Dateiserver, Hyper-V und Datenbankserver performanter betreiben

Virtuelle Festplatten und Datenbankdateien speichern Unternehmen mit Windows Server 2012/2012 R2 am besten im Netzwerk.

Mit der Veröffentlichung von Windows Server 2012 hat Microsoft sein Flaggschiff-Betriebssystem um einige Verbesserungen im Speicherbereich erweitert. Mit den Verbesserungen kann Windows Server 2012/2012 R2 nicht nur Speicher im Netzwerk ansprechen und verwalten, sondern auch selbst als Speicher-Array arbeiten.

Mit SMB 3.0 Datenbanken und virtuelle Server im Netzwerk speichern

Microsoft hat in dieser Hinsicht vor allem das Protokoll für den Zugriff auf Dateifreigaben, das Server Message Block-Protokoll (SMB) deutlich erweitert und auf die Version 3.0 gehoben. Auch Enterprise-Umgebungen profitieren von den neuen Möglichkeiten. Als Endergebnis können Unternehmen Dateifreigaben mit Windows Server 2012/2012 R2 nicht nur für Daten von Anwendern zur Verfügung stellen, sondern auch Speicherplatz für Hyper-V und Datenbanken auf Basis von SQL Server 2012/2014.

Im folgenden Beitrag gehen wir auf die Ursprünge des Server Message Blocks (SMB) ein, sowie die Verbesserungen, die SMB 3.0 mit sich bringt. Dabei legen wir besonderes Augenmerk auf die Funktionen, die es ermöglichen, Speicher in Enterprise-Umgebungen zur Verfügung zu stellen. Zunächst widmen wir uns den Vorteilen von SMB bei der Speicherung von virtuellen Servern im Netzwerk.

Der größte Vorteil der neuen SMB-Funktionen in Windows Server 2012/2012 R2 findet sich in virtuellen Umgebungen. Es ist mit Windows Server 2012/2012 R2 problemlos möglich, virtuelle Server im Netzwerk zu speichern, also nicht direkt auf den Hyper-V-Hosts, sondern auf Servern die Freigaben zur Verfügung stellen und mit Windows Server 2012/2012 R2 betrieben werden. Darüber hinaus profitieren Unternehmen hier auch von der Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit von traditionellen Speichermethoden.

Administratoren haben die Wahl ob Sie Windows Server 2012/2012 R2 als Storage-Server betreiben, oder ganz traditionell als Server, der wiederum auf Speichersysteme wie NetApp und EMC zugreift. Diese und andere Hersteller sind mittlerweile dazu übergegangen auch die neuen Funktionen von SMB 3.0 zu unterstützen.

Dateibasierte Speicherung versus blockbasierte Speicherung

Durch das Speichern Unternehmen große Dateien Datei-basiert im Netzwerk ergeben sich einige Vorteile im Vergleich zur blockbasierten Speicherung. Vor allem spielt hier die leichtere Verwaltbarkeit der virtuellen Festplatten der virtuellen Server eine wichtige Rolle, wenn diese auf Dateifreigaben gespeichert werden. In vielerlei Hinsicht ist SMB 3.0 eine bessere Speicherlösung als NFS mit vSphere, zum Beispiel wird hier Dateiverschlüsselung in-flight bereitgestellt.

SMB und CIFS

SMB wurde ursprünglich von IBM entwickelt und von Microsoft über seinen LAN-Manager in die ersten Windows-Versionen Mitte der 1990er integriert. SMB 1.0 wurde von Microsoft nachträglich geändert und von Microsoft der Internet Engineering Task Force (IETF) eingereicht, sowie umbenannt in CIFS (Common Internet File System). Allerdings wurden diese Standards nie ratifiziert und sind seitdem abgelaufen.

SMB 3.0 bringt vor allem fehlertolerante Funktionen und mehr Leistung, Hyper-V Server Message Block (SMB) 3.0-Unterstützung kann auf diesem Weg deutlich Speicherkosten senken, sowie die Komplexität der Einrichtung verringern. Alte Versionen des SMB/CIFS-Protokolls hatten Probleme bezüglich der Leistung und Stabilität, vor allem beim Senden großer Dateien. Das Protokoll war anfällig für Netzwerkabbrüche und sehr langsam. Große Latenzen zwischen Client und Server waren eher die Regel und haben Datenübertragungen deutlich gebremst. SMB/CIFS konnte nicht die gesamte Leistung des Netzwerkes abrufen und hat Datenmengen in der festen Größe von 64 KByte versendet.

