SAN-Storage: Große Datenmengen ausfallsicher speichern

Der weltweite Datenbestand verdoppelt sich etwa alle zwei Jahre. Mit der kontinuierlich steigenden Datenlast verändern sich auch die Anforderungen an die Unternehmens-IT. Während es früher durchaus praktikabel war, Daten auf unabhängigen Speichermedien abzulegen, fordern neue technische Ansprüche wie Virtualisierung, Datenredundanz und Hochverfügbarkeit immer häufiger ein globales Speichermanagement. In diesem Zusammenhang ist ein Storage-Area-Network (SAN) eine elegante Lösung, um Speicherkapazitäten für Servernetzwerke zentral zu verwalten und in Hochgeschwindigkeit bereitzustellen. Ein solches Speichersystem bietet sich für alle Unternehmen an, die mit der Herausforderung konfrontiert sind, große Datenmengen sicher zu speichern und zu verwalten. Dabei steigern SAN-Speicher die Effektivität von datenintensiven Anwendungen und die Performance bei gleichzeitigen Zugriffen auf Datenbestände.

Was ist ein Storage-Area-Network (SAN)?

Als Storage-Area-Network (SAN) wird ein Speichernetzwerk bezeichnet, das der Anbindung von Festplattensystemen an Serversysteme dient. Im SAN wird die gesamte Speicherkapazität, die Speichermedien wie HDDs, SSDs, Disk-Arrays (Festplattensubsysteme) oder Tape-Libraries (Bandbibliotheken) bereithalten, zu einer virtuellen Speichereinheit zusammengefasst und zentral verwaltet. Der Zugriff auf den SAN-Speicher erfolgt durch entsprechend konfigurierte Server. Das Speichernetzwerk wird dabei parallel zu einem Local-Area-Network (LAN) betrieben und stellt diesem Rechnernetz den gesamten Massenspeicher zur Verfügung. SAN kann somit als sekundäres Netzwerk betrachtet werden, das ausschließlich dem Datentransport zum Massenspeicher dient. Als Verbindungsstelle fungieren SAN-Server. Diese müssen sich nicht am selben Ort befinden wie die einzelnen Festplattenlaufwerke. Zudem ist das SAN unabhängig vom Betriebssystem der auf den Speicher zugreifenden Rechner. Dadurch eignet sich ein Storage-Area-Network ideal für eine plattformübergreifende Datenverwaltung.

SAN-Systeme wurden vor dem Hintergrund entwickelt, dass dedizierte Festplatten in Serversystemen oft zu Verwaltungsproblemen führen. Durch die gemeinsam genutzte virtuelle Speicherkapazität sind Storage-Area-Networks deutlich effektiver und flexibler bei der Bewältigung großer Datenmengen. Im Gegensatz zu einfachen Netzwerkspeicherlösungen wie dem Network-Attached-Storage (NAS) bietet SAN den Vorteil, dass das LAN aufgrund des zusätzlichen Netzwerks nicht durch den Datenzugriff auf den Massenspeicher belastet wird.

Systemarchitektur eines Storage-Area-Networks

Die Einrichtung eines Storage-Area-Networks gilt als komplex und kostspielig, da sie die Anschaffung einer kompletten Systemarchitektur mit zum Teil sehr teurer Hardware voraussetzt. Benötigt werden abgesehen von der Verkabelung grundsätzlich drei Grundkomponenten: SAN-Server, Fibre-Channel-Switches sowie Speichermedien.

  • Fibre-Channel-Fabric: Als „Fabric“ (‚Gewebe‘) wird im IT-Bereich ein Netz von Kabelleitungen und Switches bezeichnet, das aufgrund zahlreicher Querverbindungen eine hohe Redundanz aufweist. Dies ermöglicht neben einem enormen Datendurchsatz eine hohe Bandbreite und Ausfallsicherheit. Ein solches Fabric aus Fibre-Channel-Switch und Glasfaserkabeln bildet den Kern eines Storage-Area-Networks. Dabei werden alle Geräte im SAN an den Fibre-Channel-Switch angeschlossen, sodass dieser die für einen Datenzugriff benötigten Verbindungen zwischen Sender und Empfänger in Echtzeit schalten kann. Als Standardschnittstelle für Speichernetzwerke wurde Fibre-Channel für eine kontinuierliche Hochgeschwindigkeitsübertragung konzipiert, die Datenübertragungsraten von bis zu 16 Gbit/s ermöglicht.

