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NOTE: CentOS Enterprise Linux is built from the Red Hat Enterprise Linux source code. Other than logo and name changes CentOS Enterprise Linux is compatible with the equivalent Red Hat version. This document applies equally to both Red Hat and CentOS Enterprise Linux.
Linuxtopia - CentOS Enterprise Linux Einfuhrung in die System-Administration - Schnittstellen der Massenspeicherger�te

5.3. Schnittstellen der Massenspeicherger�te

Jedes Ger�t, das in einem Computersystem verwendet wird, muss auf irgendeine Art mit diesem verbunden sein. Dieser Anschlusspunkt wird als Schnittstelle oder Interface bezeichnet. Massenspeicherger�te machen hier keinen Unterschied — auch diese haben Schnittstellen. Schnittstellen sind aus zwei Gr�nden wichtig:

  • Es gibt viele verschiedene (gr��tenteils inkompatible) Schnittstellen

  • Verschiedene Schnittstellen unterscheiden sich durch unterschiedliche Performance und Preismerkmale

Leider gibt es keine universelle Ger�teschnittstelle und noch nicht einmal eine einzige Schnittstelle f�r Massenspeicherger�te. Aus diesem Grund m�ssen Administratoren auf die von den Unternehmensystemen unterst�tzten Schnittstellen achten. Ansonsten besteht das Risiko, dass die falsche Hardware bei einem Systemupgrade angeschafft wird.

Verschiedene Schnittstellen haben verschiedene Performance-Kapazit�ten, die einige Schnittstellen geeigneter f�r bestimmte Umgebungen machen als andere. So sind zum Beispiel Schnittstellen, die Hochgeschwindigkeitsger�te unterst�tzen k�nnen, besser f�r Serverumgebungen geeignet, w�hrend langsamere Schnittstellen f�r die Desktop-Verwendung ausreichen. Unterschiede in der Leistung f�hren unausweichlich auch zu Unterschieden im Preis, was — wie immer — bedeutet, dass Sie das bekommen, wof�r Sie bezahlen. Hochleistungs-Computing hat seinen Preis.

5.3.1. Historischer Hintergrund

�ber die Jahre hinweg wurden viele verschiedene Schnittstellen f�r Massenspeicherger�te entwickelt. Einige blieben auf der Strecke, andere werden heute noch verwendet. Die folgende Liste bietet einen �berblick �ber das Ausma� der Schnittstellenentwicklung in den letzten 30 Jahren und eine Perspektive f�r die Schnittstellen, die heutzutage verwendet werden.

FD-400

Eine Schnittstelle, die urspr�nglich f�r die damaligen 8" Floppy-Diskettenlaufwerke Mitte der 70er Jahre entwickelt wurde. Ein 44-Pin-Kabel und einem Schaltkreis-Steckverbinder, der Strom und Daten lieferte, wurde dabei verwendet.

SA-400

Eine andere Floppy-Diskettenschnittstelle (diesmal urspr�nglich Ende der 70er Jahre f�r die damals neuen 5.25'' Floppy-Laufwerke entwickelt). Verwendete ein 34-Pin-Kabel mit einem Standard Steckverbinder. Eine leicht abge�nderte Version dieser Schnittstelle wird heute noch f�r 5.25'' Floppy- und 3.5'' Diskettenlaufwerke verwendet.

IPI

Steht f�r Intelligentes Peripherie Interface. Diese Schnittstelle wurde auf 8 und 14-inch Festplatten f�r Minicomputer der 70er Jahre verwendet.

SMD

Als Nachfolger von IPI wurde SMD (Storage Module Device) auf 8- und 14-inch Minicomputer-Festplatten in den 70er und 80er Jahren verwendet.

ST506/412

Eine Festplattenschnittstelle der fr�hen 80er Jahre. Wurde in vielen PCs eingesetzt und verwendet 2 Stecker — einen mit 34 Pins, und einen mit 20 Pins.

ESDI

Steht f�r Enhanced Small Device Interface. Diese Schnittstelle wurde als Nachfolger zur ST506/412 mit schnelleren Transferraten und gr��eren unterst�tzten Laufwerksgr��en betrachtet. Ab Mitte der 80er Jahre verwendet, benutzt ESDI das gleiche zwei-Kabel-Schema wie sein Vorg�nger.

