I

Inhaltsverzeichnis

1.  Einleitung  1

2.  Definition Hochverfügbarkeit  2

2.1  Komponenten moderner, hochverfügbarer Speichersysteme  3

2.2  SAN Grundlagen.  4

3.  Einführung in die Fibre Channel-Technologie.  5

3.1  Fibre Channel-Ebenen.  7

3.2  Fibre Channel-Ports  9

3.3  Fibre Channel-Serviceklassen  9

3.4  Fibre Channel-Topologien  12

3.4.1  Point-to-Point.  12

3.4.2  Arbitrated Loop.  13

3.4.3  Fibre Channel Switched Fabric  15

3.4.3.1  Switched Fabric ohne Cascading.  16

3.4.3.2  Switched Fabric mit Cascading  17

4.  Das Potential von iSCSI (Small Computer Systems Interface over IP)  18

4.1  Einordnung von iSCSI unter anderen Protokollen  18

4.2  Aufbau und Funktionsweise von iSCSI  19

4.3  iSCSI-Netzwerkarchitektur  20

4.4  iSCSI-Protokollmodell  21

5.  Fazit.  22

Abbildungsverzeichnis.   II

Tabellenverzeichnis   III

Anhang   IV

Literaturverzeichnis   VII

II

Abbildungsverzeichnis   

Abbildung  1: Kosten pro Stunde Ausfallzeit in Millionen Dollar  

Abbildung  2: Network Attached Storage (NAS), Storage Area Networks (SANs)  

sowie  Direct Attached Storage (DAS)  

Abbildung  3: Fibre Channel-Protokollebenen.  

Abbildung  4: Fibre Channel-Ports im SAN  

Abbildung  5: Gigabit Interface Converter  

Abbildung  6: Fibre Channel-Point-to-Point-Topologie  

Abbildung  7: Fibre Channel-Loop-Topologie.  

Abbildung  8: Fibre Channel-Switched-Topologie  

Abbildung  9: Fibre Channel Switched-Topologie (ohne Cascading)  

Abbildung  10: Fibre Channel Switched-Topologie (mit Cascading)  

Abbildung  11: iSCSI-Paket  

Abbildung  12: iSCSI-Session mit einer oder mehreren Verbindungen  

Abbildung  13: iSCSI-Protokollstack  

III

Tabellenverzeichnis   

Tabelle 1:  Stufen der Verfügbarkeit  2

Tabelle 2:  Fibre Channel-Ports im SAN  9

- 1 - 1.Einleitung

In der heutigen Firmenlandschaft ist Hochverfügbarkeit längst keine optionale Entscheidung mehr. Datenverfügbarkeit ist wichtiger denn je, vor allem weil das anfallende Datenvolumen in Firmen ständig steigt. Unternehmen und Applikationen werden größer, wodurch sich auch das Anpassen der zugehörigen Rechenzentrumsinfrastruktur zu einem kritischen Prozess entwickelt. Das Internet und das Aufkommen des E-Commerce beschleunigte die Globalisierung der Unternehmen, so dass das alte 8 Stunden x 5 Tage-Modell seine Gültigkeit verloren hat. Heutzutage findet das operative Geschäft an 24 Stunden einer 7-Tage-Woche statt. Datenverfügbarkeit ohne Unterbrechung 365 Tage im Jahr um das Geschäft aufrecht zu erhalten. Ein Internetnutzer kümmert sich nicht um Öffnungszeiten. Er erwartet rundum die Uhr interessante Angebote und die Möglichkeit, darauf zu reagieren. Zeit ist Geld und nach dem Motto handeln auch die Kunden: ist eine Website nicht verfügbar, geht er zur nächsten. Deshalb kommt es darauf an, dass sowohl die Angebote gepflegt werden, als auch die relevante Hardware permanent verfügbar ist. Die steigende Abhängigkeit vom Computer im Alltag wirkt sich zwar schleichend, aber deshalb nicht minder dramatisch aus. Nicht nur dass Datenverlust, dem höchsten Gut eines Unternehmens, katastrophale Auswirkungen hat, auch schon die Tatsache auf Daten nicht zugreifen zu können ist im Regelfall sehr kostspielig. Das Paradebeispiel hierfür ist der Börsenhandel. Ein Internet-Broker garantiert seinen Kunden die Abwicklung aller Aufträge innerhalb von zwei Stunden. Damit ist ein hohes Risiko verbunden, denn falls es zu einem Totalausfall des IT-Systems über mehrere Stunden kommt, so kann dies Regressforderungen in Millionenhöhe wegen Spekulationsverlusten oder entgangenen Gewinnen nach sich ziehen.

