Der Turbo für Ihre Daten im Netzwerk – SAN-Disk-Arrays

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Der Turbo für Ihre Daten im Netzwerk – SAN-Disc-Arrays richtig in Betrieb nehmen

Wer große Datenmengen in einem Netzwerk zur Verfügung stellen möchte, der benötigt ein dementsprechend schnelles System. Meist sind es Unternehmen, die große Datenvolumen ihren Mitarbeitern oder ihren Kunden über das Internet bereitstellen müssen. In einem Firmennetzwerk kommen daher verschiedene Architekturen zum Einsatz. Die derzeit beste Lösung zur Speicherung großer Datenmengen in einem Netzwerk sind SAN-Disk-Arrays. In diesem Ratgeber erfahren Sie, wie ein solches Netzwerk aussieht, was ein SAN ist und welchen Nutzen es hat.

Grundlagen: Verschiedene Netzwerkarchitekturen für unterschiedliche Ansprüche

Die Einrichtung eines Netzwerks dient zunächst der Verbindung verschiedener Rechner. Dies ist zum Beispiel in Unternehmen notwendig, um die Arbeitsplätze der Mitarbeiter miteinander zu verbinden. Für ein einfaches Netzwerk reicht bereits eine simple Architektur: Die verschiedenen Computer werden dabei über Ethernet-Kabel und einen Switch verbunden. Der Switch steuert den Datenverkehr zwischen den Rechnern und ist der zentrale Punkt im Netzwerk. In einem solchen simplen Netzwerk verfügt jeder Computer über seinen eigenen Speicher in Form der installierten Festplatte; die Daten sind dezentral organisiert und werden nicht zentral gespeichert. Dennoch verwenden die meisten Firmen für ihre Netzwerke einen Server. Hierbei handelt es sich um einen zentralen Computer, auf den alle Rechner im Netzwerk zugreifen können. Das heißt, dass sie beispielsweise Daten auf der Festplatte des Servers speichern oder lesen können. Mitunter verfügen die einzelnen Computer im Netzwerk selbst nicht mehr über eine eigene Festplatte. Man spricht hierbei von einem Client-Server-Netzwerk, bei dem der zentrale Server den Clients, also den Computern im Netzwerk, Dienste zur Verfügung stellt. Dies geht bis zu ganzen Programmen, sodass Software gar nicht mehr auf den Rechnern selbst, sondern auf dem Server läuft. Die Computer an den verschiedenen Arbeitsplätzen sind dann lediglich für die Ein- und Ausgabe via Tastatur, Maus und Monitor zuständig.

Hohe Anforderungen an Netzwerke mit zentralem Speicher

Mit steigender Größe des Netzwerks wachsen auch die Probleme: Während sich bis zu fünf Rechner noch relativ problemlos einen zentralen Speicher im Server des Netzwerks teilen können, sind bei größeren Netzwerken andere Architekturen gefragt. So verfügen moderne Server nicht nur über eine einzige Festplatte, sondern arbeiten mit sogenannten Disk-Arrays. Hierbei handelt es sich um Zusammenstellungen mehrerer Festplatten zu einem logischen Laufwerk. Es werden also physische Laufwerke (einzelne Festplatten) so kombiniert, dass sie im System als ein logisches Laufwerk zur Verfügung stehen. Eine populäre Lösung ist dabei die Nutzung eines RAID, das auch in einem SAN vorkommt. Der Nutzen mehrerer gekoppelter Festplatten liegt nicht nur in der Erhöhung der Geschwindigkeit, sondern dient auch der Datensicherheit: Wenn dieselben Daten auf mehreren Festplatten vorliegen, dann kann der Ausfall einer Festplatte problemlos kompensiert werden. Disk-Arrays lassen sich sowohl im Hinblick auf ihre Geschwindigkeit als auch auf ihre Datensicherheit optimieren. Hierzu später mehr.

Was ist ein SAN und wofür wird es benötigt?

