Windows Server 2019: Dateiserver planen

Hardware, Speicherpool, Dateisysteme NTFS und ReFS, virtuelle oder physische Dateiserver, Backup und Notfallsysteme im Überblick.

Hardware

Generell

Unabhängig davon wie der Dateiserver bereitgestellt werden soll, ist bei der Hardware typischerweise folgendes zu beachten:

  • aktuelle Hardware mit Herstellersupport (für Hardware-Ersatzkomponenten und Software-Updates für BIOS und Firmware)
  • redundante Netzteile
  • schnelle und redundante Netzwerkanbindung
  • großer CPU Cache
  • ausreichend Arbeitsspeicher (RAM)
  • schneller RAID-Controller inkl. großem und schnellem Cache (wenn keine Speicherpools geplant)
  • min. RAID5, besser RAID6, in großen Systemen kombiniert z.B: RAID1/0 (wenn keine Speicherpools geplant)
  • ausreichend Speicherkapazität (aktuelle Speicherkapazität + geplantes Wachstum + Reserve)
  • die passenden Datenträger (HDD/NVME/SSD)

HDD, SSD, NVME

In den meisten kleinen bis mittleren Betrieben erfüllen Dateiserver mit HDD vollständig ihren Zweck. Wie bei allen anderen Hardware-Komponenten sollte es sich dabei natürlich um für Server bzw. Dauerbetrieb geeignete Komponenten handeln. Im Server sind aktuell Festplatten mit SAS/12GBit und min. 7200 rpm eher 10000 rpm gängig. Von 15000 rpm rate ich eher ab, da hier die Ausfallswahrscheinlichkeit und Leistung/Kosten-Relation meiner Erfahrung nach eher gegen einen Einsatz sprechen. Günstigere Server-Systeme laufen auch mit NL-SAS- oder SATA-Festplatten. Auf SATA sollte man im Server aber eher gänzlich verzichten. NL-SAS sollte nur bei geringem Budget und geringen Leistungsanforderungen eine Option sein.

Solid State Disks (SSD) sind im Serverbereich immer häufiger zu finden. Da diese im Inneren auf mechanische Teile verzichten und eine bessere Temperatur-Toleranz aufweisen, sind sie auch besonders für etwas raue Umgebungen geeignet (schlecht bis nicht klimatisiert, Erschütterungen etc.). Gegen SSD sprechen meist Preis, Kapazität und Lebensdauer (z.B. DWPD, TBW). Je nach Einsatzzweck stehen bei SSDs die Kategorien read-intensive, mixe-use oder write-intensive zur Auswahl. Wobei read-intensive die günstigste Lösung darstellt.

Bei NVM Express (NVMe) handelt es sich wie bei SSD um flashbasierten Speicher, der aber über PCIe angebunden wird. Aufgrund der Kosten, Größe und Anschlussart wird NVMe aktuell hauptsächlich als schneller Puffer (Zwischenspeicher) im Server eingesetzt.

In Kombination über Microsoft Storage Spaces virtuelle Datenträger und Laufwerke mit HDD und SSD in lokalen Speicherpools (Storage Pools) zusammengefasst werden.

Speicherpool

Bei der Verwendung von Speicherpools wird vereinfacht gesagt ein Software-RAID erzeugt. So können Laufwerke zusammengefasst und die Verfügbarkeit durch Spiegelung und Parität erhöht werden. Somit genügen einfache Hostbusadapter (HBA) statt teurer RAID-Controller. Wurde ein RAID-Controller eingebaut, kann dieser meist in den HBA-Modus versetzt werden. Speicherpools können auf einem eigenständigen Server oder über mehrere Server mit direkte Speicherplätze alias Storage Spaces Direct (S2D) erzeugt werden.

Dateisysteme NTFS und ReFS

New Technology File System (NTFS)

NTFS ist (noch) der Quasi-Standard im Microsoft-Umfeld. Boot-Laufwerke werden in jedem Fall noch mit NTFS formatiert. Daten-Laufwerke können, soweit es die geplanten Serverrollen zulassen, aber meist schon mit ReFS formatiert werden.

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Resilient File System (ReFS)

Das „robuste Dateisystem“ wurde mit Windows Server 2012 eingeführt und trägt seinen Namen zu Recht. Im Gegensatz zu NTFS verkraftet es Ausfälle und Fehler deutlich besser. In Verbindung mit Speicherpools (mit Spiegel- und Paritäts-Volumes) werden Fehler automatisch korrigiert. Außerdem werden Volumes automatisch auf Fehler gescannt und ggf. repariert. VHD(X) mit fester Größe werden auf einem ReFS-Volume in Rekordzeit erstellt. Auch Prüfpunkte (Checkpoints), also AVHD(X), werden unter ReFS deutlich schneller mit der VHD(X)-Datei zusammengeführt.

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Dateiserver physisch, virtuell oder Scale Out File Server

Je nach Anforderung und bestehenden IT-Ressourcen ergeben sich die folgenden Bereitstellungsmöglichkeiten:

Physischer Dateiserver

Die einfachste Form eines Dateiservers. Der Dateiserver wird direkt auf der physischen Serverhardware bereitgestellt.

