Storage Area Network


Hausarbeit, 2003
25 Seiten, Note: keine Note

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Allgemeiner Überblick über Speichertechniken
2.1 Serverzentrierte IT-Architektur
2.2 Speicherzentrierte IT-Architekturen
2.3 Vorteile von Speichernetzen

3. Die Technik, die dahinter steckt
3.1 Das SCSI Protokoll
3.2 Intelligente Disksubsysteme
3.3 Fibre Channel als Basistechnik
3.4 Der Fibre Channel Protokollturm
3.5 Drei Fibre Channel Topologien
3.6 Verwaltung von Speichernetzen

4. Storage Area Network bei XXX GmbH
4.1 Beschreibung der Ist-Situation
4.2 Beschreibung des SAN

5. Vergleich zwischen SAN und konventioneller Lösung
5.1 Aufwand
5.2 Kosten
5.3 Zukunft

6. Schlussbetrachtung

Anhang

1. Abkürzungsverzeichnis

2. Anlagen

3. Literaturverzeichnis

1. Einleitung

Gespeicherte Daten und die darin enthaltenen Informationen stellen im heutigen

Informationszeitalter "die Kronjuwelen" eines Unternehmens dar. Die immer größer werdende Datenmenge, die in vielen Unternehmen unter anderem wegen gesetzlichen Vorschriften zur digitalen Speicherung aller Geschäftsdaten, um mehr als 100 % jährlich wächst, stellt nicht nur immense Ansprüche an Speicherkapazitäten, sie erfordert auch neue Wege, um die Informationen sicher zu speichern, kostengünstig zu verwalten und den Applikationen schnell zur Verfügung zu stellen.

Herkömmliche Speichertechniken können diesen Forderungen heutzutage nicht mehr gerecht werden. Die steigende Datenflut kann nicht mehr optimal verwaltet werden und Erweiterungen der Speicherkapazitäten werden durch Hardware Einschränkungen, wie Server Steckplätze und Anschlussmöglichkeiten, vor allem aber durch steigenden Administrationsaufwand begrenzt.

Ein modernes Speicherkonzept - das Storage Area Network - stellt neue Techniken zur Bewältigung des Datenaufkommens zur Verfügung.

Diese Arbeit vermittelt die Grundlagen eines Storage Area Networks, Basistechnologien und -architekturen und erläutert deren konkrete Umsetzung bei der XXX GmbH & Co. KG, nachfolgend XXX genannt.

2. Allgemeiner Überblick über Speichertechniken

2.1 Serverzentrierte IT-Architektur

In herkömmlichen IT-Umgebungen werden Speichersubsysteme in der Regel direkt über eine lokale Schnittstelle an einen Server angeschlossen. Man spricht von einer serverzentrierten IT-Architektur.1 Somit können andere Server nicht direkt auf diese Daten zugreifen, sie müssen über den Server gehen, mit dem der Speicher verbunden ist. Fällt dieser aus, kann nicht mehr auf die Daten zugegriffen werden. Diese feste Zuordnung von Speicher zu Server verhindert eine Mehrfachnutzung leistungsfähiger Storagesysteme durch andere Server, erhöht die Zeit für die Datensicherung und erschwert die Erweiterung und die Skalierbarkeit der gesamten Storageumgebung.

2.2 Speicherzentrierte IT-Architekturen

Abhilfe für die obig geschilderten Probleme ermöglicht ein neues Netzkonzept, das Storage Area Network. Storage Area Networks stellen eine Technik dar, die die Architektur von IT-Systemen grundlegend verändert hat. Die Idee, die dahinter steckt, ist Speicher und Server zu trennen. Der Datenspeicher wird als eine von den Servern getrennte, eigene logische Einheit betrachtet und ist nicht mehr nur Peripheriegerät, sondern zentrales Element in einem vernetzten System.2 Man spricht von einer Speicherzentrierten IT-Architektur.3 Das bedeutet, dass parallel zu einem bereits existierenden LAN ein sekundäres Speichernetz installiert wird. Über dieses Hochgeschwindigkeitsnetz können alle Server ohne Umwege auf alle Daten und den gesamten Speicherplatz des Storage Systems zugreifen ("any to any Verbindung").4 Somit kann freier Plattenspeicher beliebig aufgeteilt werden. Aufgrund des separaten Speichernetzes ist ein LAN freies Backup in laufendem Betrieb mit maximaler Performance möglich. Dadurch wird das LAN nicht durch Backup Vorgänge belastet und die gesamte Bandbreite steht den Applikationen zur Verfügung.

