Was ist ein Storage Area Network (SAN)?

Grundlegendes zu Storage Area Networks (SANs)

Was ist ein SAN und wie funktioniert es?

Ein Storage Area Network (SAN) ist ein spezielles Hochgeschwindigkeitsnetzwerk, das Server (auch als Hosts bekannt) mit gemeinsam genutzten Pools von Speichergeräten für das Cloud Computing verbindet. Stellen Sie es sich als ein separates Netzwerk vor, das neben Ihrem lokalen Netzwerk (LAN) existiert, dessen einziger Zweck jedoch darin besteht, den Speicherverkehr zu verarbeiten.

Das Hauptmerkmal eines SAN und seiner Geräte ist der Zugriff auf Speicher auf Blockebene. Das bedeutet, dass der Speicher dem Betriebssystem eines mit dem SAN verbundenen Servers wie eine lokal verbundene Festplatte erscheint, obwohl er sich physisch an einem anderen Ort im Netzwerk befindet.

• Separater Speicher: Anstatt dass jeder Server über einen eigenen dedizierten internen oder direkt angeschlossenen Speicher verfügt, zentralisiert ein SAN die Speicherressourcen.
   
• Daten werden angefordert: Wenn ein Server Daten lesen oder schreiben muss, sendet sein Betriebssystem eine blockbasierte Zugriffsanforderung. Diese Anforderung wird von einem Host-Bus-Adapter (HBA) im Server gepackt.
   
• SAN-Fabric: Die Anforderung erfolgt über die SAN-Fabric, die aus dedizierten Switches und (häufig) Glasfaserkabeln besteht (obwohl auch Ethernet-basierte iSCSI-SAN-Geräte vorhanden sind). Diese Switches leiten die Anforderung an das entsprechende Speichergerät weiter.
   
• Speichersystemzugriff: Das Speichersystem (z. B. ein Festplatten-Array oder Flash-Array) empfängt die Anforderung, verarbeitet sie und greift auf die spezifischen Datenblöcke zu.
   
• Datenrückgabe: Das Speichersystem sendet die Daten (für eine Leseanforderung) oder eine Bestätigung (für eine Schreibanforderung) über die SAN-Fabric zurück an den Server.
   
• LUNs (logische Gerätenummern): Speicher-Array-Devices präsentieren den Servern in der Regel Speicher in Form von LUNs. Eine LUN ist im Wesentlichen ein logisches Laufwerk, das aus dem gemeinsam genutzten Speicherpool herausgenommen wird. Server können diese LUNs dann wie lokale Festplatten formatieren und verwenden.
   
• Zoning und Masking: Um zu steuern, welche Server auf bestimmte LUNs zugreifen können, verwenden SANs Techniken wie Zoning (wird auf SAN-Switches konfiguriert, um bestimmte Pfade zwischen Geräten zu erstellen) und LUN-Masking (wird auf dem Speicher-Array konfiguriert, damit LUNs nur für bestimmte Server sichtbar sind). Dadurch werden Datensicherheit und -integrität gewährleistet.

Das Ergebnis ist ein höchst effizientes System, in dem mehrere dedizierte Server auf gemeinsam genutzte Speicherressourcen zugreifen können, wodurch die Verwaltung vereinfacht, die Auslastung verbessert und erweiterte Speicherfunktionen ermöglicht werden.

Kernkomponenten eines Storage Area Network

Ein funktionierendes SAN basiert auf mehreren wichtigen Hardware- und Software-Defined-Storage-Komponenten, die zusammenarbeiten:

• Host-Bus-Adapter (HBAs): Hierbei handelt es sich um Schnittstellenkartengeräte, die in den Servern installiert sind, die sie mit der SAN-Fabric verbinden. Bei Fibre Channel-SANs handelt es sich um Fibre Channel-HBAs. Für iSCSI-SANs können häufig Standard-Netzwerkkarten (NICs) verwendet werden.
   
• SAN-Switches: Ähnlich wie Ethernet-Switches in einem LAN sind SAN-Switches das Backbone des Speichernetzwerks. Sie verbinden die Server (über HBAs) mit den Speichersystemen und bilden so die „Struktur“ des SAN-Protokolls.
   
• Storage-Arrays: Diese Geräte speichern die Daten. Sie können von herkömmlichen Festplatten-Arrays (bei denen Festplatten verwendet werden, die aus Gründen der Leistung und Redundanz häufig mit RAID konfiguriert sind) bis hin zu modernen All-Flash-Arrays (bei denen Solid-State-Laufwerke für eine wesentlich höhere Leistung verwendet werden) reichen.
   
• Verkabelung und Verbindungen: Die physischen Verbindungen, die die Komponenten verbinden. In Fibre-Channel-SANs sind dazu in der Regel Glasfaserkabel und Transceiver (wie SFPs) mit hoher Datenübertragungsgeschwindigkeit erforderlich. Bei iSCSI-SANs werden Standard-Ethernet-Kabel (z. B. CAT 6 oder höher) und Ethernet-Transceiver verwendet, oft mit dedizierter Netzwerkinfrastruktur, um die Leistung sicherzustellen.
   
