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Storage-Area-Network (SAN)

Was ist Storage-Area-Network (SAN)?

Ein Storage-Area-Network (SAN) ist ein Datenspeicher-Netzwerk. Es dient primär dazu, dass große Datenmengen gespeichert und bewegt werden können. Im SAN wird der komplette Speicher zentral verwaltet. Dabei ist das System standortunabhängig. Das verwendete Betriebssystem spielt ebenfalls keine Rolle. Der Speicher wird dann zusammengefasst und bildet eine virtuelle Einheit. Auf den Speicher kann dann über die Server zugegriffen werden, die für die Verwaltung der Laufwerke eingerichtet wurden.

Das Ziel des Storage-Area-Network (SAN) ist auch die Zusammenfassung von einzelnen Festplatten der Server und die daraus resultierende Bildung weniger Medien mit hoher Kapazität. Diese werden dann von allen Servern über das Datenspeicher-Netzwerk gemeinsam genutzt. Grundlegend bedeutet das, dass der komplette Speicher als ein großer “Block” zur Verfügung steht und nicht auf einzelne Server gesplittet werden muss. Die Daten werden also nicht zerstreut. Innerhalb des SAN lässt sich der verfügbare Speicher flexibel und individuell den einzelnen Servern zuweisen.

Die Architektur des Storage-Area-Network (SAN)

Das Speichernetz entkoppelt im gewissen Sinne die Laufwerke und Server. Dies ermöglicht eine bessere Skalierung. Der Server übernimmt hier rein die Aufgabe der Speicherverwaltung. Das Storage-Area-Network (SAN) wurde so entwickelt, dass es parallel zum bereits bestehenden LAN betrieben werden kann. Praktisch gesehen besteht das SAN aus vielen Speichermedien mit geringer Kapazität. Dem LAN steht es allerdings als ein großer Massenspeicher zur Verfügung. Optimiert wurde das SAN für eine schnelle Übertragung der Daten zwischen den Speichern und Servern. Dies ermöglicht eine Datensicherung innerhalb des SAN, während der Betrieb im LAN ohne Verzögerungen und Überlastungen weiter laufen kann.

Aus Sicht der Server stellt das Storage-Area-Network (SAN) einen Datenpool dar, welcher in getrennte logische Einheiten aufgeteilt wurde. Vor möglichen Ausfällen oder Datenstaus schützen mehrere redundante Wege zwischen den Daten und dem Anwender. Die Kernarchitektur des SAN kann auf den ersten Blick vergleichsweise komplex wirken. Im Normalfall unterscheidet man zwischen Zugriffsprotokollen, Tunneling- und Transportprotokollen, sowie Übertragungssystemen. Die Übergänge sind hier jedoch fließend, da viele Techniken übergreifende Funktionen besitzen.

Welche Übertragungsmedien eignen sich für das Storage-Area-Network (SAN) genutzt?

Wie bereits erwähnt ist das SAN vom herkömmlichen Netzwerk (LAN) getrennt. Dies gewährleistet Datensicherheit und eine höhere Übertragungsleistung. Für die Kommunikation zwischen Servern und Laufwerken können verschiedene Schnittstellen genutzt werden:

  • Fibre Channel (FC-0, FC-1, FC-2)
  • iSCSI
  • InfiniBand
  • Ethernet / Gigabit Ethernet / Fast Ethernet

Von diesen Möglichkeiten hat sich Fibre Channel (FC) als Medium für die Übertragung durchgesetzt. Mit Fibre Channel kann eine Nutzdatenauslastung von 90 % erreicht werden, während Ethernet nur bei etwa 20 – 60 % der maximalen Übertragungsrate liegt.

Zugriffsprotokolle für Anwendungen

SCSI
Fibre Channel Protocol (FCP)
Internet SCSI (iSCSI)
Internet FCP (iFCP)

Transport Protokolle

FIbre Channel (FC-2, FC-3)
TCP/IP
UDP/IP

Tunneling- und Gateway Protokolle

IP over Fibre Channel (IPFC)
Fibre Channel over IP (FCIP)

Virtual-Storage-Area-Network (VSAN)

Ein Virtual-Storage-Area-Network (VSAN) ist eine Software-basierte Lösung, welche auf einem Hypervisor implementiert wird, zum Beispiel Microsoft Hypervisor. Die Vorteile eines VSANs sind eine flexible Skalierbarkeit und ein einfaches Management. Das Virtual-Storage-Area-Network ist Hardware-agnostisch. Das heißt, die Storage-Hardware kann genutzt werden, solange sie vom Hypervisor erkannt und unterstützt wird. Hier variieren die Anforderungen jedoch je nach Hersteller.

