.5 Network Appliance Software Network Appliance Software NetApp Application Suite NetApp Server Suite NetApp Data Suite NetApp Storage Suite NetApp Application Suite Die NetApp Application Suite umfasste eine Vielzahl von Produkten die auf der Snapshot Technologie beruhen wir z.b. SnapMirror (spiegeln von Daten auf ein anderes Storage System) oder SnapRestore (Wiederherstellung von Volumes oder Dateien aus einem Snapshot). NetApp Server Suite Die NetApp Server Suite umfasst Produkte wie SnapDrive (Steuerung der Wiederherstellung von Snapshots vom Client) oder ApplicationWatch (Integration von Managementtools von Fremdherstellern). Diese Produkte sind für verschiedene Betriebssysteme erhältlich. NetApp Data Suite Die NetApp Data Suite umfasst Produkte wir den Protection Manager und den Virtual File Manager für die Abstraktion des Storage Systems. NetQuest GmbH 2-20

NetApp Storage Suite Die NetApp Storage Suite besteht aus den Produkten Operations Manager, File Storage Resource Manager, SAN Manager und CommonCentral Storage. Diese Anwendungen sind für die Verwaltung einer größeren Anzahl von Storage Systemen geeignet. NetQuest GmbH 2-21

2.4 Data ONTAP Architektur und Funktion Architektur und Funktionen von Data ONTAP. 2.4.1 Übersicht Data ONTAP Übersicht Data ONTAP Netz Netzwerk Protokolle WAFL RAID Storage Platten Phy. Speicher (RAM) NVRAM Der physische Speicher (RAM) wird für das Caching von Daten verwendet und ist ein normaler flüchtiger Speicher. Das NVRAM funktioniert wie ein Transaktionsprotokoll und zeichnet alle Änderung auf. Das NVRAM ist über einen Akku gepuffert und kann die Änderungen nach einem Absturz für mehrere Tage speichern. Die Änderungen werden benötigt um beim Neustart des Storage Systems das WAFL (Write Anywhere File Layout) in einen konsistenten Zustand zu bringen. Das Schreiben der im RAM veränderten Datenblöcke erfolgt bei einem Consistency Point. Dieser wird wenn nötig oder spätestens alle 10 Sekunden ausgelöst. NetQuest GmbH 2-22

2.4.2 Begriffe in Data ONTAP Begriffe in Data ONTAP Die Festplatten werden automatisch oder manuell zu einer Raid Group gruppiert die einen bestimmten RAID Level verwenden (RAID 4 oder RAID DP). Diese Raid Groups sind zu einem Aggregate zusammengeschlossen (ein Aggregate enthält ein oder mehrere RAID Groups). In dem Aggregate werden anschließen die Volumes (in diesem Falle ein Felxvol) erzeugt in denen dann später die Dateien (z.b. CIFS/NFS oder LUNs) liegen. Ein Aggregate kann ein oder mehrere Flexvols enthalten. In einem Volume können optional Qtrees erzeugt werden, die eine spezielle Art von Verzeichnissen darstellen. Seitens Data ONTAP können an diesen Qtrees zusätzliche Parameter wie z.b. die Quota angehängt werden. NetQuest GmbH 2-23

2.4.3 WAFL Dateisystem Funktion des WAFL Dateisystems Vom WAFL (Write Anywhere File Layout) Dateisystem werden im Normalfall nur komplette Stripes und die Parity geschrieben (ein Stripe oder Tetris besteht aus n Chunks). Dadurch kann das Storage System mit einem I/O ein Tetris schreiben und damit abhängig von der RAID Größe n Daten-Chunks schreiben. Die Chunks sind beim WAFL Dateisystem 4 KByte groß. Dies funktioniert aber nur wenn die RAID Gruppe (bzw. das Aggregate das die RAID Gruppe(n) enthält) nicht komplett aufgefüllt ist! Eine gute Performance wird dann erreicht wenn möglichst viele Chunks parallel geschrieben oder gelesen werden könne. Dies hängt von der Anzahl der Festplatten ab. NetQuest GmbH 2-24

I/O Ablauf NetQuest GmbH 2-25

2.4.4 Cluster Failover Option (CFO) Cluster Failover Option (CFO) Die Cluster oder Cluster Failover Option (CFO) ermöglicht eine aktiv-aktive Konfiguration der Controller. D.h. wenn Controller (Filer Kopf) ausfällt übernimmt der Partner dessen Funktion. Dies wird durch die Replikation der Änderungen im NVRAM erreicht. Ein Hälfte des NVRAM wird für die eigenen Änderungen und eine Hälfte des NVRAM für die Änderungen des Partners verwendet. Die synchrone Replikation der Änderungen erfolgt über eine Infiniband Verbindung. NetQuest GmbH 2-26