Ein SAN ermöglicht Speicherkonsolidierung, große Flexibilität und hohe Sicherheit. Speicherkonsolidierung bedeutet, dass die vielen kleinen, direkt an die Server angehängten Festplatten durch einige große Disksubsysteme ersetzt werden.5 Diese logische Zusammenfassung verteilter Datenspeicher bringt einen verbesserten Datenzugriff und ein einfacheres Datenmanagement mit sich. Der Administrationsund Wartungsaufwand reduziert sich um ein Vielfaches.

Als Übertragungsmedium innerhalb eines Storage Area Networks hat sich die Fibre Channel Technik durchgesetzt. Da es sich hierbei um eine Schlüsseltechnik bei modernen Speichernetzen handelt, ist ihr ein eigenes Kapitel gewidmet. Das SAN ist entwickelt worden, damit sowohl Server als auch Speichersubsysteme in der Lage sind, große Datenmengen mit hohen Geschwindigkeiten untereinander auszutauschen. Und genau deswegen kommen die Stärken eines SANs zur Geltung, wenn direkte Zugriffe auf erhebliche Datenvolumina die operativen Prozesse im Unternehmen bestimmen. Dies ist bei Anwendungen wie Enterprise Ressource Planning (ERP), Customer Relationship Management (CRM) oder Data Warehouse Systemen der Fall.

2.3 Vorteile von Speichernetzen

Die wesentlichen Vorteile von Speichernetzen lassen sich noch einmal wie folgt zusammenfassen:6

- Entfernungen:
In einem SAN lassen sich Entfernungen bis zu 10 km überbrücken. Damit
können gebäudeübergreifende Systemimplementationen problemlos realisiert werden.
- Anschlussmöglichkeiten:
Ein SAN bietet die Möglichkeit, je nach Topologie bis zu 16 Millionen Geräte wie Server, Speichersysteme und verschieden Netzwerkkomponenten anzuschließen. Mit SCSI lassen sich lediglich 15 Geräte an einen Server anschließen. Die Problematik der Erweiterung von Speicher gehört somit der Vergangenheit an.
- Skalierbarkeit:
In einem SAN lassen sich Hardwarekomponenten verschiedener Hersteller miteinander vereinen.
- Leistungsfähigkeit:
SAN ist momentan das schnellste Medium für den Datenaustausch zwischen Server und Speichersystemen. Es werden Übertragungsraten von 100 MByte/s und mehr erzielt.
- Verfügbarkeit:
Hochverfügbarkeitsstrukturen lassen sich innerhalb eines SANs problemlos abbilden.
- Einfaches Management:
Das komplette Speichernetz kann von einer zentralen Stelle aus administriert werden. Auch ermöglicht ein SAN ein einfacheres Datenmanagement.

Auf einige der genannten Punkte wird im Laufe dieser Arbeit noch näher eingegangen werden.

3. Die Technik, die dahinter steckt

In diesem Kapitel sollen die nötigen Grundlagen zum Verständnis des Aufbaus eines Speichernetzes vermittelt werden.

