Speichernetze: Grundlagen und Einsatz von Fibre Channel SAN, NAS, iSCSI und InfiniBand
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Heidelberg
dpunkt-Verl.
2003
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| Edition: | 1. Aufl. |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | XXVIII, 385 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 389864135X |
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| adam_text | Titel: Speichernetze
Autor: Troppens, Ulf
Jahr: 2003
Inhaltsverzeichnis
Geleitwort..........................................................................................vii
Vorwort..............................................................................................xi
Inhaltsverzeichnis............................................................................xvi
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis......................xxiii
1 Einleitung..............................................................................1
1.1 Die serverzentrierte IT-Architektur und deren Beschrankungen 1
1.2 Die speicherzentrierte IT-Architektur und deren Vorteile.... 3
1.3 Beispiel: Austausch eines Servers mit Speichernetzen............5
1.4 Gliederung des Buches ..............................................................7
1 Techniken fur Speichernetze 13
2 Intelligente Disksubsysteme................................................15
2.1 Architektur Intelligenter Disksubsysteme..................................16
2.2 Festplatten und interne l/O-Kanale..........................................18
2.3 JBOD: Just a Bunch of Disks ..................................................21
2.4 Speichervirtualisierung durch RAID..........................................22
2.5 Verschiedene RAID-Level im Detail..........................................25
2.5.1 RAID 0: Blockweises Striping................................................25
2.5.2 RAID 1: Blockweises Mirroring..............................................27
2.5.3 RAID 0+1/RAID 10: Striping und Mirroring kombiniert .. 28
2.5.4 RAID 4 und RAID 5: Parity statt Mirroring ........................32
2.5.5 RAID 2 und RAID 3................................................................37
2.5.6 Die RAID-Level im Vergleich ................................................38
2.6 Caching: Beschleunigung der Festplattenzugriffe....................40
2.6.1 Cache auf der Festplatte........................................................40
2.6.2 Schreib-Cache im Controller des Disksubsystems................41
2.6.3 Lese-Cache im RAID-Controller............................................41
2.7 Intelligente Disksubsysteme ......................................................42
Inhaltsverzeichnis
- . ..........43
2.7.1 Instant Copies...............................
2.7.2 Remote Mirroring..................................
2.7.3 LUN Masking..........................................................................4
2.8 Verfugbarkeit von Disksubsystemen..........................................52
2.9 Zusammenfassung und Ausblick................................................54
3 l/O-Techniken......................................................................57
3.1 Der physikalische l/O-Pfad von der CPU zum Speichersystem 58
3.2 Small Computer System Interface (SCSI) . .............................61
3.2.1 SCSI-Grundlagen ................................................61
3.2.2 SCSI und Speichernetze...........................................63
3.3 Der Fibre-Channel-Protokollturm.....................................65
3.3.1 Links, Ports und Topologien.......................................68
3.3.2 FC-0: Kabel, Stecker und Signalkodierung............................71
3.3.3 FC-1: 8b/10b-Kodierung, Ordered Sets und Link Control . 73
3.3.4 FC-2: Exchange, Sequence, Frame, Flusskontrolle und
Dienstklassen..........................................................................76
3.3.5 FC-3: Gemeinsame Dienste....................................................81
3.3.6 Link Services: Login und Adressierung..................................86
3.3.7 Fabric Services: Name Server und Co....................................90
3.3.8 FC-4 und ULPs: Anwendungsprotokolle................................90
3.4 Fibre Channel SAN....................................................................94
3.4.1 Die Point-to-Point-Topologie................................................94
3.4.2 Die Fabric-Topologie..............................................................94
3.4.3 Die Arbitrated-Loop-Topologie..............................................99
3.4.4 Hardwarekomponenten fur Fibre Channel SAN....................102
3.4.5 InterSANs................................................................................106
3.4.6 Interoperabilitat von Fibre Channel SAN...............110
3.5 IP Storage ..................................................................................112
3.5.1 TCP/IP und Ethernet als l/O-Technik ................................113
3.5.2 IP-Storage-Standards: iSCSl, iFCP, mFCP, FCIP und iSNS 119
3.5.3 Migration von SCSI und Fibre Channel zu IP Storage .... 123
3.6 InfiniBand....................................................................................124
3.7 Virtual Interface Architecture (VIA) ........................................128
3.8 Zusammenfassung und Ausblick................................................131
4 Dateisysteme und Network Attached Storage (NAS) .. 133
4.1 Lokale Dateisysteme................................................................133
