Ein Storage-Area-Network dient dem blockbasierten Datenaustausch zwischen Servern und Speichersystemen. Die äußerst funktionalen Speichernetzwerke lassen sich mit den Protokollen von Fibre-Channel (FC), iSCSI und Fibre-Channel over Ethernet (FCoE) und somit in fast jeder IT-Umgebung realisieren.

In der Speichervernetzung ist das Storage-Area-Network (SAN) immer noch die maßgebliche Infrastruktur neben Direct-Attached-Storage (DAS) und Network-Attached-Storage (NAS). Die direkte Anbindung von Speicher in Form von DAS hat wenige Vorteile und kann bei Bedarf nicht mitwachsen. NAS-Konfigurationen lassen mehrfachen Zugriff auf ein System zu, dieser filebasierte Zugriff bietet aber nicht die hohe Leistungsfähigkeit eines SANs. Die heute so gewünschte Speicherkonsolidierung führt zwangsläufig zu zentralen Systemen. Damit sinkt gleichzeitig der Managementaufwand. Ob ein SAN oder NAS beziehungsweise eine Kombination daraus zur Anwendung kommt, wird vom konkreten Anwendungsfall, dem Service-Level, der Leistung und vor allem von den Kosten bestimmt. Mittlerweile gibt es Angebote und Technologien, die es ermöglichen SAN-Funktionalitäten preiswert zu gestalten, ohne kostenintensive FC-Komponenten erwerben zu müssen.

SAN – Die Grundlagen

Das Storage-Area-Network wurde als dediziertes Speichernetzwerk konzipiert und erlaubt die Verschiebung großer Datenmengen innerhalb dieser Infrastruktur, meist zwischen Server und Speicher oder mehreren Speichersystemen. Die Abbildung zeigt die Zusammenhänge in einem klassischen SAN: Über ein lokales Netzwerk sind die Clients mit den Servern verbunden. Die Server greifen über das SAN auf zentralisierte Speichersubsysteme zu.

SAN-Aufbau

Der Datenverkehr in einem SAN besteht hauptsächlich in der Übertragung blockbasierter Daten. Blockbasierte Datenzugriffe werden in der Kommunikation zwischen Rechnern und deren Festplatten verwendet. Dabei fordert der Rechner einzelne Datenblöcke von einer Festplatte an. Im Gegensatz dazu werden bei einem dateibasierten Datenaustausch über CIFS oder NFS (NAS) ganze Dateien angefordert oder Ausschnitte aus Dateien. In den meisten SANs wird das SCSI-Kommunikationsprotokoll verwendet, das auf FC oder iSCSI als Transport-Protokoll aufsetzt.

Das FC-SAN-Protokoll basiert auf Glasfaser oder Kupfer und ermöglicht derzeit Übertragungsgeschwindigkeiten von zwei, vier und acht Gbit/s. Ähnlich wie im Netzwerkbereich werden die Storage-Netzwerk-Nodes über Hubs oder Switches verknüpft. Heute kommen hauptsächlich Switches im Fabric-Mode (»switched fabric«) zum Einsatz. Arbitrated-Loop-Topologien (FC-AL) oder Point-to-Point-Verbindungen sind in Rechenzentren kaum noch zu finden. Switched-Fabric gestattet das Versenden der Informationen von jedem beliebigen Punkt im Netzwerk an jeden beliebigen Punkt. HBAs, Storage-Controller, FC-Laufwerke, FC-Platten sind weitere Elemente des SAN.

Vorteile eines Storage-Area-Networks

Durch SANs lassen sich sämtliche Speichergeräte innerhalb eines Netzwerks zentralisieren und gemeinsam nutzen. Dadurch reduziert sich zugleich der Administrationsaufwand. Selbst Außenstellen oder Filialen lassen sich mit entsprechender SAN-Architektur einbinden. Darüber hinaus entlastet das SAN das übrige Netzwerk (LAN) vom Datenverkehr. IT-Verantwortliche können so die Sicherungszeiten einhalten bzw. minimieren. Zudem lassen sich dadurch LAN-free- und Serveless-Backups realisieren.

