Storage-Grundlagen: DAS, SAN und NAS im Überblick

Das Datenaufkommen wächst seit Jahren exponentiell – dadurch erhöht sich der Storage-Bedarf um ein Vielfaches. Aus diesem Grund wird eine passende Speicher-Lösung für Unternehmen immer wichtiger. In unserem neuen TKmag-Artikel zum Thema Storage-Grundlagen gehen wir auf die verschiedenen Storage-Arten DAS, SAN und NAS ein. Wir zeigen die Stärken und Schwächen der Lösungen auf, stellen Ihnen die jeweiligen Einsatzgebiete vor und verbinden diese Informationen mit praktischen Hardware-Beispielen.

ie Datenmengen in Unternehmen steigen immer weiter. Umso schwieriger wird es für die IT-Administration, eine Storage-Lösung auszuwählen, die alle Anforderungen abdeckt. Zahlreiche Fachbegriffe und Werbe-Ausdrücke erschweren die Suche nach der passenden Speicher-Lösung zusätzlich. Wir zeigen Ihnen daher, welche Storage-Art für welches Einsatzgebiet geeignet ist. Außerdem gehen wir auf die Stärken und Schwächen der unterschiedlichen Optionen ein. Dadurch können Sie Rückschlüsse für Ihr Projekt ziehen und einfacher ein geeignetes System für Ihr Vorhaben finden.

Einen kompakten Überblick über DAS, SAN und NAS bietet auch unser Podcast zum Thema:

Direct Attached Storage (DAS) für hohe Performance

Als kostengünstiger Einstieg in den Storage-Bereich eignet sich das sogenannte Direct Attached Storage (DAS). Hier wird der Speicher durch eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung (Serial Attached SCSI / SAS) direkt an den jeweiligen Server angeschlossen.

Dank Direct Attached Storage minimiert sich der Hardware-Aufwand für das Unternehmen: Es sind keine zusätzlichen Switches oder Verwaltungseinheiten neben dem Server nötig. Außerdem fällt kein zusätzlicher Protokoll-Stack an. Deshalb ist diese Speicher-Option vor allem konzeptionell äußerst performant: Kein Protokoll-Overhead und geringe Laufzeiten bzw. Latenzen sind kennzeichnend für DAS.

Diesen Vorteilen stehen aber auch einige Schwächen gegenüber: Direct Attached Storage bietet nur eine eingeschränkte Skalierbarkeit hinsichtlich der Kapazität – nur Scale-Up ist möglich. Zudem kann DAS nur in geringer Entfernung zum Host angebracht werden, was gerade bei räumlich sehr beschränkten Möglichkeiten zum Problem werden kann: Bei einer SAS-Verbindung sind maximal zehn Meter Abstand zum Server möglich.

Hardware für Direct Attached Storage

Direct Attached Storage empfiehlt sich vor allem bei hohen Anforderungen an die Performance, daher lässt es sich für Tier 0 oder Tier 1 Storage wie Datenbankanwendungen oder Caching nutzen. Wenn das Unternehmen keine hohe Skalierbarkeit einfordert und nur ein kleines Budget zur Verfügung hat, ist Direct Attached Storage damit die Speicher-Lösung der Wahl.

Hardwareseitig handelt es sich bei DAS beispielsweise um JBODs bzw. JBOFs, die auch als Expansion Units oder Shelves bekannt sind. Sie benötigen eine intelligente Kontrolleinheit wie Server, Heads oder Nodes, da sie ohne diese zugehehörige intelligente Hardware nicht lauffähig sind. Andererseits zählen auch RAID-Systeme wie die NetApp E2800 Series zu Direct Attached Storage. Serverseitig ist dabei keine zusätzliche Intelligenz mehr nötig, sondern lediglich ein HBA, da das RAID-System sich selbst verwaltet.