Verbesserungen in SMB 2.0 und 2.1

Seit der Übernahme von IBM hat Microsoft hart an der Verbesserung von SMB gearbeitet. Die Freigabe der Version 2.0 in Windows Vista im Jahre 2006 und die Version 2.1 von Windows 7 und Windows Server 2008 haben einige Optimierungen mit sich gebracht. Seit Version 2.0 spielt die Bezeichnung CIFS übrigens keine Rolle mehr, da diese Erweiterungen nur für SMB 1.0 entwickelt wurden und bei SMB 2.0 keine Rolle mehr spielen. Ab den neuen Versionen hat Microsoft vor allem deutlich an der Leistung gefeilt.

TCP Windows Scaling und Beschleunigungen im WLAN gehören zu den Verbesserungen. Außerdem hat Microsoft die Zusammenarbeit zwischen Client und Server, sowie den Cache auf dem Client verbessert und beschleunigt. Mit der neuen Pipeline-Funktion lassen sich mehrere Anforderungen in die Warteschlange stellen und dadurch parallel abarbeiten. Diese Technik ist übrigens ähnlich zu den Buffer Credits in der Fibre-Channel-Technologie, welche ebenfalls mehrere, parallele Operationen erlaubt.

Um die Leistung zu verbessern hat Microsoft auch die Datengröße von 16-Bit auf 32-Bit und schließlich auf 64-Bit erweitert. Das erlaubt Blockgrößen über 64 KByte und beschleunigt daher vor allem die Übertragung großer Dateien, wie zum Beispiel virtuelle Festplatten oder Datenbankdateien. Außerdem wurden die Verbindungen zwischen Client und Server verbessert, sodass in unzuverlässigen Netzwerken wie WLANs keine Verbindungsabbrüche stattfinden können. Clients können sich in Windows Server 2012/2012 R2 vollkommen transparent mit mehreren Kanälen verbinden.

Die Verbesserungen in SMB 2.1 waren vor allem auf die Leistung konzentriert, vor allem für sehr schnelle Netzwerke im 10-Gigabit-Bereich (10 GbE). Das System unterstützt große maximale Übertragungseinheiten (Maximum Transmission Units, MTU). Auch die Energieeffizient auf den Clients wurde verbessert. So können Clients ab 2.1 mit aktivierten SMB-Verbindungen in den Energiesparmodus wechseln.

Neuerungen in SMB 3.0

Die neusten Verbesserungen von SBM, wie Version 2.2 wurden in Windows Server 2012 und Windows 8 bereitgestellt. Microsoft hat die Neuerungen als so signifikant eingestuft, dass die Version nachträglich auf 3.0 erhöht wurde. Mit SMB 3.0 hat Microsoft zum Beispiel auch die Server-basierten Workloads eingeführt. Diese unterstützen Hyper-V und Datenbanken mit SQL Server 2012/2014. Hyper-V für SMB kann zum Beispiel den Speicherort von Steuerdateien für Hyper-V und virtuelle Festplatten auch als UNC-Pfad nutzen, also direkt im Netzwerk speichern. Das heißt der Speicherort von virtuellen Festplatten kann ab Windows Server 2012 aus einem Universal Naming Convention (UNC)-Pfad bestehen. Administratoren müssen keinen Laufwerksbuchstaben mehr für die Speicherung von Hyper-V-Dateien verwenden. Diese Verbesserung erhöht die Flexibilität und Skalierbarkeit. So lassen sich die Daten zum Beispiel auch über einen Dienstnamen ansprechen, nicht mehr ausschließlich über einen physischen Servernamen, wie bei Laufwerksbuchstaben.

SMB 3.0 im Enterprise-Umfeld

Um auch Verbesserungen für Enterprise-Umgebungen zu bieten, ist SMB 3.0 wesentlich belastbarer, leistungsstärker, skalierbarer und bietet mehr Sicherheit. SMB Transparent Failover ermöglicht es Clients, sich mit einem Datei-Server in einer Clusterumgebung zu verbinden. Sobald der virtuelle Server, der als Dateiserver funktioniert, auf einen anderen Knoten verschoben wird, verlieren Clients vor Windows Server 2012 die Verbindung zu den Dateifreigaben, da SMB vor Version 3.0 diese Technologie nicht beherrscht. In Version 3.0 werden die offenen SMB-Verbindungen mit auf den neuen Knoten umgezogen und bleiben aktiv.

