Storage Networking: Grundlagen

Flexibler Speicher für das ganze Netz

| Autor / Redakteur: Dr. Götz Güttich / Tina Billo

Speichernetzwerke setzen sich aus miteinander verwobenen Speichergeräten zusammen.
Speichernetzwerke setzen sich aus miteinander verwobenen Speichergeräten zusammen. (Bild: gemeinfrei - Free-Photos / Pixabay / CC0)

Speichernetze stellen einen zentralen Ressourcen-Pool im Unternehmen dar, der den Anwendern im Idealfall schnell und unkompliziert den Speicher zur Verfügung stellt, den sie für ihre tägliche Arbeit brauchen. Damit das Storage Network genau zu den Anforderungen passt, sind aber in der Praxis ein paar Faktoren zu berücksichtigen.

Vereinfacht gesprochen bestehen Speichernetze aus verschiedenen, miteinander verbundenen Speichergeräten, die ihrerseits mit unterschiedlichen IT-Komponenten beziehungsweise Netzwerken kommunizieren. In der Regel finden sie sich in Unternehmensumgebungen. In vereinzelten Fällen, beispielsweise wenn eine besonders hohe Leistung erforderlich ist, kann es aber auch sinnvoll sein, Storage Networking in kleineren Abteilungen und Außenstellen zu implementieren.

Architekturansätze

Es gibt zwei unterschiedliche Ansätze für Netzwerkspeicher. Zum einen sind in diesem Zusammenhang Storage Area Networks (SANs) zu nennen, die wie oben beschrieben, aus mehreren unterschiedlichen Speicherkomponenten bestehen und ihre Kapazitäten den Nutzern, beispielsweise den Unternehmensservern, auf Blockebene zur Verfügung stellen. In diesem Fall erscheinen sie auf dem Server wie lokale Laufwerke und lassen sich genauso verwenden. Konkret bedeutet der Zugriff auf Blockebene, dass das System, das den Speicher nutzt, sämtliche Zugriffe und auch das Dateisystem selbst verwaltet.

Der andere Ansatz zum Bereitstellen von Speicher im Netz sind Network Attached Storage-Lösungen (NAS). Diese laufen als Einzelkomponenten im Netz und stellen ihren Speicherplatz den Clients in der Regel in Form von Netzwerkshares über Protokolle wie CIFS und NFS zur Verfügung. Das Dateisystem wird in diesem Fall über den NAS-Server verwaltet. Man spricht dann von einem Zugriff auf File-Ebene. In diesem Fall ist es möglich, mehreren Clients die gleiche Freigabe gleichzeitig bereit zu stellen, was mit Blockspeicher nicht realisierbar wäre.

NAS-Server lassen sich darüber hinaus beispielsweise über RAID-Konfigurationen oder integrierte Backup-Features nutzen, um die Datensicherheit zu verbessern und einige dieser Lösungen sind auch dazu in der Lage, ihren Speicher auf Blockebene bereit zu stellen, wie die eben angesprochenen SANs. Da es sich bei ihnen aber um einzelne Komponenten im Netz und nicht um Speichernetze im eigentlichen Sinn handelt, befasst sich dieser Beitrag ausschließlich mit SANs.

Der Aufbau von SANs

Ein SAN fasst die angesprochenen unterschiedliche Speicherkomponenten in einem Netz zusammen. Dabei handelt es sich üblicherweise um ein dediziertes Speichernetz, auf dessen interne Datenübertragungen andere Komponenten im Unternehmen keinen Zugriff haben und deswegen auch die Leistung der Datentransfers nicht beeinflussen. Damit stellen sie eine hohe Performance sicher.

Im praktischen Betrieb verwenden SANs anders als NAS-Systeme, die ihre Daten mit Hilfe von Standardprotokollen wie NFS über das LAN übertragen, eigene Netzwerkgeräte und -protokolle. Dazu gehören auf Hardware-Seite unter anderem Adapterkarten und SAN-Switches, auf Protokollseite kommen in der Regel Fibre Channel und iSCSI zum Einsatz.

Software ist unabdingbar

Gleichzeitig spielt in einem SAN aber auch die Software eine große Rolle. Diese organisiert die Datenübertragungen zwischen den beteiligten Servern und Speicherkomponenten und das Speichern der Daten im Netz. Konkret stellt sie die Datenübertragungen zwischen den einzelnen Speicherkomponenten sicher, ohne dass die auf das SAN zugreifenden Server dazu entscheidend eingreifen müssten.

Im Detail funktioniert das folgendermaßen: Die SAN-Verwaltungssoftware wird auf einem oder mehreren Servern im Netz eingespielt. Dazu kommen dann noch diverse Management-Clients, die direkt auf den Speicherkomponenten arbeiten. Im Betrieb übernimmt die Software dann nicht nur die oben angesprochenen Datenübertragungen, sondern lässt sich üblicherweise auch nutzen, um Zonen und Logical Unit Numbers (LUNs) zu konfigurieren, über die die Storage Clients dann auf das SAN zugreifen können.