Storage Area Network (SAN) als DAS-Erweiterung

Eine Alternative zu Direct Attached Storage ist das sogenannte Storage Area Network (SAN). Mittlerweile wird ein Anschluss meist über Fibre Channel vorgenommen, obwohl auch Infiniband möglich ist. Bei dieser Storage-Variante greifen die Clients daher per Ethernet auf die Server zu. Diese verfügen wiederum über eine eigene Fibre-Channel-Infrastruktur, die analog zur Ethernet-Struktur aufgebaut ist. Im Klartext bedeutet das: Analog zum Netzwerk-Interface-Controller wird ein Fibre-Channel-HBA verwendet, analog zum Netzwerk-Switch ein Fibre-Channel-Switch. Dadurch ist ein Anschluss mehrerer Storage-Systeme möglich. Ein Server kann einfach auf mehrere Storage-Systeme zugreifen, was eine relativ gute Skalierbarkeit – auch in der Breite – ermöglicht.

Neben dieser Stärke sind auch die hohen Transferraten im SAN zu nennen. Diese entsprechen dank Glasfaser-Übertragung und Fibre-Channel-Protokoll mit geringem Overhead in etwa denen eines DAS. Im Gegensatz zu Direct Attached Storage lassen sich mit einem Storage Area Network allerdings größere Distanzen überwinden. Zudem vereinfacht ein SAN teilweise die Administration des Storage, da nur noch eine zentrale Stelle verwaltet werden muss. Andererseits kommt aber eine zusätzliche Infrastruktur-Ebene hinzu, die ebenfalls Administrationsaufwand erfordert. Als weitere Schwäche ist außerdem die durchaus komplizierte Konfiguration zu nennen. Diese erhöht den Verwaltungsaufwand gerade zu Anfang erheblich. Hier müssen die Administratoren meist einen eigenen Kommandosatz erlernen, weshalb einiges an Wissen nötig ist, bevor ein SAN kosten- und zeitsparend eingesetzt werden kann.

Mögliche Hardware für den Aufbau eines Storage Area Networks ist beispielsweise die NetApp E-Serie. Diese ist auf hohe Flexibilität und Performance ausgelegt und dadurch ideal für die Verwaltung großer Datenmengen. Auch Lösungen auf Basis von Open-E kommen für SAN in Frage, da sie unter anderem auch Fibre Channel unterstützen. Diese werden meist jedoch nur auf Anfrage angeboten, da sie zusätzliche Prüfungen hinsichtlich der Kompatibilität erfordern.

Keine verlässlichen Standards

Obwohl ein Storage Area Network eine Speicher-Konsolidierung und dadurch die Minimierung des überschüssigen Speichers auf dem Server ermöglicht, sind die Hardware-Komponenten wie Transceiver-Module sowie Fibre-Channel-HBAs und –Switches deutlich hochpreisiger als bei Direct Attached Storage. Die IT-Administration des jeweiligen Unternehmens muss daher abwägen, ob ein SAN tatsächlich lohnenswert für das geplante Vorhaben ist.

Ein weiteres Problem: Es gibt keine verlässlichen Standards für SAN. Viele Hersteller machen hier ihr eigenes Ding, weshalb Komponenten nicht immer kompatibel zu denen anderer Hersteller sind. Das hat sich im Vergleich zu früher zwar erheblich verbessert, ein Garant für Interoperabilität besteht aber dennoch nicht.

Ähnliche Einsatzgebiete wie DAS

In den Einsatzgebieten ähneln sich SAN und DAS recht stark, da beide Storage-Varianten eine ähnlich hohe Performance aufweisen. Damit ist ein Storage Area Network für die Tier 0 und die Tier 1 Ebene verwendbar. Existiert bereits eine bestehende SAN-Infrastruktur, kann ein SAN aber auch problemlos für Tier 2 oder Tier 3 eingesetzt werden. Datenbank-Anwendungen, Storage-Konsolidierung und die Zentralisierung von Storage wären typische Einsatzgebiete. Letzteres ist gerade bei Cluster-Systemen und Virtualisierung besonders empfehlenswert.

Unified Systeme dank Network Attached Storage (NAS)

Die letzte Storage-Lösung, die wir Ihnen in diesem Artikel vorstellen möchten, ist Network Attached Storage (NAS). Hierbei handelt es sich um Storage, das via Ethernet-Switch an die bestehende IT-Infrastruktur angeschlossen wird. Einer der Vorteile von Network Attached Storage liegt eben in dieser einfachen Anbindung an das bestehende Netz bzw. an die jeweiligen Clients. Das NAS wird dabei über Standard-Interfaces für Netzwerk-Controller angeschlossen. Das umfasst beispielsweise RJ45, SFP+,SFP28, QSFP+ oder QSFP28. Gerade bei 1 Gbit/s Ethernet, aber auch bei 10 Gbit/s, kann sich hier je nach Anwendungsfall und den eingesetzten Datenträgern (Flash oder HDD) ein möglicher Flaschenhals ergeben. Dies sollte vor der Implementierung abgeklärt werden.