Größter Vorteil eines SAN ist die Funktionsvielfalt. Mit den verschiedenen Funktionalitäten kann der Administrator seine Speicherprozesse flexibel gestalten oder dynamisch anpassen. Snapshots, Replikationen, Spiegelung oder inkrementelle Sicherungen sind nur einige dieser Leistungsmerkmale. Hardware-Redundanzen, Load-Balancing, Clusterfähigkeit, Trunking oder dynamische Pfadnutzung kommen hinzu. Einen besonderen Vorteil bietet die Virtualisierung des SAN. Zum einen lassen sich entfernte Standorte ins SAN integrieren, um Datensicherungen durchzuführen. Zum anderen sind auch entfernte Rechenzentren als Ausweichstandort zu nutzen.

Virtualisierung, Tiered-Storage und Thin-Provisoining

Optimale Ressourcen-Nutzung ist eines der wichtigsten Kriterien bei der Wahl einzelner Technologien. Innerhalb eines SAN bieten sich verschiedene Verfahren an, den vorhandenen Speicherplatz so gut wie möglich zu verwenden. Die Speichervirtualisierung ermöglicht es, den Speicherplatz für den Nutzer genau anforderungsgerecht zur Verfügung zu stellen, unabhängig von der Art und Anzahl der eingesetzten Systeme. Diese Virtualisierung kann auf Filesystemebene (NAS), Blocklevelebene (SAN) oder für Magnetbänder erfolgen. Virtualisierung hebt die physikalischen Beschränkungen wie Kapazität, Geschwindigkeit und Anfälligkeit auf. Der Anwender erhält eine variable Kapazität, variable Geschwindigkeiten, Skalierbarkeit und hohe Zuverlässigkeit. Verteilt vorhandener Massenspeicher lässt sich virtuell wie eine einzige Festplatte behandeln. Den einzelnen Server-Systemen werden dann auf dieser virtuellen Festplatte Partitionen zugewiesen, die diese Server über die Host-Bus-Adapter wie eine eigene Festplatte einbinden können. Der vorhandene Speicherplatz kann so viel effektiver genutzt und zentral verwaltet werden, da es jederzeit im laufenden Betrieb möglich ist, die Größe des zugewiesenen Speicherbereichs für die Server im SAN zu ändern.

EMC Speichervirtualisierung auf unterschiedlichen Ebenen

Durch die heutige Nutzung unterschiedlicher Speicher, SATA-Festplatten, SCSI-, SSD- oder FC-Laufwerke sowie Bänder lässt sich eine Speicherhierarchie aufbauen. Tiered-Storage und Information-Lifecycle-Management beschreiben diesen Vorgang. Der Administrator legt die Daten ihrem Wert entsprechend auf den dafür geeigneten Medien ab oder verschiebt sie im Laufe der Zeit: I/O-intensive Operationen auf FC-HDDs, Informationen für die Langzeitarchivierung auf Band. Mittels Virtualisierung erzielt er zudem ein besseres Management und kann Speicherprozesse besser überschauen und prüfbar machen. Konsolidierung, Kosteneffizienz und regelkonforme Ablage sind im SAN kein Wunschdenken mehr. Das Provisioning, egal ob »Thin« oder normal, sorgt für die optimale Zuweisung des virtualisierten Speicherplatzes. Mittels Thin-Provisioning stellt der EDV-Manager dem Server mehr Kapazität zur Verfügung, als im Speichersystem dafür vorgehalten wird. Sobald die vom Server genutzte Kapazität einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird aus einem Speicherpool freie Kapazität zusätzlich bereitgestellt. Konsolidierung und optimierte Ausnutzung existierender Ressourcen lassen sich durch die Funktionsmöglichkeiten des SAN umsetzen.