¹ o.V.: Business Continuity When Disaster Strikes, Fibre Channel Industry Association; in

http://www.fibrechannel.com/technology/index.master.html , 1.12.02

- 2 - 2.Definition Hochverfügbarkeit

Hohe Verfügbarkeitsraten der Systeme sind allzu oft Werbemittel vieler Hersteller. Mit Stolz nennt man 99,999 % als Beschreibung der maximalen Verfügbarkeit pro Jahr. Selbst Systeme auf NT-Basis weisen erstaunlich hohe Zahlen jenseits von 99,5 % Verfügbarkeit auf. Ratsam ist es aber im Kleingedruckten nachzulesen, wie sich die „Downtime“ errechnet. Einige Klarstellungen und Abgrenzungen sind deshalb angebracht.

Hochverfügbarkeit (im Folgenden auch High Availability oder kurz HA genannt) nimmt minimale Ausfallzeiten billigend in Kauf. Der Anwender nimmt diese Ausfallzeit maximal als kurze Unterbrechung wahr. Fehlertoleranz erlaubt keine auch noch so geringe Ausfallzeit. Hier muss das System ohne jeden Aussetzer mit allen auftretenden Widrigkeiten fertig werden. ³ Das macht sich natürlich in der technischen Komplexität und damit auch im Preis bemerkbar.

Tabelle 1: Stufen der Verfügbarkeit ⁴ / 5

Obwohl uns 99% Verfügbarkeit hoch erscheinen, würde dieses „hochverfügbare“ System länger als 83 Stunden im Jahr lahm liegen. Höhere Verfügbarkeitsgrade sind nur mit einer hochverfügbaren Speicherinfrastruktur zu erreichen. Das Hauptaugenmerk muss dabei auf die Vermeidung unvorhersehbarer Ausfälle gelegt werden, wie es Stromausfälle, Netzwerkprobleme sowie Hard- oder Softwarefehler sind. Planbare Ausfallzeiten durch Wartung, Hardwareaufrüstung oder das Einspielen von Software-Updates soll ebenso vermieden werden. 6

² Brooks, Charlotte u.a.: Disaster Recovery Strategies with Tivoli Storage Management, IBM Redbook, 2.

Auflage November 2002, S.8

³ Török, Elmar: Hochverfügbarkeit, in Informationweek, Ausgabe 16, 1999; auf

http://www.informationweek.de/index.php3?/channels/channel24/991620.htm, 30.11.2002

⁴ Ronneburger, Ralf: Integrationsarchitekturen im eBusiness - Hochverfügbarkeit, auf:

http://ais.informatik.uni-leipzig.de/download/2002s_s_ieb/RalfRonneburger_Hochverfuegbarkeit.pdf, 2.12.2002,

S.4

⁵ Török, E.: Hochverfügbarkeit, in Informationweek, Ausgabe 16, 1999; auf

http://www.informationweek.de/index.php3?/channels/channel24/991620.htm, 30.11.2002

⁶ Ronneburger, R.: [Hochverfügbarkeit], 2.12.2002, S.8

- 3 -Führt das Versagen einer einzigen Komponente zum Komplettausfall wird dies als ein SPoF (Single Point of Failure) bezeichnet. Im Rahmen der Anforderungen von Hochverfügbarkeit muss solchen Fehlern entgegnet werden. Eine ausführlichere Aufstellung von geplanten und ungeplanten Fehlerquellen finden Sie im Anhang unter Punkt A.

2.1 Komponenten moderner, hochverfügbarer Speichersysteme

Komponenten, die den Anforderungen moderner Speicherinfrastruktur genügen, beginnen bei redundanten Komponenten einzelner Server, umfassen ferner die RAID-Technologie (Redundant Array of Independent Disks), Failover-Cluster, skalierbare Cluster, Storage Area Networks (im Folgenden kurz SANs genannt) sowie Network Attached Storage (NAS), Virtual Storage Area Networks (VSANs) sowie moderne Backup-Technologien. Vergessen werden dürfen aber auch nicht die bautechnischen Vorsorgemaßnahmen für den Katastrophenfall. Feuer, Löschwasser, Feuchtigkeit, Brandgase oder Vandalismus seien nur einige der möglichen Bedrohungen für ein Rechenzentrum, denen es zu begegnen gilt. Bei 85% Luftfeuchtigkeit oder einer Temperatur von 70° Grad Celsius kommen Hardwarekomponenten schon an ihre Belastungsgrenze. Magnetische Datenträger werden sogar noch eher vernichtet. ⁷ Eine Investition in feuerfeste, klimatisierte IT-Sicherheitsräume mit Zugangskontrolle, Brandmelde- sowie Löschsystem und einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) ist deshalb unabdingbar.