4.1.1 Dateisysteme und Datenbanken............................................134
4.1.2 Journaling..............................................134
4.1.3 Snapshots..............................................135
4.1.4 Volume Manager..............................................136
4.2 Netzwerk-Dateisysteme und Fileserver......................................136
V
Inhaltsverzeichnis
4.2.1 Grundprinzip............................................................................137
4.2.2 Network Attached Storage (NAS) ........................................140
4.2.3 Performance-Engpasse in Fileservern....................................141
4.2.4 Beschleunigung von Netzwerk-Dateisystemen......................143
4.2.5 Fallstudie: Das Direct Access File System (DAFS)..............144
4.3 Shared-Disk-Dateisysteme..........................................................149
4.3.1 Fallstudie: Das General Parallel File System (GPFS)..... 151
4.4 Vergleich: NAS, Fibre Channel SAN und iSCSI SAN....... 155
4.5 Zusammenfassung und Ausblick........................ 158
II Einsatz von Speichernetzen 161
5 Anwendung von Speichernetzen....................163
5.1 Noch einmal: Virtualisierung im l/O-Pfad................................163
5.2 Begriffsbestimmung »Speichernetz«..........................................168
5.2.1 Schichtung der Ubertragungstechniken und Protokolle . . . 168
5.2.2 Netze im l/O-Pfad..................................................................170
5.2.3 Datennetze, Sprachnetze und Speichernetze........................171
5.3 Storage Sharing..........................................................................172
5.3.1 Disk Storage Pooling..............................................................172
5.3.2 Dynamic Tape Library Sharing..............................................173
5.3.3 Data Sharing............................................................................175
5.4 Verfugbarkeit von Daten............................................................178
5.4.1 Ausfall eines I/O-Busses........................................................180
5.4.2 Ausfall eines Servers................................................................183
5.4.3 Ausfall eines Disksubsystems..................................................184
5.4.4 Ausfall eines Rechenzentrums am Beispiel »Schutz einer
wichtigen Datenbank«............................................................188
5.5 Anpassbarkeit und Skalierbarkeit von IT-Systemen ................191
5.5.1 Clustering zur Lastverteilung..................................................192
5.5.2 Webarchitektur (Funf-Schichten-Architektur)......................199
5.5.3 Webanwendungen am Beispiel »Reiseportal«........................204
5.6 Zusammenfassung und Ausblick................................................208
6 Netzwerk-Datensicherung.........................211
6.1 Rahmenbedingungen der Datensicherung................................212
6.2 Dienste der Netzwerk-Datensicherung......................................212
6.3 Serverkomponenten....................................................................215
6.3.1 Job Scheduler..........................................................................215
6.3.2 Error Handler..........................................................................216
6.3.3 Metadaten-Datenbank............................................................216
6.3.4 Media Manager ......................................................................217
Inhaltsverzeichnis
220
6.4 Backup-Clients......................................
6.5 Performance-Gewinne durch Netzwerk-Datensicherung.....
6.6 Performance-Engpasse der Netzwerk-Datensicherung......223
6.6.1 Anwendungsspezifische Performance-Engpasse..........223
6.6.2 Performance-Engpasse aufgrund der serverzentrierten
IT-Architektur.....................................223
6.7 Eingeschrankte Moglichkeiten zur Performance-Steigerung.. 225
6.7.1 Separates LAN fur die Netzwerk-Datensicherung........225
6.7.2 Mehrere Backup-Server.............................227
6.7.3 Backup-Server und Anwendungsserver auf dem gleichen
physikalischen Rechner .............................22^
6.8 Next Generation Backup..............................23^
6.8.1 Server-free Backup..............................¦ ¦ ¦ 230
6.8.2 LAN-free Backup.....................................232
6.8.3 LAN-free Backup mit Shared-Disk-Dateisystemen.......233
6.8.4 Tape Library Sharing...............................235
6.8.5 Datensicherung mit Instant Copies....................235
6.8.6 Datensicherung mit Remote Mirroring..................................238
6.9 Sicherung von Dateisystemen....................................................239
6.9.1 Sicherung von Fileservern ...........................240
6.9.2 Sicherung von Dateisystemen........................241
6.9.3 Sicherung von NAS-Servern .........................243
6.9.4 Das Network Data Management Protocol (NDMP)......245
6.10 Sicherung von Datenbanken...........................253
6.10.1 Arbeitsweise von Datenbanksystemen ..................................253
6.10.2 Klassische Sicherung von Datenbanken................................256
6.10.3 Next Generation Backup von Datenbanken.............258
6.11 Organisatorische Aspekte der Datensicherung............260
6.12 Zusammenfassung und Ausblick........................262
7 Speichervirtualisierung............................................265
7.1 Probleme und Anforderungen.......................... 266
