Leitfaden Storage Konnektivität iSCSI SAS FC

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Dieser Artikel befasst sich mit den wichtigsten auf den Markt befindlichen Technologien (iSCSI, SAS, FC), um ein Storage an einen Server / Workstation anzubinden. Die jeweiligen technischen Details stehen nicht im Vordergrund, vielmehr soll ein kurzer Überblick verschafft werden, um eine Entscheidung / Vorauswahl treffen zu können.

iSCSI

Übersicht

iSCSI ist ein Protokoll, welches über TCP/IP übertragen wird
Es sind zwei Komponenten nötig: Der Initiator (Client) und das Target (Ziel, SAN). Mit einem iSCSI-Initiator ist es möglich, auf ein iSCSI-Target von einem Storage zuzugreifen, dieses iSCSI Target wird wie ein internes Laufwerk / Array behandelt. Dieses Laufwerk muss vom Client entsprechend formatiert werden, um darauf zuzugreifen. Die Konfiguration des RAID Levels erfolgt auf Ebene des Storagecontrollers bzw OS vom Storage. Es handelt sich um Technologien die ausgereift sind und seit Jahrzehnten im Einsatz sind.

• iSCSI ist:
  • SCSI-Protokoll in iSCSI gepackt
  • iSCSI wird in TCP gepackt
  • diese TCP Pakete können über IP Netzwerke übertragen werden

Anforderungen

• Um ein iSCSI Netzwerk einzurichten bedarf es
  • iSCSI Initiator (Client)
    • Netzwerkkarte (idealerweise mit ToE)
    • iSCSI-Software- oder Hardware-Initiator
    • Der Software-Initiator ist i.d.R. Eine Komponente vom Betriebssystem (Windows) – bei Linux ist bei den meisten kommerziellen Distributionen ein Software-Initiator mit grafischer Administrationsoberfläche.
  • iSCSI Target / Ziel
    • Storage System, welches iSCSI Unterstützt, z.B.:
    • EMC
    • NetApp
    • Windows Server 2008/R2 Std, Windows Storage Server 2008/R2
  • Netzwerkkomponenten
    • Switch bzw. mehrere bei Multi-Pathing

Dedizierte Hardware-iSCSI-Initiatoren haben die iSCSI Initiator Funktionalität implementiert ist. Eine solche Karte wird auch iSCSI HBA genannt.

Bei ToE (TCP Offload Engine) handelt es sich um eine Technologie, die bei Netzwerkkarten Verwendung findet, mit dem Ziel, den CPU von rechenintensiven Aufgaben des Protokollstacks des TCP/IP (TCP/IP-Stack) zu entlasten. Hierzu gehört beispielsweise die Berechnung von Prüfsummen. Eine derartige Entlastung des Hauptprozessors fällt vor allem bei schnellen Verbindungen ins Gewicht, beispielsweise Gigabit Ethernet oder 10 Gigabit/s Ethernet.

Bei der Einrichtung des Netzwerkes ist darauf zu achten, dass die Wahl auf ein dediziertes Storage-Netzwerk fällt. Ein dediziertes Storage Netzwerk sollte hinsichtlich Sicherheit, Performance und Administration gewählt werden. Entscheidet man sich für ein gemischtes LAN, so ist das Risiko einer Sabotage oder Hardwareausfalls größer, auch können ggf. Probleme sehr schwierig analysiert und behoben werden. Durch eine strikte Trennung von LAN und SAN eliminiert man potenzielle Störquellen, die sich einerseits negativ auf den SAN-Betrieb als auch auf den LAN-Betrieb auswirken können.

Vorteile

• Zu den größten Vorteilen von iSCSI gehört die Performance im ungeschlagenen Preis/Leistungsverhältnis
• Die vorhandene Hardware / Netzwerkinfrastruktur kann weiter genutzt werden
• Die Hardware ist Kostengünstig, Upgradekosten sind kalkulierbar
• (Entfernungsunabhängigkeit, iSCSI über WAN ist möglich, macht jedoch bei I/O-Lastigen Anwendungen wie Datenbanken kaum Sinn, da die Leitung schnell an Ihre Kapazitätsgrenzen kommt, zu beachten ist außerdem, dass iSCSI nicht verschlüsselt, eventuelle VPN-Verbindungen können ebenfalls Kapazitäts- und Performancetechnisch ans Limit kommen)

Nachteile

• Performance bei sehr hohen I/O's - dies wird i.d.R. jedoch nur durch Datenbanken ausgereizt
  • Aufgrund des höheren Overheads, ggü. FC, welches für blockbasierte Übertragung optimiert ist, hat iSCSI den Nachteil, dass bei kleinen Datenpaketen verhältnismäßig viel Overhead entsteht
  • Die SCSI Operationen werden in iSCSI gepackt, diese dann in TCP und IP, Bitweise übertragen und entsprechend wieder ausgepackt.

