Mit schnellen Netzwerkprotokollen zu preiswerteren Infrastrukturen Frischer Wind bei NFS und CIFS/SMB

Autor / Redakteur: Elmar Török / Rainer Graefen

Mit NFSv4.1 und SMB 3 erhielten die weltweit wichtigsten Dateiprotokolle kürzlich maßgebliche Updates. Ob Performance oder Security, die Entwickler haben bei den neuen Versionen zahlreiche Erweiterungen eingebaut.

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pNFS liefert eine Methode, um mit den massiven Zunahmen der Speicherkapazität umzugehen.
pNFS liefert eine Methode, um mit den massiven Zunahmen der Speicherkapazität umzugehen.
(SNIA)

Obwohl es kaum einen Bereich gibt, der in den letzten Jahren so sehr an Bedeutung gewonnen hat, wie die Vernetzung von Server und Clients – man denke nur an die allgegenwärtige Cloud-Diskussion – tat sich lange Zeit nur wenig im Bereich der Netzwerkdateisysteme oder Dateiprotokolle.

Beim wichtigsten Vertreter SMB herrschte weitgehend Stillstand, die ersten Kommentatoren mutmaßten schon, dass Microsoft die Weiterentwicklung zugunsten von NFS einstellen könnte. Doch im April 2012 stellte der Windows-Gigant SMB Version 3.0 vor, das schon während der Entwicklungsphase als Version 2.2 Furore machte.

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SMB 3 wird bei Windows 8 und Windows Server 2012 Standard sein. Die neueste Version zeigt, wie viel Potenzial in dem Protokoll steckt. Neben deutlich verbesserten Sicherheitsfeatures wie eingebauter Verschlüsselung von Daten während der Übertragung und einer Man-in-the-Middle-Erkennung, liegt der Schwerpunkt auf höherer Verfügbarkeit und Leistung. Mit SMB 3 sind Datenbanken und Hyper-V Shares problemlos auf nicht-blockbasierten Netzwerkdatenträgern möglich.

Mehr Durchsatz mit pNFS

Auch das Update für NFS enthielt einige massive Erweiterungen gegenüber bekannten (und gehassten) Eigenheiten des Protokolles. So wurden mit NFSv4.1 Anfang 2010 unter anderem Sessions und Statefulness eingeführt.

Damit sind Recovery-Aktionen deutlich einfacher und schneller möglich, denn Server und Client können nach einem Verbindungsfehler relativ simpel klären, welche Locks aktiv und welche Dateien geöffnet waren sowie welche Daten schon geschrieben wurden.

Gegenüber NFSv3 ist das ein Riesenvorteil. Ebenfalls neu in v4.1: pNFS (Parallel NFS), eine Protokollerweiterung, um Daten direkt vom Speichersystem zum Client zu transferieren, ohne den Umweg über Server.

Mittlerweile steht Version NFSv4.2 kurz vor der Verabschiedung, die aber in erster Linie Detailverbesserungen wie Application Data Blocks, Guaranteed Space Reservation und Server Side Copy mitbringen soll.

Vor allem Server Side Copy, eine Technik um bei großen Transfers den Client möglichst aus der bandbreitenintensiven Arbeit herauszuhalten, zeigt, worauf die NFS Special Interest Group der SNIA den Entwicklungsschwerpunkt legt: auf hohen Durchsatz, um mit den immer mehr zum Standard werdenden Non-Volatile-Speichern wie SSDs optimal umgehen zu können.

Das Recht auf freien Datenzugriff

Daher war auch pNFS die mit Abstand am meisten beachtete Neuerung in NFSv4.1. Definiert im RFC-5661, legt pNFS fest, wie Daten in einem verteilten Datensystem gelagert werden. Ein Metadaten-Server (MDS) verwaltet das Layout mit den Speicherorten der Dateien. Clients, die pNFS unterstützen, fragen beim MDS nach dem Lagerort der gewünschten Daten und beziehen die Dateien direkt vom Speicherort, ohne über einen Server als zwischengeschaltete Instanz gehen zu müssen.