7.1.1 Schwierigkeiten bei der Speicheradministration..........266
7.1.2 Anforderungen der Daten...........................268
7.1.3 Anforderungen der Datennutzer an Speichernetze.......269
7.1.4 Losungsansatz: Speichervirtualisierung.................269
7.2 Definition Speichervirtualisierung.......................270
7.3 Implementierungsuberlegungen.........................272
7.3.1 Realisierung der Virtualisierungsinstanz................272
7.3.2 Austausch von Speichergeraten ......................274
7.3.3 EfFiziente Ressourcennutzung durch dynamische Speicher-
zuweisung....................................................274
7.3.4 Effiziente Ressourcennutzung durch Datenmigration.....275
7.3.5 Performance-Steigerung..........................................................275
7.3.6 Verfiigbarkeit durch Einfuhrung von Redundanz..................276
7.3.7 Datensicherung und Archivierung..........................................276
7.3.8 Gemeinsame Datennutzung....................................................276
7.3.9 Datenschutz............................................................................277
7.4 Speichervirtualisierung auf Block- oder Dateiebene........277
7.5 Speichervirtualisierung auf verschiedenen Ebenen des Spei-
chernetzes....................................................................................280
7.5.1 Speichervirtualisierung im Server............................280
7.5.2 Speichervirtualisierung in Speichergeraten............................283
7.5.3 Speichervirtualisierung im Netz..............................................284
7.6 Symmetrische und asymmetrische Speichervirtualisierung im
Netz............................................................................................285
7.6.1 Symmetrische Speichervirtualisierung....................................285
7.6.2 Asymmetrische Speichervirtualisierung..................................289
7.7 Zusammenfassung......................................................................294
8 Verwaltung von Speichernetzen....................295
8.1 Systemverwaltung......................................................................295
8.2 Anforderungen an Verwaltungssysteme....................................296
8.3 Unterstiitzung durch Verwaltungssysteme................................298
8.4 Verwaltungsschnittstellen..........................................................300
8.5 Standardisierte und proprietare Mechanismen..........................302
8.5.1 Standardisierte Mechanismen................................................303
8.5.2 Proprietare Mechanismen ......................................................303
8.6 In-Band-Management................................................................304
8.6.1 In-Band-Management im Fibre Channel SAN...........306
8.7 Out-Band-Management ............................................................310
8.7.1 Einsatz von SNMP..................................................................311
8.7.2 C1M und WBEM ....................................................................317
8.7.3 Bluefin......................................................................................324
8.7.4 CMIP und DMI ......................................................................325
8.8 Operationale Aspekte der Verwaltung von Speichernetzen . . 327
8.9 Zusammenfassung......................................................................330
Glossar...............................................331
Kommentiertes Literatur- und Quellenverzeichnis...........355
A
Beweis fur die Berechnung des Paritatsblockes von
RAID 4 und 5 ...................................361
Inhaltsverzeichnis
B Checkliste fur die Verwaltung von Speichernetzen----363
B.l Anwendungen.......................................364
B.l.l Monitoring.......................................364
B.l.2 Verfugbarkeit.....................................364
B.l.3 Performance......................................364
B.1.4 Skalierbarkeit.....................................365
B.l.5 Effiziente Nutzung.................................365
B.2 Daten.............................................365
B.2.1 Verfugbarkeit.....................................365
B.2.2 Performance......................................365
B.2.3 Sicherung........................................365
B.2.4 Archivierung......................................366
B.2.5 Migration........................................366
B.2.6 Gemeinsame Datennutzung.........................366
B.2.7 Sicherheit / Zugriffskontrolle........................366
B.3 Ressourcen.........................................367
B.3.1 Inventur / Asset Management und Planung............367
B.3.2 Monitoring.......................................367
B.3.3 Konfiguration.....................................367
B.3.4 Ressourcennutzung................................367
B.3.5 Kapazitat........................................368
B.3.6 Effiziente Ressourcennutzung........................368
B.3.7 Verfugbarkeit.....................................363
B.3.8 Ressourcenmigration...............................368
B.3.9 Sicherheit........................................369
B.4 Netz........................................................................369
B.4.1 Topologie....................................369
B.4.2 Monitoring......................................................369
B.4.3 Verfugbarkeit..............................................369
B.4.4 Performance............................................369
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