Zugriffe auf File-Ebene

SANs stellen ihren Speicher wie gesagt ausschließlich auf Blockebene zur Verfügung und lassen sich deswegen nicht Out of the Box nutzen, um Netzwerkfreigaben anzubieten. Es gibt aber Dateisysteme, die auf SANs aufsetzen und auf diese Weise Zugriffe auf File-Ebene ermöglichen. Das macht es möglich, Speicherressourcen zwischen verschiedenen Clients zu teilen, so dass diese gleichzeitig darauf zugreifen können.

LAN Free Backup

Natürlich besteht auch in SAN-Umgebungen die Option, Daten zu sichern und wiederherzustellen. In diesem Zusammenhang sind verschiedene Szenarien denkbar. Zunächst einmal ist in diesem Zusammenhang das "LAN Free"-Backup zu nennen. Dabei sichert die Backup-Software die zu schützenden Daten direkt über das SAN, ohne dazu auf das LAN des Unternehmens zugreifen zu müssen.

In diesem Fall besteht die Voraussetzung, dass die Backup-Devices genau wie die anderen Speicherkomponenten direkt im SAN hängen. Der Backup-Server, über den die Administratoren die Backup-Jobs verwalten, erhält von den Speicherkomponenten über das LAN lediglich die Metadaten der Backups, damit die Verantwortlichen in Erfahrung bringen können, wie ihre Backup-Jobs abgelaufen sind. Auf diese Weise laufen die Backups schnell ab und die Leistung im LAN wird praktisch nicht beeinträchtigt.

Serverless Backup

Eine andere Möglichkeit sind die so genannten Serverless Backups. Dabei handelt es sich um eine Erweiterung der LAN Free-Backups. Die Datensicherungen laufen in diesem Fall genauso über das SAN, die Verwaltung der Backup-Jobs erfolgt aber nicht über den Backup-Server, sondern über eine Backup-Funktion, die direkt ins SAN integriert wurde.

Auf diese Weise stößt der Backup-Server die Datensicherung lediglich an, die Ausführung des Jobs übernehmen dann Komponenten im SAN. Nur am Ende des Backups sendet der Sicherungs-Client Metadaten mit den Ergebnissen des Jobs an den Server. Bei dieser Option tritt also während der Datensicherung auch auf dem Backup-Server keine Last auf.

Ausfallsicherheit

Ein anderer wichtiger Punkt: die Ausfallsicherheit. Während beim Absturz eines dedizierten Speicher-Servers wie beispielsweise eines NAS-Systems die Daten im Netz nicht mehr verfügbar sind, besteht die Option, SANs redundant auszulegen. Das hebt das Sicherheitsniveau nochmal über die Ebene hinaus an, die sich durch die Verwendung von RAID-Spiegelungen und ähnlichem, was vor dem Ausfall einzelner Festplatten schützt, erreichen lässt.

So ist es in einem SAN beispielsweise möglich, an zwei möglichst weit auseinander liegenden Orten im Unternehmen zwei identische Speicherkomponenten einzurichten und zwischen diesen eine Datenspiegelung zu konfigurieren. Fällt nun eine der beiden Komponenten aus, so lassen sich die gespeicherten Informationen immer noch über die andere nutzen.

Virtualisierung

In den letzten Jahren hat auch die Speichervirtualisierung an Bedeutung gewonnen. Dabei kommt eine Virtualisierungs-Software zum Einsatz, die den physikalischen Speicher, also die SSD, die Festplatte oder ähnliches, vom logischen Speicherort, also zum Beispiel unter Windows der Festplatte "G:", die vom SAN auf Blockebene bereitgestellt wird, trennt.

Eine Mapping-Funktion stellt im Betrieb sicher, dass die Anwender immer über die gleichen Pfade auf ihre Daten zugreifen können, egal wo diese in der Praxis wirklich liegen. Das macht es den zuständigen Mitarbeitern einfach, den Speicherplatz genau an die jeweiligen Anforderungen anzupassen, verbessert die Auslastung und sorgt zudem auch für eine bessere Performance.

So ist es beispielsweise möglich, die Datenzugriffszahlen zu messen und die Informationen, die besonders häufig genutzt werden, auf SSDs und seltener verwendete Daten auf langsameren aber preisgünstigeren Festplatten abzulegen.

Fazit

Storage Area Networks sind heute in vielen Umgebungen nicht mehr wegzudenken. Sie bieten den Nutzern einen schnellen, redundanten und sicheren Speicher, der sich flexibel nutzen lässt. Administratoren, die die Aufgabe haben, in ihrem Unternehmen ein SAN einzurichten oder zu erweitern, müssen aber bedenken, dass nicht alle SAN-Komponenten der verschiedenen Hersteller miteinander kompatibel sind.

In Umgebungen mit hohen Sicherheitsanforderungen wird es oftmals nötig sein, die in einem SAN gespeicherten Daten zu verschlüsseln. In einem solchen Fall sollten die zuständigen Mitarbeiter über SAN-Switches nachdenken, die bereits eine Hardware-basierte IPSec-Verschlüsselung mitbringen, da sich die Encryption auf diese Weise am einfachsten und mit dem geringsten Verwaltungsaufwand realisieren lässt.

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