iSCSI – Die Technik im Detail

Aktuelle NAS-Server sind mit Techniken ausgestattet, die früher Profis vorbehalten waren. Eine davon ist iSCSI. Das iSCSI-Protokoll Ihres NAS-Servers stellt einen Teil des Festplattenspeichers als iSCSI-Laufwerk zur Verfügung. iSCSI-Laufwerke behandelt Windows wie lokale Festplatten, die im PC eingebaut sind.

Das hat vor allem zwei Vorteile: Erstens ist iSCSI deutlich schneller als eine herkömmliche Netzfreigabe. Zweitens können Sie auf einem iSCSI-Laufwerk, da Windows es ja als lokale Festplatte ansieht, Dinge tun, die auf einem Netzlaufwerk nicht möglich sind, etwa Partitionen erstellen, Programme installieren oder Filme aufnehmen. Weitere Anwendungsbeispiele zeigt der Artikel „Tipps und Tricks zu iSCSI“.

Wer mehr über die Technik von iSCSI wissen möchte, der findet weitergehende Informationen im „Profi-Wissen: iSCSI – Massenspeicher im Netz“ .

Das Kürzel iSCSI steht für Internet Small Computer System Interface. iSCSI ist gewissermaßen die Netzwerkversion des alten SCSI-Protokolls. Über das SCSI-Protokoll hat Windows früher lokale Festplatten angesprochen. Über das iSCSI-Protokoll spricht Windows heute Festplatten an, die im Netzwerk liegen. Weil iSCSI auf SCSI beruht, hält Windows iSCSI-Laufwerke für lokale Festplatten.

Das iSCSI-Protokoll verbindet Speicherplatz im Netz mit Windows- oder Linux-PCs. iSCSI verlängert praktisch das Kabel zur Festplatte über das lokale Netzwerk. Technisch bedeutet das: Die iSCSI-Befehle zur Steuerung der Festplatte werden in TCP/IP-Pakete verpackt und übers Netzwerk geschickt — daher das „i“ vor SCSI.

Normalerweise läuft auf Ihrem NAS-Server ein Linux-System. Wenn Sie unter Linux einen Ordner für einen Windows-PC freigeben möchten, dann erledigt diese Arbeit der Samba-Server. Er nutzt das SMB-Protokoll.

Das SMB-Protokoll ist dateibasiert. Das bedeutet, dass immer komplette Dateien vom Linux-Rechner zum Windows-PC übertragen werden.

Im Unterschied dazu ist iSCSI blockbasiert. Das heißt, es müssen nicht ständig ganze Dateien hin und her gewuchtet werden — es genügt, die relevanten Blöcke der Dateien zu übertragen. So erklärt sich der große Geschwindigkeitsvorteil von iSCSI gegenüber Samba.

Nein, gar nicht. Auf Ihrem NAS stellen Sie eine gewisse Menge Festplattenspeicher bereit. Am Windows-PC starten Sie den iSCSI-Treiber. Das war's.

Wenn Sie den Festplattenspeicher als iSCSI-Laufwerk auf dem NAS bereitstellen, dann begegnen Ihnen aber zwei Begriffe, deren Bedeutung Sie kennen sollten: LUN und Target.

LUN steht für Logical Unit Number, übersetzt heißt das so viel wie logische Festplatte oder logische Einheit.

Betriebssysteme wie Windows können den physischen Plattenplatz auf dem NAS nicht direkt ansprechen. Die Platten, Schreib-Lese-Köpfe, Spuren und Sektoren einer physischen Festplatte müssen daher zuerst in einen logischen Raum übersetzt werden. Diese Übersetzung schafft eine logische Einheit, über die Windows die Dateien lesen und schreiben kann — eben die LUN. Die LUN stellt also den physischen Speicherplatz des NAS als logische Festplatte dar, auf die Windows zugreifen kann.

Es können mehrere LUNs auf dem NAS erstellt werden. Limitiert wird die Anzahl nur durch das NAS-Betriebssystem und den verfügbaren Speicherplatz.

Damit Windows die logische Festplatte — die LUN — ansprechen kann, muss ihr ein Target zugeordnet werden. Target bedeutet Ziel.

Zu diesem Target auf dem NAS-Server baut Windows dann mit Hilfe des iSCSI-Treibers die Verbindung auf. Die logische Festplatte auf dem NAS-Server wird daraufhin in der Datenträgerverwaltung als interne Festplatte eingebunden. Das Target ist also das Bindeglied zwischen der virtuellen Festplatte auf dem NAS-Server und Windows.