Die Daten können über mehrere Speicherorte verteilt sein, der Client hat die Möglichkeit, parallel von allen Lagerorten zu lesen. Ihre Vorteile macht die Technik vor allem bei der Bearbeitung von vielen kleinen oder sehr großen Dateien geltend, besonders im Umfeld geclusterter Server, die parallelen Zugriff benötigen. Allerdings sind bei Weitem noch nicht alle Fragen im praktischen Einsatz geklärt. Backup-Anbieter haben noch keine wirklich überzeugende Antwort, wie Dateien auf geclusterten NFS-Servern gesichert werden können, NDMP reicht dazu mit Sicherheit nicht aus.

SSDs wollen schneller mehr Daten

Für eine schnelle Implementierung von pNFS soll der grundlegende Aufbau sorgen. So ist die Parallelität kein Attribut der Daten, sondern ein Arrangement zwischen Server und Client. So können auch Clients ohne pNFS-Unterstützung nach wie vor mit den gespeicherten Dateien arbeiten.

Gegenüber NFSv3 stellt das eine enorme Verbesserung dar, die bei den aktuellen Anforderungen im Datacenter dringend benötigt wurde. NFSv3 nutzt Single-Thread, Point-to-Point-Verbindungen, es gab zwar proprietäre Wege, um parallelen Zugriff zu ermöglichen, die erforderten aber zusätzlichen Aufwand und waren nicht standardisiert. Aber die Entwicklung im Prozessorbereich zeigt, dass Parallelisierung der einzig gangbare Weg für die Zukunft ist, um mit den enorm schnell wachsenden Datenmengen in den Unternehmen zurande zu kommen. Nur zum Vergleich: IDC ermittelte, dass im vierten Quartal 2010 weltweit mehr Speicherkapazität verkauft wurde als im ganzen Jahr 2007.

SMB 3: Perfekte Ergänzung für Hyper-V und SQL-Server

Viele Anwender nutzen VMware über NFS mit Netzwerkdatenträgern. Das funktioniert sehr zuverlässig und ist einfach zu konfigurieren. Beide Attribute galten bislang nicht für Hyper-V und SMB. Doch damit ist seit SMB 3 Schluss.

Die neueste Version des Dateiprotokolls passt perfekt zu Hyper-V 3 und sorgt für mindestens den gleichen Level an Komfort und Funktionalität wie die Kombination VMware und NFS. VHD-Dateien und Konfigurationsdaten für virtuelle Maschinen lassen sich problemlos auf SMB-3-Dateifreigaben ablegen.

Auch Snapshots sind nun unkompliziert möglich, da VSS nahtlos in SMB 3 integriert wurde. Den Fokus auf Enterprise-Anwendungen zeigt SMB 3 ebenso bei der Kombination mit SQL Server.

Groß im Kommen – die Datenbank auf Fileshares

Bereits SQL Server 2008 R2 arbeitete in bestimmten Aspekten mit SMB 2.1 zusammen, so ließen sich Benutzerdatenbanken auf einer Netzfreigabe ablegen. SQL Server 2012 mit SMB 3 sieht nach einer noch besseren Paarung aus.

Jetzt darf auch die Systemdatenbank auf einem Netzwerk-Share liegen, zudem sollten die Leistungsverbesserungen im Protokoll wie SMB Direct (SMB over Remote Direct Memory Access [RDMA]) einen solchen Einsatz zu einer gangbaren Alternative im Unternehmen machen.

Der einzige Wermutstropfen für die Anwender von SMB 3 ist die fehlende Abwärtskompatibilität. SMB 3 wird es nicht für ältere Windows-Versionen geben, auch nicht für Windows 7 oder Server 2008 R2.

Wenn sich ein älterer Client mit Windows Server 2012 verbinden will, vereinbaren die beiden Parteien in einem Handshake-Verfahren die bestmögliche Protokoll-Implementierung. Im Fall von Windows 7 wäre das SMB 2.1.

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