  • Storage-Elemente: Als Datenspeicher kommen in Storage-Area-Networks in der Regel Disk-Arrays zu Einsatz. Dabei handelt es sich um Geräte, die mehrere Festplattenlaufwerke (HDDs oder SSDs) für die Massenspeicherung enthalten. Um eine Hochverfügbarkeit der abgelegten Daten zu ermöglichen, besitzen moderne Disk-Arrays einen Controller, der für redundante Datenspeicherung und Lastverteilung beim Datentransfer sorgt. So lässt sich die Sicherheit der Daten erhöhen und die Übertragungsrate steigern. Die Umsetzung eines redundanten Speicherprozesses erfolgt dabei in der Regel mittels RAID-Systemen (Redundant Array of Independent Disks), welche die einzelnen physischen Festplatten-Laufwerke eines Disk-Arrays zu einem logischen Laufwerk zusammenfassen. Alternativ lassen sich auch Tape-Libraries oder einzelne Festplatten-Laufwerke in ein SAN einbringen.

  • SAN-Server: Um eine reibungslose Interaktion mit der virtuellen Speichereinheit zu gewährleisten, benötigt jedes SAN speziell konfigurierte Server, die den Datenzugriff steuern und so als Bindeglied zwischen dem Speichernetzwerk und dem im LAN verbundenen Endgeräten fungieren. Dazu werden die SAN-Server über spezielle Hardwareschnittstellen, sogenannte Hostbusadapter (HBA), mit dem Fibre-Channel-Switch verbunden.

Einrichtung eines SAN-Systems

Ein Storage-Area-Network ist auf Hochverfügbarkeit ausgelegt. Im IT-Bereich ist damit die Fähigkeit eines Computersystems gemeint, trotz etwaiger Ausfälle einzelner Hardwarekomponenten den reibungslosen Betrieb geschäftsrelevanter Anwendungen zu gewährleisten.

Verdopplung der Hardwarekomponenten

Professionelle Hoster gewähren bei der Bereitstellung ihrer Dienstleistungen wie Webspace, Datenbankhosting oder Miet-Shops in der Regel eine Verfügbarkeit von 99,99 Prozent. Dies entspräche einer maximalen Ausfallzeit von 52:36 Minuten im Jahr. Sicherstellen lässt sich eine vergleichbare Verfügbarkeit bei SAN-Systemen nur durch eine Verdopplung aller am Netzwerk beteiligten Komponenten. In Produktivumgebungen gilt der Einsatz von zwei Fibre-Channel-Switches sowie Dual-Port-Hostbusadaptern daher als Standard für einen ausfallsicheren Betrieb. Sollte eine Netzwerkkomponente ausfallen, gibt es somit stets einen alternativen Weg zum SAN-Storage. Die Möglichkeit eines Servers, über verschiedene Hostbusadapter auf ein und dasselbe Festplattensubsystem (Disk-Array) zuzugreifen, wird Multipathing genannt. Multipathing bildet die Grundlage für die angestrebte Redundanz eines SAN.

Redundante Speicherzyklen

Speist sich der SAN-Storage aus Disk-Arrays, ist die benötigte Redundanz der virtuellen Speichereinheit in der Regel durch RAID-Implementierungen gegeben, da Daten in einem vollwertigen RAID-System prinzipiell immer gespiegelt auf mindestens zwei verschiedenen physischen Speichermedien abgelegt werden. Erhöhen lässt die Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit der Speichereinheit zudem durch den Einsatz zweier unabhängiger RAID-Controller. Soll auch der Katastrophenfall (im IT-Jargon K-Fall genannt) abgesichert sein, empfiehlt es sich, identische Datensätze an unterschiedlichen Standorten zu lagern. Die Einrichtung eines redundanten Speichernetzwerks bezieht zudem die Versorgungsinfrastruktur mit ein. Unternehmen sollten daher auch Netzteile für die Stromzufuhr, Lüfter und Kühlelemente in doppelter Ausführung bereithalten.

Die Vorteile des Storage-Area-Networks im Überblick

Betreiber eines SANs profitieren von einer Zusammenfassung der Kapazitäten verschiedener physischer Datenspeicher zu einer virtuellen Speichergrundlage, die beliebig vielen Servern flexibel und plattformunabhängig zur Verfügung steht. Diese Entkopplung von Speichermedium und zugreifendem Server ermöglicht eine vereinfachte Verwaltung und Skalierung der verfügbaren Speicherkapazität und entlastet das LAN. Das auf Glasfasertechnik beruhende Storage-Area-Network unterstützt aufgrund der Standardschnittstelle Fibre-Channel hohe Datenübertragungsraten.

Multipathing und das auf Querverbindungen ausgelegte Fibre-Channel-Fabric verhindern Überlastungen und sorgen für eine konstante Verfügbarkeit der im SAN-Storage gespeicherten Daten. Für einen Zugriff können stets mehrere Wege zwischen Datenpool und Anwender genutzt werden. Die redundante Verteilung der Daten auf mehrere physische Systeme garantiert eine hohe Sicherheit der gespeicherten Inhalte. Verzögerungen bei gleichzeitigem Datenzugriff werden minimiert. Aufgrund des effektiven Speichermanagements wird SAN-Storage im Hosting-Geschäft oft als Grundlage für virtuelle Server genutzt, die Endkunden als „Infrastructure as a Service“ (IaaS) über die Cloud angeboten werden.