Das SAN wächst

Die Nachteile der SAN-Infrastruktur waren bislang eine eingeschränkte Reichweite sowie ein autarkes Inseldasein, losgelöst von anderen IT-Komponenten im Unternehmen. Die Reichweite eines herkömmlichen FC-SAN liegt bei 500 Metern. Sie lässt sich durch teures Zusatzequipment wie Extender, DWDM- und WAN-Geräte oder die Nutzung von Dark-Fibre auf mehrere 100 Kilometer erweitern. Beim herkömmlichen FC-SAN müssen Firmen meist hohe Investitionen in das Speichersystem und die dazu gehörenden Komponenten stecken. In einer solchen Umgebung lassen sich keine bereits existierenden Systeme anschließen, beispielsweise Server, die zuvor im LAN operierten.

Die Verwaltung eines SAN ist nach wie vor diffizil und erfordert ausgebildetes Personal. Schulungen für das IT-Personal, das ein SAN administrieren soll, sind teuer und kosten entsprechend Zeit.

All diese Nachteile scheinen allmählich zu verschwinden. Dafür sorgen nicht zuletzt neue Technologien, die das SAN wachsen lassen und die bislang gekannten Grenzen sprengen. Dazu gehören vor allem die Verbindungstechnologien iSCSI, FCIP (»Fibre-Channel over IP«), Internet-Fibre-Channel-Protocol (IFCP) und der 10 Gbit/s schnelle Ethernet-Standard. Seit 2008 zählt auch FCoE (siehe dazu auch Artikel »Status FCoE«).

FCIP, FCoE, IFCP, FCoE und iSCSI beschreiben unterschiedliche Ansätze, das FC-Protokoll in IP- bzw. Ethernet-Pakete zu verpacken und über Ethernet zu versenden. Damit lassen sich mehrere der oben angeführten Probleme lösen. Zum einen ist die Reichweite des Netzwerks nicht mehr limitiert und muss nicht mehr durch teure Hardware ausgebaut werden. Zum anderen kann der IT-Verantwortliche nun auch Komponenten ins SAN integrieren, die vorher nicht dafür vorgesehen waren. Darüber hinaus sind die Schulungen für IP/Ethernet nicht so aufwendig und entfallen dort, wo bereits auf Ethernet geschultes Personal vorhanden ist.

Am wichtigsten ist aber der Kostenvorteil, der durch die Nutzung dieser Technologien entsteht. Das SAN lässt sich erweitern und schafft erneut Konsolidierung. Die Technik selbst ist nicht so kostenintensiv wie FC-Equipment. SAN-Funktionalität kommt so auf Systeme, die vorher schlecht verwaltbar und nicht zu integrieren waren. Konvergenzen zwischen SAN und NAS sind bereits bekannt. Dabei ist das NAS-System meist die Basis für eine Speichervernetzung und wird bei Vergrößerung der Infrastruktur als Gateway genutzt, das auch blockbasierten Zugriff gestattet.

Diese sowie die neuen Konvergenz- und Erweiterungsmöglichkeiten bieten Flexibilität, Skalierbarkeit, hohen Datendurchsatz, optimale Speicherzuweisung und verbessertes Management innerhalb eines heterogenen, offenen Speichernetzwerks. Das vormals dediziert auf FC operierende SAN wird immer mehr zu einem dynamischen und technisch erweiterbaren Speichernetzwerk.

iSCSI und FCoE

Als interessanteste und vielversprechendste Alternativen zum einst dominierenden FC-SAN zeigen sich iSCSI und FCoE. Im iSCSI-SAN wird das SCSI-Protokoll über eine normale TCP/IP-Verbindung übertragen. Das SCSI-Kabel ist hierbei durch eine Ethernet-Verbindung ersetzt, über die Daten mittels des TCP/IP-Protokolls versendet werden. Ein Vorteil davon ist die mögliche Weiternutzung vorhandener Hardware, beispielsweise von Switchen.

