Speicherlösungen haben sich im Laufe der letzten Jahre immer mehr zu einem eigenständigen Bereich in der Informationstechnik entwickelt. Zwar war Storage schon immer einer der wichtigsten Aspekte in der Datenverarbeitung, jedoch hat dieses Feld mit dem Einzug neuer Technologien, und damit verbunden neuer möglichen oder erforderlichen Lösungen, einen völlig neue Gewichtung erlangt.

Im Wesentlichen lassen sich heute Speicherlösungen in drei Kategorien einteilen:

• Direct Access Storage (DAS)
• Network Access Storage (NAS)
• Storage Area Network (SAN)

Obwohl sich in jeder Kategorie spezielle Technologien durchgesetzt haben, beschreiben sie denndoch erstmal nur die logische Art der Bereitstellung von Datenspeicher:

• DAS - blockbasierender Zugriff auf einen Datenspeicher
• NAS - dateibasierender Zugriff auf einen Datenspeicher im Netzwerk
• SAN - blockbasierender Zugriff auf ein Datenspeichernetzwerk

Blockbasierend bedeutet, dass das Betriebssystem einen Datenspeicher wie eine lokale Festplatte verwalten kann. Dabei ist es aber mittlerweile nicht mehr zwingend erforderlich, dass es sich auch wirklich um eine lokale Festplatte handelt. Durch spezielle Treiber und Protokolle lassen sich auch Datenspeicher in das Betriebssystem einbinden, die nur über ein Netzwerk zu erreichen sind. Der Vorteil von blockbasierendem Zugriff liegt in der Verwaltbarkeit durch das Betriebssystem. Dateibasierender Zugriff hingegen erlaubt nur den Zugriff auf freigegebene Dateien und Ordner in einem Netzwerk. Hier kontrollieren und steuern spezielle Dienste den Zugriff.

Anfangs dominierte Direct Access Storage. Damals noch wirklich der unmittelbare blockbasierende Zugriff auf lokal angeschlossenen Massenspeicher. Betriebssysteme und alle anwenderbezogenen Nutzdaten lagen physisch auf den PCs. Arbeitete man vorwiegend mit Datenbanken, wurden diese auf internem Massenspeicher im Server betrieben und über ein Netzwerk darauf zugegriffen. Zum Einsatz kamen ATA, SATA oder SCSI Festplatten, die direkt an über die internen Controller angebunden wurden. Serverseitig wurde die Verfügbarkeit durch den Einsatz von RAID Systemen realisiert. Als Backup kamen ausschließlich Bandlaufwerke zum Einsatz.

Ansich war diese Art der Speicherung schon eine brauchbare Lösung und stellt auch heute noch für viele Unternehmen eine ausreichende Lösung dar. Denn der klare Vorteil von DAS liegt in der kaum zu übertreffenden Zugriffsgeschwindigkeit auf die lokalen Daten. Auch die Anschaffungskosten sind verglichen zu hochkomplexen Speicherlösungen relativ gering, weil die Technik flächendeckend standardisiert ist, in hohen Stückzahlen produziert wird und leicht in die Systeme eingebunden werden kann.

Aber DAS hat natürlich auch Nachteile. Allem voran die Sicherung der Nutzdaten der Anwender-PCs. Im Produktionsbetrieb würde eine regelmäßige Sicherung über das Unternehmensnetzwerk eine kaum zu tolerierende Netzlast mit sich bringen. Also muss die Sicherung außerhalb des Produktionsbetriebs vollzogen werden. Mit steigender Anzahl der Anwender-PCs erhöht sich damit auch der administrative Aufwand und die Dauer. Damit die Nutzdaten nun zusätzlich auch während der Arbeitszeit einem gewissen Schutzfaktor unterliegen, müssten alle Nutzersysteme mit RAID Systemen arbeiten. Und damit relativieren sich allmählich die Kostenvorteile von DAS zu anderen Lösungen.

Einen anderen Weg verfolgt Network Attached Storage. Bei dieser Lösung werden alle wesentlichen Nutzdaten in einem zentralen System gespeichert. Der Zugriff erfolgt nun nicht mehr blockbasierend von einem lokalen Speichermedium aus, sondern dateibasierend über das Netzwerk. Zwar bringt auch diese Lösungen erstmal eine sehr hohe Netzauslastung mit sich, aber diese kann durch den Einsatz leistungsfähiger Netzwerktechnologien (Gigabit Ethernet) deutlich gemindert werden. Der Hauptvorteil liegt aber in der zentralen Verwaltung der Nutzdaten, was unter anderem den administrativen Aufwand zur Sicherung enorm gesenkt. Serverbezogene Daten hingegen werden üblicherweise weiterhin über DAS angebunden, da hier der Performancefaktor überwiegt und Datenbanken einen blockbasierenden Zugriff erfordern.

Denkbar sind auch Lösungen, wo Clients gar keinen internen Massenspeicher mehr besitzen, sondern vom Betriebssystem bis hin zu den Nutzdaten alles vom NAS beziehen. Damit können effiziente Thin Clients eingesetzt werden, die zum einen kostengünstig in der Anschaffung sind und zudem die Betriebskosten niedrig halten. Ein ausgefallener Thin Client kann durch den einfachen Austausch durch einen neuen Thin Client sofort neu booten und wieder betrieben werden.

Zum Einsatz im NAS kommen überwiegend die Protokolle CIFS/SMB/NFS, TCP/IP und Ethernet. Alles also weit verbreitete Protokolle, so dass auch hier die Implementierung keine größeren Hürden mit sich bringt. Selbst die Integration in ein Active Directory ist ohne Probleme möglich, so dass der verfügbare Speicher kontrolliert an die Clients zugwiesen werden kann.

