NAS-Lösungen gibt es bei allen großen Speicherherstellern. Die technischen Architekturen, welche hinter den NAS-Geräten stecken, könnten dabei kaum unterschiedlicher ausfallen. speicherguide.de stellt die wichtigsten Technologien vor.
Max Lessel
Die Mutter aller Netzwerkfunktionen ist das Filesharing. Zu Zeiten von »NetWare 2-3« und »Lan Manager 1-2« ging es den Anwendern hauptsächlich um das gemeinsam genutzte Laufwerk »L:«.
Vielen Administratoren reicht der üblich verdächtige Windows-Fileserver nicht. Hinzu kommt der Wunsch der Administratoren, nicht jeden Server mit lokalen Laufwerken vollstopfen zu müssen. In Zeiten der Virtualisierung gibt es bei vielen Unternehmen gar keine physischen Fileserver mehr – entweder laufen sie virtuell oder auf dem Storage-System, welches auch die Virtualisierungs-Umgebung versorgt. Daher liegt es nahe, den zentralen Storage nicht nur als Block- sondern auch als File-Server-Lösung nutzen zu können.
Unified-Storage-Ansätze gibt es genügend. Diese Übersicht stellt die Architekturen der verschiedenen Hersteller vor und vergleicht deren Vor- und Nachteile.
NAS Pur
Zwischen den nackten Platten und den Benutzerdateien stehen insgesamt vier Hürden, welche ein NAS-System überwinden muss. Der erste Schritt fasst mehrere Laufwerke zu einem großen Pool an nutzbaren Blöcken zusammen und fügt dabei Redundanzen hinzu. Diese Aufgabe übernimmt entweder ein RAID-Controller oder ein leistungsstarkes Dateisystem. Schritt zwei erstellt aus den Blöcken logische Volumes. Das übernimmt ein Volume- oder Partition-Manager. An dritter Stelle steht das eigentliche Dateisystem, welches die Volumes betreibt und ihnen daher die Möglichkeit gibt, Ordner und Dateien abzulegen. Und darauf letzten Endes baut das Netzwerk-Dateisystem auf, welches Zugriffsrechte verwaltet und Anwendern die Inhalte des Dateisystems im LAN zur Verfügung stellt.
Je besser diese vier Elemente miteinander zusammen arbeiten, desto schneller und zuverlässiger funktioniert die NAS-Lösung.
Netapp
Zu den Pionieren der NAS-Technologie gehört NetApp. Kern aller Netapp-FAS-Systeme ist das »Data Ontap«-Betriebssystem, welches auf BSD Unix basiert. Dies betreibt das Netapp-eigene Dateisystem »WAFL« (Write Anywhere File Layout). WAFL integriert die eben genannten Schritte eins bis drei. Es kümmert sich ohne Hardware-RAID-Controller um Redundanz. Netapp setzt eine Art RAID-4-Logic ein. Dabei liegen die Parity-Stripes auf einer eigenen Platte und werden nicht wie bei RAID 5 über alle Disks verteilt. Das hat den Vorteil, dass eine Erweiterung einer bestehenden RAID-Gruppe für die Neuberechnung der Parity-Blöcke nicht alle bestehenden Platten mit Schreibzugriffen belastet. Zudem gibt es einen RAID-DP-Algorithmus der ähnlich RAID 6 zwei Parity-Blöcke verwendet. WAFL ist zugleich Volume-Manager und Dateisystem und liefert höherwertige Funktionen wie Snapshots.
»Write Anywhere« heißt dabei, dass neue Dateien nicht zwangsweise sequentiell an bereits geschriebene angehängt werden müssen. WAFL muss vor einer Write-Operation daher nicht die Plattenköpfe an einer vorgegebenen Stelle positionieren, sondern füllt einfach die nächstgelegenen freien Blöcke auf.
Pro Netapp: FAS-Systeme liefern eine hohe Geschwindigkeit bei NFS und CIFS. Dabei fällt vor allem die hohe Schreib-Performance auf. Es gibt eine Reihe von Zusatzfunktionen wie Snapshots, Replikation, WORM oder Deduplikation. NAS-Filer mit zwei Köpfen offerieren ein automatisches Failover.