Es gab damals auch propriet�re Schnittstellen von gr��eren Computerherstellern (haupts�chlich IBM und DEC). Die Absicht hinter der Entwicklung dieser Schnittstellen war der Versuch, das extrem lukrative Peripherie-Gesch�ft f�r deren Computer zu sichern. Durch die propriet�re Natur waren die Ger�te, die mit diesen Schnittstellen kompatibel waren, jedoch wesentlich teurer als vergleichbare nicht-propriet�re Ger�te. Aus diesem Grund erreichten diese Schnittstellen niemals eine langfristige Beliebtheit.

W�hrend propriet�re Schnittstellen weitestgehend verschwunden sind und die hier beschriebenen Schnittstellen kaum noch Marktanteile besitzen, ist es doch wichtig, �ber diese nicht mehr l�nger benutzten Schnittstellen Bescheid zu wissen, da dies zumindest eines deutlich werden l�sst — nichts in der Computerindustrie bleibt lange konsistent. Halten Sie also st�ndig Ausschau nach neuen Schnittstellen-Technologien; eines Tages werden Sie vielleicht eine finden, die besser f�r Ihre Anforderungen geeignet ist, als jene, die Sie bisher verwendet haben.

5.3.2. Heutige Industrie-Standard-Schnittstellen

Im Gegensatz zu den propriet�ren Schnittstellen, die im vorherigen Abschnitt beschrieben wurden, wurden einige weitestgehend angenommen und zum Industrie-Standard gew�hlt. Insbesondere zwei Schnittstellen haben diesen �bergang geschafft und sind ein bedeutendes Kernst�ck in der heutigen Speicherindustrie:

  • IDE/ATA

  • SCSI

5.3.2.1. IDE/ATA

IDE steht f�r Integrated Drive Electronics. Diese Schnittstelle stammt aus den sp�ten 80er Jahren und verwendet 40-Stift Stecker.

AnmerkungAnmerkung
 

Der eigentliche Name f�r diese Schnittstelle ist "AT-Attachment" (oder ATA), der Begriff "IDE" (der sich eigentlich auf ein ATA-kompatibles Massenspeicherger�t bezieht) wird jedoch weitl�ufig verwendet. Im restlichen Teil dieses Abschnitts verwenden wir jedoch den richtigen Namen der Schnittstelle — ATA.

ATA implementiert eine Bus-Topologie, bei der jeder Bus zwei Massenspeicherger�te unterst�tzt. Diese beiden Ger�te werden als Master und Slave bezeichnet. Diese Begriffe sind irref�hrend, da eine Art Beziehung zwischen diesen Ger�ten impliziert wird; dies ist jedoch nicht der Fall. Die Auswahl, welches Ger�t der Master und welches der Slave ist, wird gew�hnlich durch die Jumper-Bl�cke in jedem Ger�t festgelegt.

AnmerkungAnmerkung
 

Eine neuere Innovation ist die Einf�hrung von Cable-Select-F�higkeiten f�r ATA. Diese Innovation erfordert die Verwendung eines bestimmten Kabels, einem ATA-Controller und einem Massenspeicherger�t, das Cable-Select (normalerweise durch eine "Cable-Select" Jumper-Einstellung) unterst�tzt. Ist dies richtig konfiguriert, eliminiert Cable-Select die Notwendigkeit, Jumper beim Umstellen von Ger�ten auszuwechseln; anstelle dessen legt die Ger�te-Position am ATA-Kabel fest, ob dieses Master oder Slave ist.

Eine Variation dieser Schnittstelle illustriert die einzigartigen Methoden, mit denen Technologien vermischt werden k�nnen und f�hrt desweiteren unsere n�chste Industrie-Standard-Schnittstelle ein. ATAPI ist eine Variation der ATA-Schnittstelle und steht f�r AT Attachment Packet Interface. Haupts�chlich von CD-ROM-Laufwerken verwendet, h�lt sich ATAPI an die elektrischen und mechanischen Aspekte der ATA-Schnittstelle, verwendet jedoch das Kommunikationsprotokoll der im n�chsten Abschnitt beschriebenen Schnittstelle — SCSI.