Fibre-Channel over Ethernet (FCoE) ist ein Ansatz, die FC-Frames über IEEE-802.3-Netzwerke zu leiten. Der neue, noch nicht endgültig definierte Standard eröffnet die Möglichkeit, die Vernetzung in Rechenzentren zu vereinfachen und Kosten zu sparen. Gleichzeitig bietet dies Investitionsschutz, da sich die Geräte mit FC-Anschluss weiternutzen lassen. Außerdem sind kaum Anpassungen an die Soft- und Hardware notwendig.

10-Gbit/s-FC (10 GFC) und -Ethernet (10 GE) setzen ohnehin einen nahezu identischen Hardware-Layer ein. Daher eignet sich der Physical-Link theoretisch sowohl für FC- als auch für Ethernet-Frames.

Die beiden Netzwerkprotokolle erweitern das SAN und sind damit mehr als ein reiner Ersatz. Sie ermöglichen die Nutzung moderner Speicherkonfigurationen besonders den Anwendern, die zuvor nie über den Einsatz eines solchen Speichernetzwerkes nachgedacht haben. Die Vorteile und Funktionsvielfalt wird so auch in mittelgroße Umgebungen transportiert.

Preiswertes SAN mit Highend-Eigenschaften

Bislang schreckten kleinere und mittelständische Unternehmen oft vor der Installation eines SAN zurück, weil es zu teuer und zu aufwendig erschien. Mit den erwähnten Technologien und weiterhin sinkenden Preisen werden SAN-Installationen auch in diesem Geschäftsbereich realistisch und bereits umgesetzt. Das geschieht vor allem, weil diese Firmen vor den gleichen Problemen der Datensicherung stehen wie Großkonzerne. Einige davon sind:

• ein vorgegebenes Backupfenster ist nicht mehr einzuhalten,
• Recovery entspricht nicht dem gewünschten Service-Level,
• Server- und Speicherkonsolidierung sind umzusetzen,
• höhere Verfügbarkeit ist nötig,
• Vereinfachung der Speicheradministration,
• räumliche Trennung von Server, Storage und Backup,
• rechtliche Vorgaben,
• Außenstellen bzw. kleinere Speicherinseln sind schlecht zu sichern und zu verwalten,
• Service-Level-Agreements.

An dieser Stelle lässt sich beispielsweise mittels iSCSI ein kostengünstiges SAN installieren, in dem die gleichen Funktionalitäten gegeben sind wie in einem FC-Netzwerk. Für KMUs lohnt es sich nun, SANs aufzubauen, da sie nicht die hohen Kosten der FC-Technik befürchten müssen. Wer im Bereich der IT nicht mehr »auf der grünen Wiese« steht, kann getätigte Investitionen durch diese Technologien schützen und noch über weitere Jahre in seinem SAN nutzen.

Entwicklung und Ausblicke

Das SAN ist nach wie vor ein flexibles und häufig genutztes Speichernetzwerk, das nicht aus der Mode kommt. Mit Technologien wie iSCSI oder FCoE kommt größeres Konvergenzpotenzial hinzu, was zu einer Entwicklung zum übergreifenden Speichernetz beitragen wird. Dabei spielen die darunter liegenden Technologien oder Speicherverfahren keine Rolle. Flexibilität und hohe Funktionalität sowie gute Speicherverwaltung wird verstärkt in kleinen und mittelständischen Firmen Verbreitung finden, da die Investitions- und Administrationsangst schwindet.

Das größte und immer wieder wachsende Problem bleibt allerdings das Datenmanagement. Bei den stets steigenden Datenmengen ist hier in periodischen Abständen eine Optimierung erforderlich. War es vor Jahren noch die Hardware, die bewältigt werden musste, so konzentriert sich nun alles auf die Informationen und deren Verwaltbarkeit. Management, Wiederherstellbarkeit bzw. Verfügbarkeit sowie das Wiederauffinden werden zu Kernkriterien neben der grundlegenden Netzwerktechnik. Hardware ist nur noch die Basis, die von der sich rapide entwickelnden Software unterstützt und ergänzt wird.

Kommentar schreiben