3.1 Das SCSI Protokoll

Das Small Computer System Interface (SCSI) definiert einen parallelen Bus zur Übertragung der Daten mit zusätzlichen Leitungen für die Steuerung der Kommunikation. Das SCSI Protokoll regelt die Kommunikation von Geräten über den SCSI Bus. Dazu legt es fest, wie die Geräte diesen Bus reservieren und in welchem Format die Daten übertragen werden. Außerdem ist das SCSI Protokoll für die Adressierung von Geräten verantwortlich. Dazu führt es SCSI IDs und Logical Unit Numbers (LUN) ein. Bei Speichersubsystemen versteht man unter einer LUN die Zusammenfassung mehrerer physikalischer Platten zu einer virtuellen. Theoretisch könnte ein Speichernetz über den SCSI Bus realisiert werden, in der Praxis dient aber das SCSI Protokoll lediglich zur Kommunikation in einem Fibre Channel Netz.7

3.2 Intelligente Disksubsysteme

Ein Disksubsystem kann man sich als einen Festplattenserver vorstellen. Server werden über Standard I/O-Techniken wie SCSI oder Fibre Channel, auf das später näher eingegangen wird, mit den Anschlussports des Disksubsystems verbunden und können so dessen Speicherkapazität nutzen. In vielen Disksubsystemen befindet sich zwischen den Anschlussports und den Festplatten ein Controller, der mit Hilfe der sogenannten RAID Verfahren die Verfügbarkeit der Daten deutlich erhöht. Ein RAID Controller kombiniert mehrere physikalische Festplatten zu einer virtuellen und kann die Daten, die ein Server auf eine virtuelle Platte speichern möchte, mit Hilfe der RAID Level auf verschiedene Arten den physikalischen Festplatten zuweisen.8

Der Vorteil des Disksubsystems besteht darin, dass freier Speicher flexibel jedem Server zugeordnet werden kann, der an das Disksubsystem angeschlossen ist.

Der Controller versucht außerdem mit Hilfe des Cache die Schreib- und Lesezugriffe der Server durch eine Art Puffer zu beschleunigen.

Weitere Funktionen intelligenter Disksubsysteme sind Instant Copies um Daten virtuell zu kopieren, Remote Mirroring zum Spiegeln der Daten auf ein weiteres Disksubsystem und LUN Masking um die Zugriffskontrolle zu regeln.

3.3 Fibre Channel als Basistechnik

Sehr oft werden die Begriffe Storage Area Network und Fibre Channel gleichgesetzt, Fibre Channel bezeichnet aber lediglich eine Übertragungstechnik mit der sich Speichernetze verwirklichen lassen. SANs lassen sich prinzipiell auch mit anderen Verbindungstechniken wie Gigabit Ethernet realisieren, jedoch hat sich Fibre Channel heute als quasi die Standard Technik bei der Verwirklichung von Speichernetzen herauskristallisiert.9

Ursprünglicherweise sollte Fibre Channel als Backbone Technik für die Verbindung von LANs entwickelt werden, bis sich herausstellte, dass sich die Entwurfsziele von Fibre Channel mit den Anforderungen an eine Übertragungstechnik für Speichernetze wie

- eine serielle Übertragung für hohe Geschwindigkeit und weite Entfernungen,
- eine geringe Rate an Übertragungsfehlern,
- eine geringe Verzögerung der übertragenen Daten optimal decken.

3.4 Der Fibre Channel Protokollturm

Der Fibre Channel Protokollturm gliedert sich in mehrere Schichten:10

Die unteren 4 Schichten FC-0 bis FC-3 definieren grundlegende Kommunikationstechniken auf der physikalischen Ebene, also die Art der Übertragung und Adressierung. Die oberste Schicht FC-4 definiert, wie Anwendungsprotokolle, beispielsweise SCSI und IP, auf ein Fibre Channel Netz abgebildet werden. Das heißt es wird festgelegt, ob ein Fibre Channel Netz als IP Netz oder als Fibre Channel SAN, also als Speichernetz eingesetzt wird. Neben dem Fibre Channel Protokollturm stehen im Prinzip noch zwei weitere Dienste, die Link Services und die Fabric Services, welche benötigt werden um das Fibre Channel Netz zu administrieren.

Schicht 1: FC-0

Die unterste Schicht definiert das physikalische Übertragungsmedium, also Kabel und Stecker und legt die physikalischen Signale zur Darstellung der Bits "0" und "1" fest. Die Bitübertragung erfolgt seriell und ermöglicht momentan Nutzungsübertragungsraten von bis zu 200 MByte/s, wobei 100MByte/s Standard sind.