2.4.5 SnapMirror SnapMirror Asynchroner SnapMirror Replikation von Änderungen eine Volume oder Qtree zu einem Ziel-Volume oder Qtree Die Replikation erfolgt zeitgesteuert Synchroner SnapMirror Replikation von Änderungen eines Volume zu einem Ziel- Volume im selben Moment in dem diese Änderungen auf das Quell-Volume geschrieben werden Zusätzlich: semisynchron mit kurzem Zeitversatz (Millisekunden) Mit einem SyncMirror (Synchroner SnapMirror) können maximal 500 Meter überbrückt werden. Für weitere Entfernungen wird eine Dark Fibre (nicht beschaltete Glasfaser) benötigt. NetQuest GmbH 2-27

2.4.6 SnapVault SnapVault Damit NetApp Daten geschützt werden, optimiert SnapVault das Disk-basierte Backup und inkrementelle Sicherungen auf Blockebene. Mit SnapVault geschieht die Datensicherung auf Blockebene: Es werden nur Datenblöcke kopiert, die seit dem letzten Backup geändert wurden und keine ganzen Dateien. Auf diese Weise kann das Backup häufiger und mit geringeren Kapazitäten ausgeführt werden. NetQuest GmbH 2-28

2.4.7 SnapLock SnapLock SnapLock ist eine flexible Lösung für die dauerhafte Datenspeicherung, mit der selbst strengste Datenhaltungsauflagen oder interne IT-Richtlinien erfüllt werden. SnapLock hilft bei der Einhaltung von Aufbewahrungsbestimmungen, die die jahrelange und schreibgeschützte Archivierung von emails, Dokumenten und Prüfungsinformationen usw. vorschreiben. NetQuest GmbH 2-29

2.4.8 A-SIS (Blockdeduplizierung) A-SIS Netapp hat ab der Version 7.2 von Data ONTAP einen Mechanismus zur Deduplizierung in das Betriebssystem mit eingebaut. Der Netapp-Name dafür ist "Advanced Single-Instance Storage", kurz A-SIS. Durch die Deduplizierung werden identische Blöcke in einem Volume gesucht und entfernt (durch Zeiger ersetzt) und so Speicherplatz freigegeben. A-SIS dient ganz klar dazu, weniger Speicherplatz zu verbrauchen, indem man doppelte Blöcke mehrfach verlinkt (ähnlich wie klassische Unix-Hardlinks) und sie somit nicht mehr doppelt speichern muss. Etwas Ähnliches kann ONTAP schon sehr lange, und zwar im Zusammenhang mit CIFS-Filefolding. Um es noch einmal ganz deutlich zu sagen: A-SIS hat NICHTS mit Komprimierung zu tun! Die Dateien werden weiterhin nicht komprimiert auf dem Filer abgelegt. Lediglich mehrfach vorhandene Datenblöcke des Selben Inhalts werden eliminiert. Das Feature ist kein Performance-Killer. A-SIS funktioniert nur, wenn es explizit gestartet wird: Entweder manuell oder per Scheduler. Das bedeutet, dass im Normalbetrieb keine Deduplizierung der gleichen Blöcke stattfindet, man also die normale Performance der Maschine erwarten kann. Erst in der Nacht um 12 Uhr (das ist der verstellbare Default) legt der A-SIS Mechanismus los. NetQuest GmbH 2-30

2.4.9 Datenkomprimierung Datenkomprimierung NetApp Datenkomprimierung ist eine neue Funktion von Data ONTAP 8.0.1 7-Mode. Sie kann jeweils pro Volume aktiviert werden und komprimiert Datei- und LUN-Daten, während diese auf das Laufwerk geschrieben werden. Sie ermöglicht Speicherplatzeinsparungen für Datensätze, bei denen die Deduplizierung keine Vorteile bringt. Zudem lassen sich für bestimmte Datensätze durch Kombination von Komprimierung und Deduplizierung größere Speicherplatzeinsparungen erzielen als mit einem der Verfahren allein. NetQuest GmbH 2-31

2.4.10 DataMotion für Volumes DataMotion für Volumes Mit der DataMotion Funktion können Volumes unterbrechungsfrei zwischen Aggregaten auf dem gleichen Controller verschoben werden. Bei Data ONTAP 8.0.1 7-Mode wird dieser Vorgang für Volumes unterstützt, die eine oder mehrere LUNs aufweisen. Diese unterbrechungsfreie Datenverschiebung ist in vielerlei Hinsicht nützlich, beispielsweise um Speicherplatz in einem Aggregat freizugeben, bei Festplattenoperationen für Load- Balancing zu sorgen, Daten in eine andere Storage-Klasse zu verschieben und alte Festplatten durch neuere Modelle zu ersetzen. Der Applikations- und Benutzerzugriff bleibt während und nach der Datenverschiebung erhalten, und die Daten können zwischen Aggregaten verschoben werden, die unterschiedliche Laufwerkstypen nutzen. Sowohl FC-Laufwerke als auch SAS-, SSD- und SATA-Laufwerke werden unterstützt. NetQuest GmbH 2-32