Der Storage Networking Markt explodiert derzeit und geht schnell von einem serverzentrierten Modell mit Speicherkapazitäten an den Servern über zu einem netzwerkzentrierten Modell, das Storage Area Networks (SAN), Network Attached Storage (NAS) ebenso umfasst wie das altbewährte Fibre Channel (FC), aufkommende offene IP-Protokolle wie iSCSI oder FCIP und die DWDM-Technologie (Dense Wavelength Division Multiplexing) ⁸ .

SAN und NAS weichen grundlegend voneinander ab, am deutlichsten in ihrer Art Daten zu transportieren. NAS wählt hier den Weg über die Transportprotokolle NFS für Unix und CIFS für Windows. SANs hingegen benutzen Transportprotokolle wie es die bereits genannten Fibre Channel und iSCSI sind. Ein weiterer Unterschied ergibt sich aus dem Speicherzugriff. Bei SANs erfolgt er blockorientiert, dateiorientiert bei NAS. Eine naheliegende Tatsache,

⁷ o.V.: in http://www.lampertz.de/DuS.htm, 12.1.03

⁸ Technologie, die Daten verschiedener Quellen auf einem Lichtwellenleiter vereint. Jedes Signal wird dabei

zeitgleich mit den anderen Signalen auf seiner eigenen Lichtwellenlänge transportiert. Bis zu 80 separate

Wellenlängen können auf einem einzigen Glasfaserleiter gebündelt werden. Es handelt sich um

Zeitmultiplexsignale. Eingesetzt wird das Verfahren im Weitverkehrsbereich.

- 4 -wenn man bedenkt, dass sich ein NAS aus vernetzten File-Servern zusammensetzt. Zur Speichererweiterung schließt man diese an eine bestehendes TCP/IP-Netzwerk (Ethernet) an. ⁹ Zu NAS finden Sie in dieser Arbeit keine Vertiefung, eine Einführung in SAN folgt jedoch im kommenden Abschnitt. Bevor dies geschieht sollen zunächst aber die folgenden Graphiken die Unterschiede zwischen SAN, NAS und DAS veranschaulichen.

Abbildung 2: Network Attached Storage (NAS), Storage Area Networks (SANs) ¹⁰ sowie

Direct Attached Storage (DAS) 11

2.2 SAN Grundlagen

Storage Area Networks haben in den letzten Jahren einen gewaltigen Boom erlebt, sind aber dennoch keine neue Erfindung: IBM stellte bereits 1991 ihre proprietäre Version namens ESCON vor. Es handelte sich dabei um eine Switched- oder Punkt-zu-Punkt-Topologie mit einer durchschnittlichen Datentransferrate von 117 MByte/s. ¹² Eine Weiterentwicklung an der Technologie hat sich als lohnend erwiesen. Hochgeschätzt sind SANs auch heute, insbesondere weil sie hochverfügbare und skalierbare Speicherdienste ermöglichen, die Kosten reduzieren und die Komplexität bei der Verwaltung der Speicherressourcen verringern. In vielen Bereichen hat sich das SAN als Standardplattform etabliert. SAN bezeichnet eine Struktur, in der einzelne Speichermedien in einem eigenen Subnetz in Verbindung stehen. Dies bedeutet, dass ein SAN vollständig vom Unternehmens-LAN oder WAN getrennt ist.

Mehrere Hostsysteme besitzen über ihre Host-Bus-Adapter Zugriff auf ein und dasselbe Storage Array. Spiegelung der Daten über größere Entfernungen und Zugriffe von mehreren Hosts auf die Massenspeicher sind innerhalb eines SAN auch kein Problem mehr. Anstatt

⁹ Axt, Daniel: Studienarbeit NAS - LINUX , in:http://www.ba-horb.de/~axda/ProblemNFS-CIFS.htm, 8.1.2003

¹⁰ o.V.: http://www.nas-san.com/differ.html, 9.1.03

¹¹ McLaughlin, Eric: iSCSI’s Place in the Storage Area Network, White Paper, 2001, Agilent Technologies, S.2

¹² Ciancialo, Dr. Sabine: Neuer Anlauf - Fibre Channel auf dem Vormarsch, in c' t 21/98, S. 70