Im Gegensatz zu Direct Attached Storage wird bei Anschluss eines NAS ein Umweg über den Ethernet-Switch gegangen, was letztlich zu einer hohen Belastung des vorhandenen LANs führt. Das darunterliegende TCP/IP-Protokoll ist darüber hinaus nicht für Storage-Traffic optimiert, da ein relativ großer Protokoll-Overhead entsteht. Für beide Probleme gibt es allerdings Lösungen: Das Protokoll kann durch die Verwendung von Jumbo-Frames (MTU 9000) optimiert, die hohe Belastung des LANs durch ein dediziertes Storage-Netz mit hoher Bandbreite von 10 Gbit/s oder mehr abgeschwächt werden.

Diesen Nachteilen gegenüber stehen zahlreiche Vorteile wie der konkurrierende Zugriff mehrerer Clients: Dank Networking-Filesystem (SMB/CIFS, NFS) ist dies einfach möglich. Die Kompatibilität und Operabilität von Network Attached Storage ist dank einheitlicher Standards gewährleistet. Darüber hinaus stellt ein LAN ab 10 Gbit/s im Realbetrieb mittlerweile eine Alternative zu FC-SAN dar, da sich hiermit bereits eine relativ gute Performance erreichen lässt.

Trend zu NAS erkennbar

Network Attached Storage ist tendenziell für einen Einsatz bei Tier 2 und Tier 3 Storage wie Produktiv- und Inhaltsdaten sowie Archiv-Daten und Backups vorgesehen. Gerade bei Streaming oder Video-Surveillance ist diese Storage-Variante prädestiniert.

Durch einen Anschluss von Flash-Systemen wird mittlerweile auch eine höhere Performance möglich: Teilweise ist NAS daher auch für Tier 0 oder Tier 1 Anwendungen geeignet, etwa durch Lösungen, die auf Open-E basieren. Viele NAS-Systeme bieten auch blockbasierten Speicher an, der zum Teil über Ethernet oder Unified-Storage umgesetzt wird.

Der tendenzielle Trend im Storage-Bereich geht hin zu Network Attached Storage.

Software Defined Storage (SDS) und NAS

Verschiedene Hersteller bieten Systeme für NAS an. Die bekanntesten darunter sind wohl NetApp und Synology. Bei NetApp ist hier hauptsächlich die FAS-Series erwähnenswert, die sowohl block- als auch dateibasierten Speicher bietet. NetApp offeriert damit effiziente Speichernutzung und gute Skalierbarkeit ohne Unterbrechungen. Synology Lösungen eigenen sich hingegen optimal für kleine mittelständische Firmen, da die Datenverwaltung vereinfacht und der Datenschutz zentralisiert wird.

Auch Software Defined Storage Lösungen wie Open-E JovianDSS fallen in den Bereich Network Attached Storage, ebenso wie bspw. auch andere Ceph-Lösungen.

Ausblick: So geht es mit Storage zukünftig weiter

Bis zum Jahr 2025 wird  nach einer Studie von IDC ein Daten-Wachstum auf rund 175 Zettabytes erwartet – eine enorme Menge, die Storage-Lösungen in Zukunft immer wichtiger macht. Speicher müssen gerade in Unternehmen flexibel mitwachsen können, um diese riesigen Datenberge schnell und zuverlässig verarbeiten zu können. Dadurch gewinnt Software Defined Storage auf kostengünstiger Server-Hardware immer mehr an Bedeutung. Entsprechenden Software-Produkte garantieren Verfügbarkeit, Performance und Skalierbarkeit, weshalb viele IT-Administratoren mittlerweile gern auf diese Lösung zurückgreifen.

Dieser Artikel basiert auf dem Webinar unseres Sprechers Thomas Muggendobler.
Hier können Sie die Aufzeichnung in voller Länge abrufen:

Download der Präsentation

 

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