Contra Netapp: WAFL neigt zu Fragmentierung und die Performance der FAS-Filer geht bereits ab 50 Prozent Füllstand sehr spürbar zurück. Der RAID-Verschnitt ist zudem sehr hoch, so dass den Anwendern weniger als 50 Prozent der Brutto-Kapazität zur Verfügung stehen.
Was für Netapp gilt, zählt übrigens auch für NAS-Lösungen von IBM. Bei der IBM »N-Serie« handelt es sich um OEM-Netapp-Systeme im schwarzen Outfit.
Sun zNAS
Von Sun stammt das Zetabyte-Filesystem, kurz ZFS. Auch dieses System integriert RAID, Volume-Management und Dateisystem unter einem Hut. Zu den Monstern der Fileserver-Szene zählt der Sun »Fire X4540«. Im System stecken bis zu 48 2-TByte-Platten, zwei Sechskern-Opteron-CPUs mit maximal 128 GByte RAM. Darauf läuft Sun »Solaris« mit dem eben genannten ZFS-Dateisystem. Auch hier gehören Funktionen wie Snapshots, Kompression und Deduplikation zur Standard-Ausstattung.
Nachdem Sun sowohl ZFS als auch Solaris als Open-Source freigegeben hatte, setzten diverse Hersteller auf ZFS-basierte NAS-Filer oder bauten ZFS-NAS-Köpfe für ihren Block-Storage (z.B. Compellent). Nexenta war eine populäre Plattform, die unter anderem Anbieter wie Thomas Krenn als NAS-Plattform verwendeten.
Mit der Übernahme von Sun durch Oracle stehen die Zukunftschancen für Sun-Hardware ebenso schlecht, wie die für Open-Solaris-Projekte. Obwohl ZFS eines der leistungsstärksten Dateisysteme für NAS-Lösungen wäre, dürften die Tage solcher Lösungen gezählt sein.
Pro ZFS: Große NFS-Performance, effiziente RAID-Level, Snapshoting, Deduplikation und sehr simple Verwaltung.
Contra NFS: Auf Nicht-Sun-Hardware kommt es oft zu unberechenbaren Aussetzern beim Transfer. Open-Source-Lösungen wie Nexenta befinden sich auf dem Rückzug und es ist immer noch unklar, ob Oracle die bestehende Sun-Hardware weiter entwickelt.
Windows Storage Server
Nahezu bei jedem Server- oder Storage-Hersteller findet sich eine auf Windows aufbauende NAS-Lösung. Das ist besonders für die kleineren Anbieter eine günstige und im Markt anerkannte Lösung.
Für das RAID setzen die Hersteller bei Lösungen ab fünf Platten in der Regel Hardware-RAID-Controller mit SAS- oder SATA-Interfaces ein. Die kleinen Systeme kommen oft mit dem Software-RAID von Windows aus. Darauf bauen der Volume-Manager von Microsoft und das NTFS-Dateisystem auf. Das ist zugleich die größte Schwäche der MS-NAS-Lösung. Das NTFS-Dateisystem hat sich seit seinem ersten Release 1988 nicht wirklich groß weiter entwickelt. Viele Funktionen moderner Dateisysteme fehlen und die Performance, besonders beim Schreiben kleiner Dateien und Blöcke ist eher flau.
Pro Windows: Allseits bekannte Plattform, die sich einfach verwalten lässt und problemlos in bestehende ADS-Bäume integriert.
Contra Windows: Mäßige Performance, schlechte NFS-Services. Ein Failover-NAS-Cluster ist komplex zu verwalten.
Block zu File
Neben den nativen NAS-Lösungen kommen bei vielen Herstellern NAS-Köpfe zum Einsatz, welche ein darunter liegendes Block-Speichersystem mit NAS-Features versehen.