5.3.2.2. SCSI

Formell als Small Computer System Interface bekannt stammt SCSI aus den fr�hen 80er Jahren und wurde im Jahre 1986 zum Standard. Wie auch ATA verwendet SCSI eine Bus-Topologie. Hier endet jedoch auch schon die �hnlichkeit.

Die Verwendung einer Bus-Topologie bedeutet, dass jedes Ger�t auf dem Bus irgendwie eindeutig identifiziert werden muss. W�hrend ATA nur zwei verschiedene Ger�te f�r jeden Bus unterst�tzt und diesen einen eindeutigen Namen zuweist, tut SCSI dies, indem jedem Ger�t auf dem SCSI-Bus eine eindeutige numerische Adresse oder SCSI-ID zugewiesen wird. Jedes Ger�t auf einem SCSI-Bus muss dahingehend konfiguriert werden (meistens durch Jumper oder Switches[1]), auf die SCSI-ID zu antworten.

Bevor wir fortfahren, ist es wichtig zu erw�hnen, dass der SCSI-Standard nicht eine einzige Schnittstelle beschreibt, sondern eine Familie von Schnittstellen. SCSI variieren in mehreren Bereichen:

  • Busbreite

  • Busgeschwindigkeit

  • Elektrische Merkmale

Der urspr�ngliche SCSI-Standard beschrieb eine Bus-Topologie, in der acht Leitungen im Bus f�r den Datentransfer verwendet wurden. Dies bedeutete, dass das erste SCSI-Ger�t nur 1 Byte Daten auf einmal �bertragen konnte. Zu einem sp�teren Zeitpunkt wurde der Standard auf Implementierungen mit 16 Leitungen ausgeweitet, was die zu �bertragende Datenmenge verdoppelte. Die eigentliche "8-Bit" SCSI-Implementierung wurde sodann als narrow SCSI bezeichnet, w�hrend die neuere 16-Bit-Implementierung als wide SCSI bekannt wurde.

Urspr�nglich wurde die Busgeschwindigkeit f�r SCSI auf 5 MHz gesetzt, was eine Transferrate von 5MB/Sekunde auf einem 8-Bit SCSI-Bus erlaubte. Erweiterungen des Standards verdoppelten diese Geschwindigkeit auf 10 MHz, d.h. 10MB/Sekunde f�r narrow SCSI und 20 MB/Sekunde f�r wide SCSI. Wie bei der Busbreite erhielten die �nderungen in der Busgeschwindigkeit neue Namen, die 10 MHz Busgeschwindigkeit wurde als fast bezeichnet. Sp�tere Erweiterungen brachten die Busgeschwindigkeiten auf ultra (20MHz), fast-40 (40MHz) und fast-80[2]. Weitere Erh�hungen der Transferraten f�hrten zu mehreren unterschiedlichen Versionen der ultra160 Busgeschwindigkeit.

Durch eine Kombination dieser Begriffe k�nnen unterschiedliche SCSI-Konfigurationen genau benannt werden. So ist zum Beispiel eine "ultra-wide" SCSI ein 16-bit SCSI-Bus bei 20 MHz.

Der urspr�ngliche SCSI-Standard verwendete Einzelsignale. Dies ist eine elektrische Konfiguration, bei der nur ein Leiter ein elektrisches Signal weitergibt. Sp�ter kamen dann Differentialsignale hinzu, bei denen zwei Leiter f�r das Weiterleiten von elektrischen Signalen eingesetzt wurden. Differential-SCSI (was sp�ter in Hochspannungsdifferential oder HVD SCSI umbenannt wurde) hat den Vorteil verringerter Empfindlichkeit auf elektrisches Rauschen und erm�glichte l�ngere Kabell�ngen; hat sich jedoch nie im allgemeinen Computermarkt durchgesetzt. Eine sp�tere Implementation, die als Niederspannungsdifferential (LVD/Low Voltage Differential) bekannt wurde, hat sich letztendlich durchgesetzt und ist eine Voraussetzung f�r h�here Busgeschwindigkeiten.