Die Größe des Targets richtet sich immer an der Größe der zugeordneten LUN aus. Wenn Sie etwa einer LUN mit 30 GByte ein Target zuweisen, ist das Target ebenfalls 30 GByte groß. Verändern Sie nachträglich die Größe der LUN, verändert sich automatisch auch die Größe des Targets. 

Der Zugriff auf iSCSI-Laufwerke ist im optimalen Fall fast doppelt so schnell wie bei den klassischen Netzlaufwerken. Denn: Anders als bei herkömmlichen Netzwerkfreigaben über das SMB-Protokoll überträgt iSCSI nur Datenblöcke über die Leitung — das spart Netzwerk-Overhead und verspricht hohen Datendurchsatz. Der begrenzende Faktor bei iSCSI ist nur die Geschwindigkeit des Heimnetzes.

Wer also mit iSCSI flott arbeiten will, sollte mindestens ein Gigabit-Netzwerk installiert haben. Dort lassen sich Übertragungsraten von bis zu 100 MByte/s erreichen. 

iSCSI-Laufwerke haben zudem den großen Vorteil, dass Windows sie als vollwertige lokale Festplatte und nicht als Netzlaufwerk einbindet.

Das ist praktisch, wenn Sie etwa mit Programmen arbeiten, die Netzlaufwerke nicht akzeptieren. So verschlüsselt Truecrypt keine Netzlaufwerke oder das Media Center von Windows speichert Filme nicht im Netz.

Der größte Nachteil von iSCSI gegenüber den klassischen Netzwerkfreigaben per Samba ist, dass immer nur ein PC Zugriff auf das iSCSI-Laufwerk haben kann. Grund: Wenn zwei PCs auf das iSCSI-Laufwerk zugreifen würden, dann hätte jeder der beiden PCs exklusiven Zugriff auf die Daten.

Solange die Dateien nur gelesen werden, ist das kein Problem, doch wenn eine Datei geändert wird, ohne dass der andere PC das mitbekommt, sind Inkonsistenzen im Dateisystem die Folge. Das würde im schlimmsten Fall zu Datenverlusten führen. Eigentlich bedeutet der gleichzeitige Zugriff nichts anderes, als würden Sie versuchen, ein und dieselbe Festplatte gleichzeitig in zwei PCs zu nutzen.

Ein weiterer Nachteil ist, dass die meisten NAS-Server selbst keinen Zugriff auf die Inhalte des iSCSI-Laufwerks haben. Sie sehen iSCSI-Laufwerke nur als Ganzes von außen. Daraus ergeben sich drei Einschränkungen.

Erstens funktioniert der Media-Server Ihres NAS nicht mit Inhalten auf dem iSCSI-Laufwerk — das NAS kann ja nicht hineinschauen.

Zweitens kann die Backup-Funktion des NAS das iSCSI-Laufwerk nur als ganzen Block sichern. Es ist nicht möglich, nur ausgewählte Ordner zu sichern.

Und drittens gibt es Einschränkungen, wenn Sie übers Internet auf das iSCSI-Laufwerk Ihres NAS zugreifen wollen: Das ist nur noch über eine VPN-Verbindung möglich. Mit WebDAV oder mit FTP können Sie nicht auf die Inhalte des iSCSI-Laufwerks zugreifen. 

Wer iSCSI nutzen möchte, benötigt einen NAS-Server, der iSCSI beherrscht. Fast alle aktuellen NAS-Systeme von Buffalo, D-Link, Netgear, Qnap oder Synology bieten die iSCSI-Funktionalität an.

Wer mit dem Gedanken spielt, einen NAS-Server selbst zusammenzustellen — wie in com! 9/2011 beschrieben — , ist mit den kostenlosen NAS-Betriebssystemen Free NAS oder das kostenlose Open Media Vault: auf der sicheren Seite. Beide Systeme stellen die iSCSI-Funktionalität bereit.

Alle Windows-Versionen ab Windows Vista sind standardmäßig mit einem iSCSI-Treiber ausgerüstet. Er lässt sich in der Systemsteuerung über „System und Sicherheit, Verwaltung, iSCSI-Initiator“ starten und konfigurieren.

Windows XP fehlt der iSCSI-Treiber. Microsoft bietet aber eine Installationsdatei an, die den iSCSI-Treiber für alle XP-Versionen nachrüstet. Es befindet sich dann eine Verknüpfung auf dem Desktop. Oder Sie rufen den iSCSI-Treiber in der Systemsteuerung über das Symbol „iSCSI Initiator“ auf.

Wer mehr über die Technik von iSCSI wissen möchte, der findet weitergehende Informationen im „Profi-Wissen: iSCSI – Massenspeicher im Netz“.