Ein wesentlicher Nachteil ist hier allerdings der Single Point Of Failure (SPOF) im Bezug auf die Verfügbarkeit. Fällt das NAS aus, kann dies zum kompletten Stillstand des Betriebs führen. Daher sollten NAS System durch Redundanzlösungen abgesichert werden.

Ist die Hochverfügbarkeit der wichtigste Faktor, wird ein Storage Area Network (SAN) eingesetzt. Ein SAN ist ein in sich geschlossenes Datenspeichernetwerk. Dominierend in SANs ist die Fibre Channel Technologie. Diese Technolgie beschreibt ein Protokoll, dass von vornherein für den redundanten blockbasierenden Hochgeschwindigkeitszugriff auf Massenspeicher ausgelegt wurde. Durch den geringeren Protokoll-Overhead kann Fibre Channel bei gleicher Bandbreite deutlich mehr Nutzdaten transportieren, als bei der Verwendung der Protokollfamilien im NAS. In Verbindung mit dynamic Multipathing sind zudem einfach zu realisierende Redundanzen möglich. Als Übertragungsmedium kommen Lichtwellenleiter zum Einsatz. Damit sind also zum einen sehr hohe Bandbreiten möglich, wie auch sehr lange Übertragungswege ohne Repeater.

Der Aufbau von SANs ist allerdings schon etwas komplexer, als die einfache integration eines NAS in ein Netzwerk. Neben den Switches und den Medien für Lichtwellenleiter werden auch Host Bridge Adapter (HBAs) benötigt. Diese ermöglichen erst den physikalischen Zugriff auf das SAN.

Da alleine aus Kostengründen nicht jeder Netzwerkteilnehmer mit HBAs ausgestattet werden kann, beschränkt sich die Implementierung von SANs üblicherweise auf die Serverseite.

Den redundanten Servern erscheint das SAN wie ein physisches Laufwerk. Quasi ein virtuelles DAS auf dem auch blockweise zugegriffen wird. Sogar konkurierende Zugriffe sind mit entsprechenden Kontrolldiensten möglich. Über die Server können die Clients auf relevante Daten im SAN zugreifen. Auch eine vollständige Virtualisierung aller Systeme ist dabei möglich, da die Server direkt aus dem SAN heraus booten können und den Thin Clients daraufhin den Massenspeicher wie ein NAS zur Verügung stellen können. Der SPOF wird durch das redundante SAN bestmöglich elemeniert.

Eine besondere Betrachtung soll nun noch eine spezielles Verfahren erhalten. Das Internet Small Computer System Interface (iSCSI). Ähnlich wie SCSI, arbeitet es mit einem Initiator und Targets. Dabei ermöglicht es den blockbasierenden Zugriff auf die Targets über TCP/IP und vereint so zwei vorteilhafte Eigenschaften aus dem DAS und dem SAN. Idealerweise ist es somit prädestiniert für den Einsatz im NAS. Und tatsächlich bringen professionelle und mittlerweile immer mehr günstigere NAS Systeme die Fähigkeit eines iSCSI Targets mit.

Eine spezielle Hardware ist erstmal nicht zwingend erforderlich. Von Vorteil ist es aber, wenn Netzwerkkarten eingesetzt werden, welche die CPU bei Gigabit Ethernet oder höher entlasten können (TCP/IP Offload). Möchte man zusätzlich aus einem NAS heraus booten können, ist entweder ein iSCSI HBA notwendig oder der Pre-Boot eines Mini-Betriebssystems über PXE, welches den Zugriff auf das iSCSI Target ermöglicht und daraufhin den eigentlichen Bootvorgang anstößt.

Für den iSCSI Initiator (hier Server) erscheint das iSCSI Target wie ein virtuelles Direct Access Storage. Der Wesentliche Vorteil von iSCSI ist nun die Möglichkeit auf eine bestehende Netzinfrastruktur aufbauen. Zudem ist der Einsatz von standardisierter Massenware möglich. Diese Faktoren reduzieren natürlich die Anschaffungskosten enorm. Durch die Auswahl an Netzwerkkarten und deren Möglichkeiten zur Kanalbündelung können sogar Bandbreiten wie bei Fibre Channel erreicht werden.

Als direktes Konkurenzprodukt zu iSCSI ist Fibre Channel over Ethernet anzusehen (FCoE). Weil es aber die gleichen Vorteile und Nachteile wie iSCSI hat und zudem noch keine große Marktrelevanz besitzt, soll es hier nur der Form halber erwähnt werden.

Im Folgenden noch eine Übersicht über die Wesentlichen Stärken und Schwächen unter verschiedenen Gesichtspunkten:

+ = gut, O = durchschnitt, - = schlecht

Zusammenfassend sei noch gesagt, dass alle hier vorgestellten Lösungen natürlich keine finalen Pauschallösungen sind. Topologien lassen sich variieren und Technologien mischen. Neben den reinen technischen Anforderungen kommt zudem noch der Faktor Total Cost of Ownership (TCO) hinzu. Also alle Kosten die das System in der veranschlagten Laufzeit verursachen wird.

Daher muss jedes Unternehmen individuell entscheiden, welche Lösung und Technologie es einsetzen soll. Denn nicht jedes Unternehmen erleidet durch den temporären Ausfall der IT einen enormen wirtschaftlichen Schaden. Auch wenn dies gerne von manchen Produktanbietern propagiert wird. Hochverfügbarkeit und Performance kosten nunmal ihren Preis und sind in vollem Umfang nicht für jedes Unternehmen eine lohnende Investition.

Abschließend einige Links zum Thema Speicherlösungen. Weblink zu sanrad.com Weblink zu storitback.de