Diese Technik erhöht also deutlich die Stabilität und Verfügbarkeit von Serverdiensten. Sind auf den Dateifreigaben im Cluster die virtuellen Server gespeichert, oder Datenbankdateien, brechen Serverdienste beim Verschieben der Serverdienste nicht mehr ab.  Die Technik funktioniert ähnlich wie Multipath I/O ( MPIO) für iSCSI- und Fibre- Channel-Netzwerke.

SMB Multichannel aggregiert die Bandbreite von mehreren Netzwerkadaptern zwischen SMB 3.0-Clients und SMB 3.0-Server. Dies bietet zwei Vorteile: Zunächst wird die Bandbreite auf mehrere Links für erhöhten Durchsatz  erhöht und gleichzeitig bietet die Technik eine Netzwerkfehlertoleranz durch die Unterstützung  eines Ausfalls eines einzelnen Netzwerkpfads. Solange der andere Netzwerkpfad noch aktiv zur Verfügung steht, funktionieren die Zugriffe problemlos weiter.  Diese Widerstandsfähigkeit in Windows Server 2012/2012 R2 ist analog zu MPIO für iSCSI -und Fibre- Channel-Netzwerke.

SMB Direct ist eine Funktion, die Netzwerkadapter mit Remote-Datenspeicherzugriff (RDMA)-Fähigkeit unterstützt. RDMA ermöglicht niedrige Latenz und hohen Durchsatz des Netzwerkverkehrs, wie zum Beispiel von InfiniBand-Verbindungen. Diese Funktion ist vor allem sinnvoll in Umgebungen mit Solid-State-Festplatten, um die beste Leistung von Windows Server 2012/2012 R2 als Speicherserver zu erhalten.

SMB- Scale-Out verwendet Cluster Shared Volumes (CSV) für den gleichzeitigen Zugriff auf Dateien über alle Knoten in einem Cluster mit mehreren Knoten. Dies verbessert die Leistung und Skalierbarkeit von Serverdiensten im Netzwerk dadurch, dass alle Knoten an der Bereitstellung der Dateidienste beteiligt sind. Die Technologie ergänzt die Funktionen von Transparent Failover und Multichannel.

Neue SMB-Leistungsindikatoren bieten die Möglichkeit die Nutzung und Auslastung von Dateifreigaben zu verfolgen, einschließlich Durchsatz, Latenz und IOPS-Management-Reporting. Die Zähler in der Leistungsüberwachung von Windows Server 2012 und Windows Server 2012 R2 decken Client und-Server ab, so dass die Analyse der beiden Enden der SMB-3.0-Verbindung gegeben ist. Diese neuen Funktionen sind extrem nützlich für die Problembehandlung von Leistungsproblemen und die Sicherstellung des stabilen Datenzugriffs im Netzwerk.

SMB-Verschlüsselung ermöglicht die Verschlüsselung von Daten, die zwischen Client und Server über das Netzwerk gesendet werden. Diese Funktion ist nur auf SMB-3.0-Clients und -Servern aktiv. Sobald ältere Clients mit SMB 2.0 und SMB 1.0 im Einsatz sind, wird die Verschlüsselung deaktiviert, auch wenn Windows Server 2012/2012 R2 im Einsatz ist. Die Verschlüsselung von Daten während der Übertragung hat offensichtliche Vorteile.

Verbesserungen in Windows Server 2012 R2

Mit der Veröffentlichung von Windows Server 2012 R2 hat Microsoft eine Reihe von Leistungsverbesserungen in SMB integriert. SMB Direct wurde für geringe I/O-Bandbreiten verbessert. Die SMB-Bandbreite kann verwaltet werden, einschließlich Live-Migrationen und virtueller Maschinen. Dadurch bleibt während einer Hyper-V-Live-Migration genügend Bandbreite für die anderen Maschinen im Cluster oder Netzwerk, die derzeit nicht verschoben werden.

Außerdem ist in Windows Server 2012 R2 die Unterstützung für SMB 1.0 standardmäßig deaktiviert, was deutlich die Sicherheit und Stabilität der Datenverbindungen verbessert. Mit mehr als 100 Befehlen bietet SMB 1.0 eine große Angriffsfläche für fehlerhafte Verbindungen im Netzwerk. Obwohl SMB 1.0 aktiviert werden kann, wenn das notwendig ist, benötigen die meisten Unternehmen diese Technologie wohl nicht mehr.

Artikel wurde zuletzt im Januar 2015 aktualisiert

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