EMC VNx
EMC zählt zu den Pionieren bei Block-Speichersystemen. Lange Zeit hatte der Hersteller dem Thema NAS eine eher untergeordnete Rolle zugestanden, doch die Nachfrage der Anwender nach Unified-Storage stieg. Mit der »Celerra« brachte EMC vor ein paar Jahren dann eine NAS-Appliance für die »CLARiiON«- und »Symmetrix«-Speichersystem auf den Markt. Der NAS-Kopf basiert auf einem proprietären Real-Time-Operatings-System (Basis: Unix) namens »DART OS« (Data Access in Real Time). Die Celerra-Lösung kann vor allem sehr gut viele voneinander unabhängige File-Server erstellen und verwalten, deren Daten aber in einem gemeinsamen Speichersystem liegen. Ein NAS-System kann als Fileserver in voneinander getrennten User-Directorys und Namespaces arbeiten. EMC unterstützt dabei auch Deduplikation, wenn auch nur Offline.
Setzten Clariion und Celerra früher noch getrennte Controllerköpfe ein, hat EMC die Funktionen bei der VNX-Plattform zusammen geführt. Prinzipiell arbeitet auf dem eigentlichen Storage-Controller eine Art virtuelle Maschine mit dem Dart-OS für die NAS-Dienste.
Pro VNX: Komplette Integration in den Blockspeicher. Sehr gute Funktionen für NAS-Virtualisierung und Konsolidierung.
Contra VNX: Die Performance ist gut, aber nicht so hoch wie bei anderen Lösungen. Das Management der NAS-Features ist teils komplex und unübersichtlich.
Cluster-Köpfe
Dell, Hewlett-Packard, und Hitachi Data Systems nutzen im Einsteigerbereich windowsbasierte NAS-Server, packen im Enterprise-Segment dann jedoch große, clusterfähige NAS-Köpfe vor ihre Storage-Systeme. Alle drei Lösungen plus die großen NAS von Isilon basieren auf Linux/Unix-Architekturen und integrieren entsprechende Features. Dazu zählen Single-Namespaces, welche Shares mit mehreren PByte zulassen, ebenso wie Snapshots, Replikationen und virtuelle Fileserver. Was diese Lösungen aber von den anderen Implementierungen abhebt ist die Cluster-Fähigkeit. Alle vier Systeme beginnen mit zwei Köpfen, welche die NAS-Last verteilen und damit sowohl eine hohe Performance als auch Ausfallsicherheit liefern. Dazu setzen die Systeme passende Cluster-Dateisysteme ein, welche auch bis zu acht oder mehr Köpfen skalieren.
Exanet (Dell)
Im Frühjahr 2010 übernahm Dell das Israelische Startup Exanet. Kern deren Entwicklung war ein clusterfähiges Dateisystem mit passenden NAS-Protokollen. Exanets Dateisystem hört nun auf den Namen »DSFS« (Dell scalable Filesystem) und soll im Herbst in verschiedenen Appliances auf den Markt kommen. Dell kombiniert die Lösung dabei mit verschiedenen Speichersystemen aus dem eigenen Haus. Als Komplettlösung offerieren die Texaner das NAS »NX3500«, welches aus zwei Exanet-Filerköpfen und einem »MD32x0«-Speichersystem besteht. Unter dem Namen »FS7500« hat der Hersteller eine Dual-Kopf-Lösung für die »EqualLogic«-Speichersysteme angekündigt. Geplant ist laut Dell auch eine DSFS-Lösung für die kürzlich erworbenen Compellent-Speichersysteme. Die setzen, Stand heute, noch zNAS-Köpfe für NAS-Dienste ein.
Ibrix (HP)
Auch HP hat sich 2009 einen Hersteller eines Dateisystems eingekauft: Ibrix. Bei Ibrix »Fusion« handelt es sich dabei jedoch um kein reines Cluster- sondern ein Parallel-Filesystem. Bei einem Cluster-Dateisystem greifen verschiedene Nodes auf einen zentralen Storage zu, während bei einem Parallel-Filesystem die Nodes mit eigenem Storage arbeiten und ein Head-Node die Daten in diesen Cluster verteilt. Ibrix-Lösungen setzen mehrere mit Platten vollgestopfte »Proliant«-Server als Filesystem-Nodes ein, welchen zwei oder mehr Control-Nodes vorstehen, um die Daten zu verwalten.