Vorteile:

  • Die Hardware wird nur für die Bereitstellung des Dateiservers genutzt
  • Schnelle Inbetriebnahme
  • Kein besonders hohes Expertenwissen notwendig

Nachteile:

  • Alles steht und fällt mit diesem einen Server
  • Ressourcen nur begrenzt erweiterbar (schlecht skalierbar)

Virtueller Dateiserver auf einem Hyper-V Host

Ein virtueller Dateiserver bietet auch auf einem alleinstehenden Virtualisierungshost einige Vorteile. Sollen auf dem Server mehrere Serverdienste bereitgestellt werden, kann eine Isolierung in mehrere virtuelle Server die Sicherheit und Verfügbarkeit einzelner Dienste erhöhen. Somit werden nicht alle Serverdienste unterbrochen nur weil Dienst XY einen geplanten oder vielleicht auch ungeplanten Serverneustart erfordert.
Einer oder alle virtuelle Server können bei Bedarf relativ leicht auf andere Hardware portiert werden, wenn die Hardware-Ressourcen doch nicht mehr ausreichen und nicht mehr erweitert werden können.

Vorteile:

  • generelle Vorteile eines virtuellen Servers (z.B. Migration)

Nachteile:

  • evtl. Engpässe bei geteilten Hardware-Ressourcen (ins besonders Storage-Performance)
  • hohe Netzwerk-Performance erfordert SR-IOV kompatible Hardware

Virtueller Dateiserver im Failovercluster

Existiert bereits eine entsprechend ausgestattete Cluster-Virtualisierungsumgebung oder ist eine Neuanschaffung geplant, sollte der Dateiserver wahrscheinlich dort bereitgestellt bzw. eingeplant werden.

In einem Virtualisierungscluster wird der virtuelle Dateiserver von der Serverhardware entkoppelt und kann bei Bedarf (z.B. Hardware-Ausfall/Wartung) schnell auf einen anderen Serverknoten migriert bzw. gestartet werden. Allerdings sollte man hier die Hardware-Ressourcen besonders im Fokus haben. Andere virtuelle Server (z.B. Mail- und Datenbankserver) beanspruchen möglicherweise bereits erheblich die Storage-Performance. Möglicherweise muss daher vor der Inbetriebnahme eines neuen virtuellen Dateiservers die Storage erweitert werden oder sogar ein neuer Serverknoten (Virtualisierungshost) zum Cluster hinzugefügt werden.

Vorteile:

  • höhere Verfügbarkeit

Nachteile:

  • evtl. Engpässe bei geteilten Hardware-Ressourcen
  • hohe Netzwerk-Performance erfordert SR-IOV kompatible Hardware

Scale Out File Server (SoFS) oder auch „Dateiserver mit horizontaler Skalierung“

Auch wenn „File Server“ im Namen steckt, handelt es sich hierbei eigentlich um eine Software-Storage-Lösung auf Basis von Windows Server Speicherpools, genauer gesagt Storage Spaces Direct (S2D) und keinem klassischen Dateiserver. Es werden daher min. zwei physische Server benötigt. Scale-out-Fileserver sind nicht direkt für Userdaten geeignet, sondern stellt den Speicher für Applikationsdaten, besonders für Hyper-V und SQL, für andere Server bereit.

Wenn die bestehende Storage der Cluster-Virtualisierungsumgebung nicht ausreicht, ersetzt werden soll, oder vielleicht auch nicht mit Dateiserverdiensten belastet werden soll, bietet sich unter anderem die Lösung über Microsoft Scale-Out-Fileserver an.

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Datendeduplizierung

Je nach Art der Daten können zwischen 30 – 90 % Speicherplatz durch die Datendeduplizierung eingespart werden. Die Datendeduplizierung kann in den Windows Server Rollen installiert werden. Nach der Installation kann die voraussichtliche Einsparung vorberechnet werden. Anschließend kann die Datendeduplizierung für die jeweiligen Volumes aktiviert werden. Da es doch ziemlich die Performance beansprucht, muss der Einsatz individuell geprüft werden.

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Backup

Unabhängig davon wie der Dateiserver nun bereitgestellt wird, ist noch ein ausreichend dimensioniertes Speichersystem für Backups notwendig, dass abhanden gekommene Daten der letzten Wochen/Monate schnell wiederherstellen lässt. Eine gängige Lösung ist ein zusätzlicher Speicherplatz, der durch Server oder NAS bereitgestellt wird. Wenn Backup- und Produktivsystem im selben Brandabschnitt oder sogar selben Raum stehen, sollte zusätzlich noch ein portables Backup auf Band oder externen Festplatten erstellt werden. Diese Datenträger sollten dann an Werktagen täglich getauscht und sicherer gelagert werden (z.B. Safe in einem anderen Brandabschnitt).

Notfallsystem in der Hot Site

Wenn das primäre System einen Totalausfall erleidet (Blitzeinschlag, Brand, Diebstahl, Sabotage, Wasser…), kann ein entsprechend eingerichtetes Notfallsystem in einem anderen Brandabschnitt/Gebäude oder auch weiter entfernt (z.B. Cloud), zumindest eingeschränkt einige IT-Dienste übernehmen. Ist der Dateiserver wichtig genug, kann dieser in virtuellen Umgebungen über Hyper-V-Replikation oder Storage-Replica in ein Notfallsystem dupliziert werden. Physische Dateiserver können beispielsweise über Robocopy die gespeicherten Daten inkl. Dateisystemberechtigungen auf ein Notfallsystem spiegeln.

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