2.4.11 Unified Connect Unified Connect Die Unified Connect Infrastruktur ist eine weitere neue Funktion von Data ONTAP 8.0.1 7- Mode. Sie ermöglicht auf NetApp Unified Target Adaptern (UTAs) die Nutzung sämtlicher SAN- und NAS-Protokolle (FCoE, iscsi, NFS und CIFS) über denselben 10-Gbit-Ethernet Port. Bei den UTAs handelt es sich um die gleichen Adapterkarten, die von NetApp erstmals bei Data ONTAP 7.3.2 für die Nutzung von FCoE bereitgestellt wurden. Die Verbesserungen an Data ONTAP 8.0.1 7-Mode erhöhen auch den Nutzen der NetApp Unified Storage-Architektur, die mit der Unterstützung aller Storage-Protokolle begann, sich über die zusätzliche Unterstützung für mehrere Storage-Klassen entwickelte und jetzt zur noch größeren Vereinfachung sämtliche Storage-Protokolle unter einem einzigen Pfad zusammenfasst. NetQuest GmbH 2-33

2.5 Dokumentation und Infos zu FAS Systemen Dokumentationen und Informationen zu den NetApp Storage Systemen. 2.5.1 NOW Website NOW Seite NetApp stellt auf der NOW Website http://now.netapp.com eine Reihe von Informationen und die Dokumentation zur Verfügung Zusätzlich ist hier auch der Download von Software, wie z.b. Data ONTAP möglich Für den Zugang muss ein Account beantragt werden NetQuest GmbH 2-34

2.5.2 Dokumentation Dokumentation Die Dokumentationen der NetApp FAS Storage Systeme kann auch auf der NOW Seite heruntergeladen werden Die Dokumentation liegt in einem HTML oder als PDF vor NetQuest GmbH 2-35

2.6 Übung Data ONTAP Simulator 2.6.1 Übung Data ONTAP Simulator Übersicht Übung Data ONTAP Simulator In der Übung soll der Data ONTAP Simulator installiert und initialisiert werden. Sonstige Konventionen: X steht für die Kursbezeichnung (a-z) Y steht für den/die Teilnehmer/Gruppe (01-99) Z steht für den Rechner (a oder b) Zum Testen stehen die Benutzer adminyyz, useryyz und helpyyz mit dem Password Pass1234$ zur Verfügung. NetQuest GmbH 2-36

2.6.2 Übung ONTAP Simulator Konfiguration (1) In der Übung soll der erste NetApp Simulator gestartet und initialisiert werden. Schritt Aktion 1. Zur Verwaltung der ONTAP Simulatoren muss auf dem Server msxyyz.domx.msft der vcenter Client installiert werden. Die Verbindung kann über den RDP-Client erfolgen. Die Anmeldung muss mit dem Benutzer domx\adminyyz erfolgen. Die Installationssoftware ist im Laufwerk S:\VMware\vSphere5 Client zu finden. Nach der Installation erfolgt die Anmeldung mit dem Benutzer education\kursx am vcenter mngvc.education.msft. Die NetApp Simulatoren sind im Datacenter DCRemoteLab -> RLCluster und den Ressourcen Pools Kurse -> KursX enthalten. 2. Für die VM otxyya muss jetzt die Konsole geöffnet, anschließend eingeschalt und beim Erscheinen der entsprechenden Meldung muss <CTRL>-C gedrückt werden um in das Installations-Menü zu gelangen. 3. Im Menü muss der Punkt (4) Clean configuration and initialize all disks ausgewählt werden um den virtuellen Filer zu initialisieren. Die Meldungen zur Initialisierung der Platten muss mit y bestätigt werden (Achtung, englische Tastatur). 4. Nach einem weiteren Reboot werden die Platten initialisiert und das Filesystem erzeugt und der Filer startet den setup Befehl. NetQuest GmbH 2-37

2.6.3 Übung ONTAP Simulator Konfiguration (2) In der Übung soll der zweite NetApp Simulator gestartet und initialisiert werden. Schritt Aktion 1. Für die VM otxyyb muss jetzt die Konsole geöffnet, anschließend eingeschalt und beim Erscheinen Meldung Hit [Enter] to boot muss die Leertaste gedrückt werden. 2. Am Prompt VLOADER> muss die Seriennummer geändert werden: VLOADER> setenv SYS_SERIAL_NUM 4034389-06-2 VLOADER> setenv bootarg.nvram.sysid 4034389062 3. Die Überprüfung erfolgt mit folgenden Befehlen: VLOADER> printenv SYS_SERIAL_NUM VLOADER> printenv bootarg.nvram.sysid 4. Der Reboot erfolgt mit dem Befehl: VLOADER> boot 5. Für die VM otxyya muss beim Erscheinen der entsprechenden Meldung <CTRL>-C gedrückt werden um in das Installations-Menü zu gelangen. 6. Im Menü muss der Punkt (4) Clean configuration and initialize all disks ausgewählt werden um den virtuellen Filer zu initialisieren. Die Meldungen zur Initialisierung der Platten muss mit y bestätigt werden (Achtung, englische Tastatur). 7. Nach einem weiteren Reboot werden die Platten initialisiert und das Filesystem erzeugt und der Filer startet den setup Befehl. NetQuest GmbH 2-38