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25.05.2001 - 

Speichernetze/Storage-Management-Solutions

Zentrale Verwaltung auch für Speicher

Speichernetze erlauben es, die Speicherkapazität vom Host zu entkoppeln. Gleiches muss jetzt auch für die Verwaltungssoftware gelten: weg vom punktuellen Management und hin zu einem gesamtheitlichen Konzept. Von Simon Kastenmüller*

IDC prognostiziert bei den ausgelieferten Speicherkapazitäten für die nächsten Jahre einen Zuwachs um den Faktor 1,6 per annum. In Europa sollen im Jahre 2004 Geräte mit einem Volumen von 800000 TB ausgeliefert werden. Diese riesige Speicherkapazität muss effizient verwaltet und kontrolliert werden. Das wäre kein Problem, könnte das Personal entsprechend aufgestockt werden. Doch wenn genügend Fachleute am Arbeitsmarkt zu finden wären, würden die Kosten explodieren. Logische Konsequenz: Die Produktivität muss steigen - wie Insider schätzen, pro Jahr um 60 Prozent.

Neben der numerischen gibt es eine weitere Betrachtungsebene. Die Industrie hat den Stellenwert von "Daten" als dem eigentlichen Unternehmenskapital schon vor längerer Zeit erkannt und sie in das Zentrum der IT gerückt. Speichersysteme und deren ergänzende Komponenten haben sich aus der Betriebssystem-Abhängigkeit losgelöst und werden nun unternehmensweit betrachtet. Der Hauptvorteil dabei ist, dass plattformübergreifend einsetzbare Speicherkonfigurationen flexibler und universeller nutzbar sind: Speicherkapazitäten können konsolidiert und wesentlich besser genutzt werden, denn es muss nicht mehr für jedes einzelne Host-System Erweiterungskapazität vorgehalten werden. Ein solcher Speicherpool erlaubt meist eine dynamische Kapazitätsverschiebung. Zudem lassen sich Regeln (Policies) definieren, welche die Zugangs- und Zugriffskontrolle sowie den Grad der Datensicherheit steuern. Wegen der Plattformunabhängigkeit und der von den Host-Systemen losgelösten Strukturen müssen allerdings die Management-Systeme an die neue Situation angepasst werden.

Zentrale Disziplinen im Storage-Bereich sind heute Datensicherung, Monitoring und Management von Speicherkomponenten sowie deren Speichervirtualisierung.

Eine der wichtigsten Funktionen des Speichermanagements ist die Datensicherung. Mit Backup-Systemen werden in der Regel mindestens täglich Datenbestände auf separate transportable Medien kopiert. Dabei werden meist mehrere Versionsstände verwaltet, so dass auch noch auf ältere Bestände zurückgegriffen werden kann. Die klassische Arbeitsweise bestand darin, die Daten vom zuständigen Host-System aus dem Speichersystem auslesen und auf Magnetbänder schreiben zu lassen. LAN-free und Server-free Backup sind die neuen Methoden, die Host- und Netz-Infrastruktur erheblich entlasten können und in Zusammenarbeit mit Funktionen wie Just-in-Time-Kopien (Snapshots) das notwendige Sicherungsfenster auf den Minutenbereich reduzieren. Backup-Tools wie NetWorker (Fujitsu-Siemens), ARCserv (Computer Associates), TSM (Tivoli/IBM), NetBackup (Veritas) oder Omniback (Hewlett-Packard) beherrschen solche Techniken.

In großen Backup-Konfigurationen mit teurer Hardware wird die effektive Nutzung der Geräte interessant. In der Praxis bedeutet dies die zeitlich getaktete Nutzung von Sicherungsperipherie. Eine manuelle Synchronisation der Zugriffe gilt als veraltet, heute soll diese die Management-Software erledigen.

Monitoring und ManagementDa sich der Speicherbereich von den Host-Systemen losgelöst hat, sind diese nicht mehr für die Verwaltung der Komponeten zuständig. Ähnlich wie beim LAN entwickeln sich auch beim SAN Management-Plattformen, die speziell auf Speichernetzwerk-Strukturen ausgelegt sind: In einer Topologie-Karte sind die einzelnen Storage-Elemente - beispielsweise Host-Bus-Adapter, Fibre-Channel-Verbindungen, Switches mit den Port-Zuordnungen, Hubs, Routers oder Speicherbereiche auf Speichersystemen in Form von Logical Unit Numbers (LUNs) - als Icons dargestellt. Farben zeigen den Zustand der Elemente an. Diese Informationen führen dann gemäß der festgelegten Regeln zu Aktionen, etwa der Alarmierung des Bereitschaftsdienstes entsprechend eines Dienstplanes. Beispiele für Management-Plattformen sind TSNM (Tivoli/IBM), Unicenter (Computer Associates) oder Patrol (BMC). Daneben bieten weitere Hersteller wie Vixel mit SAN Insite, Connex mit SAN Navigator oder Veritas mit SAN Point Control solche Management-Plattformen an.