• Managementsoftware: Diese Software ist für die Konfiguration, Verwaltung, Überwachung und Bereitstellung des SAN-Protokolls von entscheidender Bedeutung. Sie ermöglicht Administratoren das Erstellen von LUNs, das Einrichten von Zoning und LUN-Masking, das Überwachen der Performance, das Kapazitätsmanagement und die Fehlerbehebung in der SAN-Umgebung. Diese Software kann sich auf einem dedizierten Management-Server befinden oder in die Storage-Arrays oder Switches integriert werden.

Einsatzbeispiele für Storage Area Networks

Storage Area Networks (SANs) sind vielseitig einsetzbar und leistungsstark und eignen sich daher für ein breites Spektrum anspruchsvoller IT-Umgebungen. Ihre Hauptstärken bei Zentralisierung, Leistung und erweiterten Datenverwaltungsfunktionen erfüllen kritische Anforderungen in verschiedenen Unternehmensanwendungen.

Unterstützung von Business Continuity und Disaster Recovery

SANs spielen eine entscheidende Rolle bei robusten Strategien für Business Continuity und Disaster Recovery (BCDR). Durch die Zentralisierung der Daten werden die Backup-Prozesse erheblich effizienter und können besser verwaltet werden. Dies ermöglicht einen konsistenten Datenschutz über mehrere Server hinweg.

Erweiterte SAN-Funktionen wie Snapshots ermöglichen nahezu sofortige Point-in-Time-Kopien von Daten für eine schnelle betriebliche Recovery nach logischen Fehlern oder Datenbeschädigungen.

Optimierung der IT-Infrastruktur des Unternehmens

Unternehmen nutzen das SAN-Protokoll zur Optimierung ihrer IT-Infrastruktur, indem sie die Auslastung der Speichergeräte verbessern, Bearbeitungsvorgänge und das Management vereinfachen und die Gesamtsystemleistung verbessern.

Durch die Zusammenlegung von Speicherressourcen eliminieren SANs das häufige Problem ungenutzter Kapazitäten in DAS-Umgebungen (Direct Attached Storage), was zu einer besseren Ressourcenzuweisung und geringeren Speicherbetriebskosten führt.

Integration in Cloud- und virtualisierte Umgebungen

SANs sind eine grundlegende Technologie für moderne virtualisierte Rechenzentren und Cloud-Integration.

Virtualisierungsplattformen basieren in hohem Maße auf gemeinsam genutztem Speicher, um erweiterte Funktionen wie Live-Migration virtueller Maschinen (VMs) zwischen physischen Hosts ohne Ausfallzeit (z. B. vMotion, Live-Migration), automatisiertes Hochverfügbarkeits-Failover (HA) und Fehlertoleranz zu ermöglichen. Ein SAN bietet das erforderliche robuste, leistungsstarke und skalierbare Backend für gemeinsam genutzten Speicher, das diese dynamischen virtuellen Workloads erfordern.

SAN und NAS: Unterschiede verstehen

Sowohl Storage Area Networks (SANs) als auch Network Attached Storage (NAS) bieten Netzwerkspeicherlösungen, arbeiten jedoch nach grundlegend verschiedenen Prinzipien und eignen sich für unterschiedliche Anwendungsfälle. Das Verständnis dieser Unterschiede ist für die Auswahl der richtigen Speicherarchitektur für Ihre Anforderungen von entscheidender Bedeutung

Vergleich der Speichertechnologien

Der Hauptunterschied zwischen SAN und NAS besteht darin, wie sie Lese- und Schreibspeicher für Server darstellen und welche Protokolle sie verwenden.

• SAN (Storage Area Network) : Ein SAN ermöglicht den Zugriff auf Speicher auf Blockebene. Das bedeutet, dass Server, die mit einem SAN verbunden sind, den Speicher so sehen, als ob es sich um lokal angeschlossene Raw Disk Volumes (LUNs) handelte. Server können diese LUNs dann mit ihren eigenen Dateisystemen formatieren. SANs verwenden in der Regel Hochgeschwindigkeitsprotokolle wie Fibre Channel (FC) oder iSCSI (läuft über Ethernet) und arbeiten in einem dedizierten Netzwerk, um eine hohe Leistung und niedrige Latenzzeiten zu gewährleisten, isoliert vom normalen LAN-Datenverkehr.
   
• NAS (Network Attached Storage) : Ein NAS-Device hingegen ermöglicht den Zugriff auf Speicher auf Dateiebene. Es handelt sich im Grunde um einen dedizierten Dateiserver. Benutzer und Server greifen auf Daten auf einem NAS als Dateien und Ordner über standardmäßige Netzwerk-Dateifreigabeprotokolle wie NFS (Network File System) für UNIX/Linux-Systeme oder SMB/CIFS (Server Message Block/Common Internet File System) für Windows zu.