Die Breite eines SCSI-Busses bestimmt nicht nur die Datenmenge, die mit jedem Clock-Zyklus �bertragen werden kann, sondern auch wieviele Ger�te an einen Bus angeschlossen werden k�nnen. Herk�mmliche SCSI unterst�tzen 8 einzigartig adressierte Ger�te, w�hrend von wide SCSI 16 unterst�tzt werdeb. In jedem Fall m�ssen Sie sicherstellen, dass alle Ger�te eine jeweils einzigartige SCSI-ID verwenden. Haben zwei Ger�te die gleiche ID, bringt dies Probleme mit sich, die zu Datenkorruption f�hren k�nnen.

Dar�berhinaus sollten Sie beachten, dass jedes Ger�t auf dem Bus eine ID verwendet. Dies umfasst auch den SCSI-Controller. H�ufig wird dies von Administratoren vergessen und setzen versehentlich die selbe SCSI-ID f�r ein Ger�t sowie auch f�r den SCSI-Controller. Dies bedeutet in der Praxis, dass nur 7 (oder 15) Ger�te auf einem Bus zur Verf�gung stehen, da jeder Bus eine ID f�r den Controller bereitstellen muss.

TippTipp
 

Die meisten SCSI-Implementierungen enthalten eine Methode zum Scannen des SCSI-Busses; dies wird h�ufig dazu verwendet, zu best�tigen, dass alle Ger�te ordnungsgem�� konfiguriert sind. Ist das Ergebnis des Bus-Scans das gleiche Ger�t f�r jede einzelne SCSI-ID, so wurde dieses Ger�t f�lschlicherweise auf die gleiche SCSI-ID wie der SCSI-Controller gesetzt. Um dieses Problem zu l�sen, m�ssen Sie das Ger�t auf eine andere (und einzigartige) SCSI-ID umkonfigurieren.

Aufgrund der bus-orientierten Architektur ist es n�tig, beide Enden des Busses richtig abzuschlie�en. F�r diesen Abschluss wird ein terminierter Stecker mit dem richtigen elektrischen Widerstand an jeden Leiter des SCSI-Busses angebracht. Endwiderst�nde sind eine elektrische Voraussetzung. Ohne diese w�rden die vielen Signale auf dem Bus von den Enden des Busses reflektiert und somit die gesamte Kommunikation beeintr�chtigt werden.

Viele (jedoch nicht alle) SCSI-Ger�te haben interne Endwiderst�nde, die mittels Jumpern oder Switches aktiviert oder deaktiviert werden k�nnen. Externe Endwiderst�nde sind au�erdem erh�ltlich.

Eines sollten Sie jedoch �ber SCSI im Hinterkopf behalten — es ist nicht nur ein Schnittstellen-Standard f�r Massenspeicherger�te. Viele andere Ger�te (wie Scanner, Drucker und Kommunikationsger�te) verwenden SCSI, auch wenn diese weniger oft vorkommen als SCSI-Massenspeicherger�te. Jedoch mit dem Aufkommen von USB und IEEE-1394 (auch Firewire genannt) werden diese Schnittstellen in Zukunft h�ufiger f�r solche Ger�te eingesetzt werden.

TippTipp
 

Die USB- und IEEE-1394-Schnittstellen bewegen sich auch langsam in Richtung Massenspeicherger�te, es gibt zur Zeit jedoch noch keine nativen USB- oder IEEE-1394-Massenspeicherger�te auf dem Markt. Anstelle dessen werden heutzutage ATA- oder SCSI-Ger�te mit externen Umwandlungsschaltkreisen angeboten.

Egal welche Schnittstelle ein Massenspeicherger�t verwendet, das Innenleben dieser Ger�te hat einen Einfluss auf dessen Performance. Im folgenden Abschnitt wird dieses wichtige Thema behandelt.

Fu�noten

[1]

Einige Speicher-Hardware (meistens solche, die austauschbare Laufwerktr�ger haben) wurde so entwickelt, dass das Einstecken eines Moduls die SCSI-ID automatisch auf den richtigen Wert setzt.

[2]

Fast-80 ist technisch gesehen keine �nderung der Busgeschwindigkeit, da der 40MHz Bus erhalten wurde; die Daten wurden jedoch beim Steigen und Fallen jedes Clock-Impulses gesendet, was den Durchsatz effektiv verdoppelt.

 
 
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