  • SCSI -> iSCSI -> TCP -> IP -> Link -----Netzwerk----> Link -> IP -> TCP -> iSCSI -> SCSI

Einsatzmöglichkeiten

• iSCSI eignet sich im Grunde für alles, was blockbasiert ist.
• Servervirtualisierung mit VMware, Hyper-V
• Storagekonsolidierung
• Storagezentralisierung
• Mailserver; Exchange
• Webserver; Apache, IIS
• Fileserver
• Archivierung, Datensicherung

Weitere Infos

https://www.thomas-krenn.com/de/wiki/ISCSI_Grundlagen
https://www.thomas-krenn.com/de/wiki/Storage_Multipathing_Technologien
https://www.thomas-krenn.com/de/wiki/ISCSI_Multipathing_unter_Linux
https://www.thomas-krenn.com/de/wiki/ISCSI_unter_Linux_mounten

SAS

Übersicht

Nachdem das parallele SCSI mit 320MB/s an seine technischen Grenzen gestoßen ist, konnte eine weitere Entwicklung in Richtung Performance und Skalierbarkeit nur durch eine serielle Version – SAS (Serial Attached SCSI) - ermöglicht werden.

Anforderungen

• Zum Betrieb eines SAS JBOD's benötigt man
  • SAS / SAS- Raid Controller mit Internen / Externen Ports
  • Interne / Externe Ports Abhängig von Backplanetyp:
    • interne SAS Expander Backplane (z.B. SC 826, 836, 846, 847 etc.)
    • externe SAS Expander Backplane eines JBOD's

Relativ jung ist die Technologie, z.B. einen Server per SAS mit einem Storage zu verbinden, die Verwaltung der RAID Arrays erfolgt im Gegensatz zu einem JBOD von einem Controller, welcher im Storage eingebaut ist, in einem JBOD System erfolgt die Verwaltung der Arrays extern, also von einem Controller in einem Server (z.B. Windows Storage Server, welcher als Storage Head fungiert) .

Vorteile

• Der Hauptvorteil einer Storage, welche per SAS angebunden ist, sind:
  • einfache, kostengünstige Anschaffung, Inbetriebnahme sowie Skalierbarkeit
  • keine zusätzlichen Softwarelizenzen benötigt
  • sollte mehr Performance benötigt werden, dann kann ein zusätzlicher Storagecontroller (RAID Controller) in den Storage Head eingebaut werden, dieser übernimmt dann die Verwaltung eines Lastintensiven JBOD's / Arrays

Nachteile

• physikalische Begrenzung / Datendurchsatz
• es können nicht beliebig viele JBOD's an einen RAID Controller angeschlossen werden
• die angeschlossenen JBOD's bzw. Platten teilen sich die Bandbreite
  • werden an einen 4x SAS-2 Controller 32 Platten angeschlossen, so bleiben bei gleichmäßiger Auslastung pro HDD ca 75,0 MB/s übrig
  • werden an einen 4x SAS-2 Controller 64 Platten angeschlossen, so bleiben bei gleichmäßiger Auslastung pro HDD ca 37,5 MB/s übrig

Einsatzmöglichkeiten

• Anschluss von Festplatten bei einem DAS
• Verwendung findet SAS auch bei der Verbindung von:
  • Server und RAID-Systemen
  • JBOD's
  • Streamern und Storageloadern

Weitere Infos

https://www.thomas-krenn.com/de/wiki/SAS_Expander_Backplane

FC

Übersicht

FC-P = Fibre Channel ist ein Protokoll, welches über Fiber (=Glasfaser, optisch) als auch Kupfer (elektrisch) übertragen werden kann. FC hat sich jedoch als Überbegriff für das Fibre Channel Protokoll mit Fiber (Glasfaser) etabliert.

Anforderungen

• Für den Betrieb einer FC Storage wird ein dediziertes FC Storage Netzwerk (SAN) benötigt, dieses setzt sich aus
  • FC Storage
  • FC Switch oder mehr (Stichwort SPoF / Multi-Pathing )
  • FC HBA's in den Servern / Workstations

Die Verbindungen, ab FC-Switch, zu den „Endgeräten“ können jedoch auch über Kupfer realisiert werden.

Ein FC Storage ohne Switch ist technisch möglich, es jedoch sollte abgewogen werden, ob dies den gewünschten Sicherheitsstandard bietet – insbesondere in Betracht auf einen Single Point of Failure und Multi-Pathing, welches konsequent verfolgt wird.

Vorteile

• Unempfindlich gegenüber EMS
• sehr geringe Latenz
• Kabellänge
• Abhörsicher
• Kein Überspringen der Signale

Nachteile

• Verhältnismäßig teuer in der Anschaffung im Vergleich ggü. Kupfer
• Kabel sind empfindlicher

Einsatzmöglichkeiten

• Latenzintensive Anwendungen
• Industrieanlagen
• Datenbanken

Weitere Infos

https://www.thomas-krenn.com/de/wiki/Vorraussetzungen_f%C3%BCr_High_Availability_HA_in_virtuellen_Umgebungen