Im Wesentlichen ist ein SAN wie das Hinzufügen einer Lese- und Schreibfestplatte zum Server (wenn auch über ein Netzwerk), wodurch der Server die volle Kontrolle über das Dateisystem erhält. Ein NAS ähnelt dem Zugriff auf einen vorformatierten freigegebenen Ordner auf einem anderen Computer im Netzwerk.

Wann SAN statt NAS gewählt werden sollte

Die Wahl eines SAN gegenüber einem NAS wird in der Regel durch spezifische Anforderungen an Lese- und Schreibleistung, Anwendung und Infrastruktur bestimmt. Ein SAN ist in den folgenden Szenarien im Allgemeinen die bevorzugte Lösung:

• Anwendungen mit hoher Performance und niedriger Latenz: Wenn Sie Anwendungen wie große Transaktionsdatenbanken (z. B. SQL Server, Oracle), ERP-Systeme (Enterprise Resource Planning) wie SAP Server oder High-End-Videobearbeitungs-Suites ausführen, die einen extrem schnellen Zugriff mit niedriger Latenz auf Speicherblöcke erfordern, ist die Architektur eines SAN besser geeignet. Der Zugriff auf Blockebene und das dedizierte Netzwerk minimieren den Overhead und bieten eine überragende E/A-Leistung.
   
• Anspruchsvolle Virtualisierungsbereitstellungen: Für eine umfassende Servervirtualisierung mit Plattformen bietet ein SAN den robusten, gemeinsam genutzten Massenspeicher mit hohem Durchsatz, der für erweiterte Funktionen wie Live-VM-Migration (vMotion/Live-Migration), hohe Verfügbarkeit (HA) und Fehlertoleranz (Fault Tolerance, FT) erforderlich ist. Diese Funktionen setzen voraus, dass alle Hosts über gleichzeitigen Zugriff auf Festplattendateien virtueller Rechner auf Blockebene verfügen.
   
• Starten von Servern vom gemeinsam genutzten Speicher (Starten vom SAN): Mit SANs können Server ihre Betriebssysteme direkt vom Netzwerkspeicher aus starten, was ideal für die Virtual Desktop Infrastructure (VDI) ist. Dies ermöglicht festplattenlose Server, vereinfacht die Serverhardware, beschleunigt die Bereitstellung und verbessert die Notfall-Wiederherstellung bei Serverausfällen.

Kurz gesagt: Wenn Sie einen schnellen Zugriff auf Blockebene für kritische Anwendungen und umfangreiche Virtualisierung benötigen und über das Budget und das Know-how für eine komplexere Infrastruktur verfügen, ist ein SAN die richtige Lösung für Sie, damit Sie Ihre Lösung nicht zu einem späteren Zeitpunkt ändern müssen.

Für einfachere Dateifreigabe, allgemeinen Datenspeicher und weniger E/A-intensive Anwendungen bietet ein NAS oft eine kostengünstigere und leichter zu verwaltende Lösung.

FAQ: Häufig gestellte Fragen

Wofür steht SAN?

SAN steht für Storage Area Network. Es handelt sich um ein dediziertes Hochgeschwindigkeitsnetzwerk, das für die Verbindung von Servern mit gemeinsam genutzten Pools von Speichergeräten konzipiert ist, die bei Bedarf bearbeitet werden können.

Inwiefern unterscheidet sich ein SAN von NAS?

Ein SAN bietet neuen Zugriff auf Speicherebene auf Blockebene, sodass es den Servern als lokale Laufwerke erscheint und in der Regel Protokolle wie Fibre Channel oder iSCSI verwendet. Im Gegensatz dazu bietet ein NAS (Network Attached Storage) Zugriff auf Dateiebene über Protokolle wie NFS oder SMB/CIFS über ein Standard-LAN.

Was sind die Vorteile eines SAN?

Zu den Hauptvorteilen eines SAN zählen eine überlegene Leistung für anspruchsvolle Anwendungen, eine hohe Skalierbarkeit zur Bewältigung des Datenwachstums, ein zentralisiertes Speichermanagement sowie erweiterte Funktionen für Datenschutz und Disaster Recovery. Darüber hinaus verbessert sie die Speichernutzung und unterstützt Funktionen wie Server-Clustering.

Wie funktioniert ein SAN?

Ein SAN erstellt ein spezielles Netzwerk, das mehreren Servern den Zugriff auf konsolidierte Storage-Arrays ermöglicht, als ob der Speicher lokal angeschlossen wäre. Server verwenden Host-Bus-Adapter (HBAs), um Datenanforderungen auf Blockebene über SAN-Switches an die Speichersysteme zu senden.