Schicht 2: FC-1

FC-1 legt die Kodierung der Daten vor der Übertragung über ein Fibre Channel Kabel fest. Darüberhinaus beschreibt diese Schicht bestimmte Übertragungswörter zur Verwaltung einer Fibre Channel Verbindung.

Schicht 3: FC-2

Die dritte Schicht im Fibre Channel Protokollturm ist die umfangreichste. Sie definiert wie größere Dateneinheiten über das Fibre Channel Netz übertragen werden. Sie ist verantwortlich für die Flusskontrolle, sorgt also dafür, dass der Sender die Daten nur so schnell sendet, wie der Empfänger sie verarbeiten kann. Desweiteren bestimmt FC-2 verschiedene Dienstklassen, welche auf die Bedürfnisse verschiedener Anwendungen für den Datenaustausch zwischen Endgeräten zugeschnitten sind.

Schicht 4: FC-3

FC-3 befindet sich seit 1988 in der Konzeptionsphase, in heutigen Fibre Channel

Produkten ist diese Schicht leer. Sie soll unter anderem Dienste zur Komprimierung und Verschlüsselung der Daten zur Verfügung stellen.

Schicht 5: FC-4

Die bisher behandelten Schichten FC-0 bis FC-3 dienen lediglich dazu Endgeräte über das Fibre Channel Netz zu verbinden. Erst in FC-4 wird festgelegt, welche Art von Anwendungsprotokollen Endgeräte nutzen um Daten über das Fibre Channel Netz austauschen. Prinzipiell sind mehrere Protokolle denkbar, beispielsweise das Internet Protokoll IP oder die Virtual Interface Architecture VIA, auf die im Rahmen dieser Arbeit nicht näher eingegangen werden kann, jedoch spielt SCSI die bedeutendste Rolle. Das Fibre Channel Protocol FCP bildet SCSI auf das zugrunde liegende Fibre Channel Netz ab. Die Speichersubsysteme werden also durch ein FC Kabel, über das mit Hilfe des SCSI Protokolls Daten ausgetauscht werden, mit dem Server verbunden. Dies stellt den Übergang von der serverzentrierten zur speicherzentrierten IT-Architektur dar. Das Fibre Channel Netz wird zu einem Fibre Channel SAN.

Parallelschicht 1: Link Services

Link Services dienen als Parallelschicht der Schicht 2 der Bekanntmachung zweier Ports vor dem Datenaustausch und der Adressierung der FC Geräte durch eine 64 Bit Kennung, dem World Wide Name kurz WWN.

Parallelschicht 2: Fabric Services

Die Fabric Services, die ebenfalls parallel zu Schicht 2 angesiedelt sind, verwalten in einer Switched Fabric Topologie, auf die in Kapitel 3.5 näher eingegangen wird, eine Reihe von Informationen, die für deren Betrieb notwendig sind.

[...]


1 vgl. Anlage 1

2 vgl. http://www.tecchannel.de/special/891/index.html

3 vgl. Anlage 2

4 vgl. Robbe (2001) S. 29

5 vgl. Troppens/Erkens (2002) S. 4

6 vgl. Robbe (2001) S. 30

7 vgl. Troppens/Erkens (2002) S. 64

8 vgl. Anlage 3

9 vgl. Troppens/Erkens (2002) S. 65

10 vgl. Troppens/Erkens (2002) S. 168

Ende der Leseprobe aus 25 Seiten

Details

Titel
Storage Area Network
Hochschule
Duale Hochschule Baden-Württemberg, Stuttgart, früher: Berufsakademie Stuttgart  (Wirtschaftsinformatik)
Note
keine Note
Autor
Jahr
2003
Seiten
25
Katalognummer
V17202
ISBN (eBook)
9783638218306
Dateigröße
720 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Storage, Area, Network
Arbeit zitieren
Matthias Grün (Autor), 2003, Storage Area Network, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/17202

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