Die Storage-Virtualisierung trennt die physikalische von der logischen Sicht auf die Speicherbereiche. Speicherbereiche sind zum einen Magnetband-Volumes im Nearline-Bereich und zum anderem Speicherbereiche auf den Online-Speichersystemen in Form von LUNs. Die Grundidee der Storage-Virtualisierung ist die Speichersystem-unabhängige Zusammenfassung aller Ressourcen in einem großem Pool. Daraus kann auf einfache Weise den unterschiedlichen Host-Systemen mit unterschiedlichen Betriebssystemen Speicherplatz zugewiesen werden.

Im Near-Line-Bereich sind heute bereits Lösungen auf dem Markt, die der Anwendungsebene die physikalischen Eigenschaften von Magnetbandgeräten verbergen: Die Host-Systeme erkennen standardisierte Gerätetypen. Das "Virtuelle Tape System" setzt dann die Schnittstellen transparent auf die aktuelle physikalische Peripherie um. Neben der Virtualisierung bieten die Systeme weitere Funktionen wie beispielsweise Caching oder Durchsatzerhöhung.

Online-Storage-BereichIm Online-Bereich steht die Speichervirtualisierung erst am Anfang. Obwohl auf modernen Platten-Arrays Daten aus unterschiedlichen Plattformen gespeichert werden können, erfolgt die Zuordnung der Speicherbereiche zu den einzelnen Host-Systemen mehr oder weniger in einer Eins-zu-eins-Beziehung. Dabei muss darauf geachtet werden, dass Host-Systeme nur die Speicherbereiche sehen, die sie sehen dürfen. Dies ist insbesondere in Windows-Umgebungen wichtig, da das Microsoft-Betriebssystem normalerweise alle erreichbaren Speicherbereiche für sich reserviert. File-Systeme anderer Host-Systeme werden dann verfälscht.

Die Lösung für solche Probleme nennt sich "Zoning". Darunter versteht man die gezielte Zuordnung von Ports beziehungsweise WWN-Adressen (World Wide Name) zu Speicherbereichen. Die manuelle Zuordnung von Speicherbereichen und das händische Einstellen von Zonen ist oft aufwändig, insbesondere in Konfiguration mit hohem Änderungsvolumen, wie es vermutlich bei ASPs beziehungsweise SSP anzutreffen ist. Die Industrie hat das Problem erkannt und arbeitet unter dem Begriff "Storage-Virtualisierung" an unterschiedlichen Konzepten, die sich technisch erheblich voneinander unterscheiden.

Drei VerfahrenDie klassische Methode erledigt das Zoning in den Switches. Der Switch entscheidet aufgrund der Zoning-Informationen, ob eine Verbindung zustande kommt oder nicht. Denkbar ist aber auch, diese Entscheidung den Host-Systemen zu überlassen. Dort kann die Speichervirtualisierung im File-System, in den Gerätetreibern oder über die Parameterisierung von Host-Bus-Adapter-Tabellen realisiert werden. Schließlich sind auch intelligente Speichersysteme in der Lage, pro LUN Listen mit den zugriffsberechtigten Hosts zu führen. Bei jedem Zugriff entscheidet dann das Speichersystem, ob der Zugriff erfolgen darf.

Aufgabe der Speichervirtualisierung ist es also, eine Trennung der physikalischen Sicht von der logischen Sicht herbeizuführen, regel-basiert zu arbeiten und einen heterogenen Ansatz zu realisieren. Mit Drag-and-Drop-Funktionen müssen LUNs oder Teilbereiche von LUNs aus dem Speicherpool den Host-Systemen zuordenbar sein. Der Speicherpool kann dabei aus Speichersystemen unterschiedlicher Hersteller bestehen. Zudem sollen Zusatzfunktionen wie Snapshots, lokale oder entfernte Datenspiegelung sowie Stripping an zentralen Punkten zu realisieren sein. Nur dann sind dramatische Produktivitätssteigerungen möglich.

Ein zweiter Ansatz erweitert entweder die Host-orientierten Werkzeuge (zum Beispiel Volume Manager) oder die Speichersystem-orientierten Tools (etwa LUN-Masking) so, dass sich mit Drag-and-Drop den einzelnen Servern Speicherkapazität zuweisen lässt. Zusätzlich können die erweiterten Tools ergänzende Funktionen, etwa das Zoning, integrieren. EMC verfolgt dieses Konzept mit der ESN-Lösung.