Das Converged-Storage-Area-Network (CSAN)

SANs werden in der Regel parallel zum vorhandenen Ethernet-Netzwerk betrieben. Das Converged SAN nutzt jedoch genau diese herkömmliche Netzstruktur für SAN– und Netzwerk-Traffic, um die Kosten und die Komplexität zu reduzieren. Ebenso kann auf diesem Wege redundante Infrastruktur eliminiert werden.

Gewährleistung einer hohen Verfügbarkeit im Storage-Area-Network (SAN)

Sollten mehrere Server im SAN integriert sein und alle erhalten ihre Festplatten von einem einzelnen Storage-System, so kann der Ausfall oder ein Fehler im SAN oder im Storage-System alle Server lahmlegen. Diese potenzielle Gefahrenquelle sollte möglichst im Vorfeld schon beseitigt oder minimiert werden.

Dafür stehen im Storage-Netz einige Features zur Verfügung. Das Wichtigste ist in diesem Fall die Multipathing-Fähigkeit des Fibre Channel Protokolls. Ist auf den Server-Betriebssystemen ein passender Treiber installiert, so können mehrere Pfade vom Server zum Storage genutzt werden. Ist ein Pfad nicht verfügbar (zum Beispiel durch den Ausfall eines Switches), so kann auf andere Pfade ausgewichen werden. Die redundanten Pfade eignen sich auch dazu, die Last besser zu verteilen. Hier muss jedoch beachtet werden, dass der grundlegende Aufbau des Storage-Area-Network (SAN) erweitert werden muss. Jeder Server benötigt nun zwei FC HBAs (Host-Bus-Adapter) oder einen HBA, welcher mit zwei Kanälen ausgestattet ist. Zudem werden zwei Fire Channel Switches benötigt, die beide an das Storage-System angebunden werden müssen.

Die Gesamtverfügbarkeit des Storage-Area-Network (SAN) kann somit stark erhöht werden. In der Praxis ist dieser Aufbau der Standard für eine leistungsstarke und produktive Umgebung.

Die Einrichtung und der Nutzen einer Replikation des Storage-Area-Network (SAN)

Was durch die oben genannte Erweiterung des Systems nicht abgefangen werden kann, ist der Ausfall des gesamten Storage-Sytems und Servers. Der Ausfall des Servers kann durch einen sogenannten Cluster geschützt werden. Im Storage-System ist dies die Replikation der Daten auf ein sekundäres System. Die Replikation kann asynchron oder synchron verlaufen. Die synchrone Replikation ist in der Praxis jedoch sicherer und einfacher durchzuführen. Jede Schreiboperation des Master-Servers wird sofort an den sekundären Server übertragen. Es werden also zu jeder Zeit exakt die selben Daten in beiden Systemen genutzt. Fällt der Master aus, so gehen keine Daten verloren und es kann auf den sekundären Server umgeschaltet werden. In dieser Zeit kann der Master-Server neu gebootet werden, was innerhalb weniger Minuten möglich ist.

Dir Vor- und Nachteile des Storage-Area-Network (SAN)

Den großen Vorteil des SANs stellt die Nutzung der Rohkapazitäten als Ressourcenpool dar. Dieser wird zentral verwaltet und nach ganz individuell nach aktuellem Bedarf zugeteilt werden. Hinzukommt, dass die Storage-Netzwerke hoch skalierbar sind, da bei Bedarf die Möglichkeit besteht, zusätzliche Kapazitäten hinzuzufügen. Die schnelle und komfortable Erreichbarkeit aller im SAN integrierten Komponenten ist ebenfalls ein nicht zu vernachlässigendes Kriterium.

Die Nachteile des SANs stellt die Komplexität und die hohen Kosten dar. Die Anschaffung der erforderlichen Hardware ist in den meisten Fällen sehr kostspielig. Auch der Aufbau und das richtige Management eines SANs setzt eine gewisse Expertise voraus.

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