Bluearc
Ähnlich, aber doch anders geht BlueArc die Thematik an. Auch hier gibt es eigene Implementierungen von Cluster- und Parallel-Filesystemen. Bluearc setzt in seinen Köpfen dabei jedoch nicht nur reine PC-Technologie, sondern spezielle FPGA-Chips für die Logik ein. Bluearc-NAS-Lösungen finden sich vor allem im Portfolio von HDS. Aber auch der NAS-Hersteller Isilon nutzt Bluearc-Technologie in seinen Parallel-NAS-Lösungen.
Fazit
Die Auswahl der professionellen NAS-Lösungen ist riesig, nicht nur von den Funktionen her, auch von der Preisklasse. Simple NAS-Lösungen liegen unter 5.000 Euro, während Cluster-Installationen mehrere Hunderttausend Euro kosten.
Mehr denn je kommt es darauf an, dass der Anwender seinen Bedarf an Kapazität, Geschwindigkeit und Verfügbarkeit im Vorfeld einer Neuanschaffung ebenso akribisch analysiert, wie auch sein geplantes Wachstum über die kommenden Jahre.
Kommentare:
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hmm..also die "richtigstellungen" und nachtraege zum thema ZFS sind ja noch gruseliger als der ohnehin schon fragwuerdige und von unkenntniss zeugende original artikel.
1) Sun gibt es nicht mehr, und das schon seit geraumer zeit (anfang/mitte 2010), am tage des artikels (25.08.2011) sollten dir doch schon ueber Oracle reden
2) die NAS server von Sun/Oracle sind die OpenStorage appliances:
http://www.oracle.com/us/products/servers-storage/storage/unified-storage/index.html
kennst du diese ueberhaupt ?
3) the "Thor" ist ueber _3_ jahre alt, gar nicht mehr zu kaufen und ein storage server
4( TK & Nexenta, keine ahnung was dein problem hierbei ist, die web seite zeigt mir all diese loesungen an:
http://www.thomas-krenn.com/de/storage-loesungen/storage-systeme.html
und mal von der Netapp werbung abgesehen, sind die Nexenta systeme sogar zuerst gelistet, nicht das ich daraus irgendetwas rauslesen wuerde im gegensatz zu dir
5) OpenSolaris, die tatsache das du der meinung bist es gaebe keinen der ZFS entwickler in der OSOL community zeigt nur eines, wiederum deine
unkenntnis, mir sind namentlich 4 bekannt die bei verschiedenen firmen sitzen und ihren beitrag zur ZFS OSO/IllumosL community leisten
http://opensolaris.org/jive/thread.jspa?threadID=139427
http://article.gmane.org/gmane.os.solaris.opensolaris.zfs/45520
6) OSOL namenhafte unterstuetzer und geldgeber ? ist die Intel zu klein und namenlos ? um nur ein beispiel zu nenne.
7) ZFS und Oracle und Brtfs, ja natuerlich arbeitet Oracle auch weiterhin an Brtfs, sie wollen halt auch fuer Linux endlich mal ein gescheitest file system
Da Oracle keine details ueber in der entwicklung befindliche dinge herrausgibt
kann deine vermutung das Oracle ZFS nicht auch vorrantreibt nur blauer dunst sein.
8) zpool versionen ? dir ist schon klar das wir hier von einem file system/volume manager software reden und nicht von firefox der alle 2 monate eine neue version bekommt ?
wenn Oracle Solaris 11 auf den mark kommt kannst du dir ansehen welche zpool version es dann gibt, vieleicht beruhigt dich das dann etwas.
alles in allem, sind das meiner ansicht nach denkbar schlechte vorraussetzungen um qualifizierten artikel zu diesem thema zu schreiben.