Ein anderer Ansatz ist das "asymmetrische Verfahren", bei dem die Management-Software auf einer separaten Management-Station läuft. Sie kommuniziert über das LAN-Netzwerk mit spezifischen Agenten in den Host-Systemen. Die Agenten stellen aufgrund der übermittelten Informationen dynamisch die Sichten auf die Speicherbereiche ein. Auch wenn die Management-Station kurzfristig nicht zur Verfügung steht, können die Host-Systeme die I/Os ohne Behinderung abwickeln. Tivoli geht mit TSNM diesen Weg.

Die dritte Möglichkeit besteht darin, die Management-Software auf Appliances ablaufen zu lassen. Eine Appliance ist eine dezidierte Hardware mit Management-Software. Die Vorgehensweise ist ähnlich der Lösung mittels Management-Station: Die Appliance versorgt Agenten in den Host-Systemen mit den notwendigen Informationen. Die Kommunikation mit den Agenten könnte prinzipiell auch über das LAN laufen. Bei einigen Lösungen - etwa Versastor von Compaq oder SVM von Storagetek - ist die Appliance über FC an das SAN angeschlossen. Die Kommunikation zu den Speichersystemen und zu den Agenten in den Hosts braucht dann keine zusätzliche Kommunikationspfade. Neben der Management-Software können auf der Appliance weitere Funktionen platziert werden, etwa die Migrationsaufgabe: Nach der Installation eines neuen Speichersystems lassen sich Daten vom alten auf das neue Speichersystem transferieren, ohne die Host-Systeme zu bemühen.

Symmetrische VerfahrenIm symmetrischen Verfahren übernimmt ebenfalls eine Appliance die Storage-Virtualisierung. Im Gegensatz zum asymmetrischen Verfahren wird die Appliance aber in den Datenstrom zwischen Host- und Speichersystem eingehängt. Neben Cache-Funktionen (Read- und Write-Cache) kann die Appliance Plattform-unabhängige Funktionen für Stripping, lokale und entfernte Datenspiegelung sowie Snapshot an zentraler Stelle bereitstellen.

Aus Sicht der Zugriffssicherheit und der einfachen Verwaltung hat das symmetrische Verfahren Vorteile gegenüber den anderen Lösungen. In dieser Konfiguration sind auch nur zwei Zonen erforderlich, eine für die Server, die andere für die Speichersysteme. Ein Server erhält damit nur unter Mitwirkung der Appliance - meist ein Standard-PC - Zugriff auf die Speicherbereiche. Die Host-Rechner benötigen keine zusätzliche Software. Datacore verfolgt mit dem Produkt SAN-Symphony den symmetrischen Ansatz.

Was setzt sich durch?Die Diskussion der Virtualisierungskonzepte zeigt, dass es die allgemeingültige Lösung noch nicht gibt. Gut positioniert sind die Konzepte, die starke Basisfunktionen (Profile, Regelmaschinen, Administratorschnittstellen) und ausbaufähige Zusatzfunktionen (Snapshots, Spiegelung, Migration) aufweisen. Wichtig sind zudem echte Heterogenität und einfache Handhabbarkeit sowie ein wasserdichtes Konzept bezüglich der Zugriffssicherheit. Darüber hinaus ist eine klare Vision für die zukünftige Funktionalität wünschenswert. Generell ist im Storage-Bereich erkennbar, dass das bis jetzt vorherrschende punktuelle Management von Einzelkomponenten in ein gesamtheitliches Konzept übergeführt wird. Einzelaufgaben werden in Management-Disziplinen zusammengefasst und weiterentwickelt.

*Simon Kastenmüller ist Produkt-Manager für Storage-Solutions bei Fujitsu-Siemens Computers.

AbkürzungenANSI American National Standards Institute

API Application Programming Interface

CIFS Common Internet File Specification

DAFS Direct Access File System

DASD Direct Access Storage Device

DMA Direct Memory Access

FC Fibre Channel

FIFO First In, First Out

GBE GigaBit Ethernet

GFC Gigabit Fibre Channel

HBA Host Bus Adapter

IETF Internet Engineering Task Force

IP Internet Protocol

iSCSI SCSI over internet

ISO International Organisation for Standardisation

LAN Local Area Network

M-VIA Modular - VIA

NAS Network Attached Storage

NFS Network File System

NIC Network Interface Card

OSI Open System Interconnection

OSN Open Storage Networking

RDMA Remote DMA

SAN Storage Area Network/System Area Network

SCSI Small Computer System Interface

SDK System Development Kit

SNIA Storage Network Interface Architecture

SVP SCSI VI Protocol

TCP Transmission Control Protocol

VI Virtual Interface

VIA Virtual Interface Architecture

VIDF VI Developers Forum

VIPL VI Provider Library

VITA VMEbus International Trade Association

Abb: Zoning mit FC-Switches

Zoning heißt, dass Ports oder Controller-IDs Speicherbereichen zugeordnet werden. Beim "klassischen Zoning" entscheidet der Switch, ob eine Verbindung zustande kommt. Quelle: Fujitsu-Siemens