SAN steht für Storage Area Network, also lokales Speichernetzwerk. Es handelt sich hierbei um ein parallel zum eigentlichen Netzwerk geschaltetes Netzwerk, das verschiedene Festplatten miteinander verbindet. Ein SAN existiert also stets parallel zum LAN, dem Local Area Network, in dem die Rechner der verschiedenen Arbeitsplätze miteinander verbunden sind. Da das SAN lediglich die verschiedenen Festplatten miteinander kombiniert und keine anderen Aufgaben übernimmt, ist eine Optimierung auf die Geschwindigkeit der Datenverbindung möglich. So nutzt ein SAN ein anderes Protokoll zum Datentransfer als normale Netzwerke: In den meisten Fällen kommt hierbei ein Fibre Channel zum Einsatz. Bereits diese schnelle Verbindung erhöht die Zugriffsgeschwindigkeit auf den Speicher. Die eigentliche Idee hinter einem SAN liegt jedoch in der flexiblen Skalierbarkeit des Speichers.

So werden in einem SAN mehrere physische Speicher zu verschiedenen logischen Speichern zusammengefügt: Wird zum Beispiel ein SAN-Disk-Array mit zehn Festplatten verwendet, so können diese flexibel aufgeteilt, und zum Beispiel als drei unterschiedlich große Laufwerke bereitgestellt werden. Hierbei sind verschiedene Kombinationen möglich. Im Netzwerk stehen die Festplatten dann als ein einziges logisches Laufwerk zur Verfügung, da das SAN parallel zum LAN betrieben wird. Hierfür sorgt ein extra Server, der einzig für die Verwaltung der Festplatten im SAN zuständig ist und zwischen LAN und SAN geschaltet ist. Durch diese Architektur kann die Zugriffsgeschwindigkeit auf den Speicher in einem Netzwerk stark erhöht werden. Bei richtiger Installation übertrifft sie die eines normalen RAID-Systems deutlich und stellt somit die derzeit beste Lösung für Netzwerke mit hohen Anforderungen hinsichtlich der Geschwindigkeit dar. Gleichzeitig kann ein SAN so konfiguriert werden, dass es auch hohen Anforderungen hinsichtlich der Datensicherheit genügt.

Der Aufbau eines SAN-Systems und die Übertragungsart via Fibre Channel

Da LAN und SAN parallel zueinander laufen, können sie getrennt voneinander betrachtet werden. Der Aufbau eines SAN ist also unabhängig vom LAN und erfolgt in aller Regel über Fibre Channel. Fibre Channel bezeichnet dabei das Übertragungssystem, das auf verschiedenen Kabeltypen und Übertragungsprotokollen basiert. Die Wahl einer Konfiguration hängt von Faktoren wie Datensicherheit, Geschwindigkeit, Komplexität des SAN und Kosten/Nutzen ab. In vielen Fällen kommen bei Fibre Channel Glasfaserkabel zum Einsatz, die eine besonders hohe Geschwindigkeit erlauben. Gleichzeitig werden bei den meisten SANs Switches zur Verbindung der verschiedenen Festplatten genutzt. Die einfachste Architektur besteht dabei aus einem Server, einem Fibre-Channel-Switch und einer beliebigen Anzahl an Festplatten: Der Server stellt die Verbindung mit dem LAN her und ist über ein Glasfaserkabel mit einem Fibre-Channel-Switch verbunden. Dieser dient der Verteilung des Datenverkehrs auf mehrere Festplatten. Auf diese Weise entsteht eine Baum-Architektur, bei der die Verbindung zwischen Server und Switch den Stamm darstellt und die verschiedenen Festplatten wie die Äste des Baums mit dem Switch verbunden sind. Auf allen Übertragungswegen kommen im besten Falle Glasfaserkabel zum Einsatz.

Im Gegensatz zu TCP/IP, wie es im LAN und in den meisten anderen Netzwerken zum Einsatz kommt, hat Fibre Channel den Vorteil einer hohen möglichen Auslastung: Während TCP/IP über Ethernet lediglich 20 bis 60 Prozent der Kapazität nutzt, greift Fibre Channel auf 90 Prozent seiner Kapazität zurück – eine Steigerung, die deutlich höhere Geschwindigkeiten im Netzwerk erlaubt. Ein weiterer positiver Aspekt eines SAN ist die Datensicherheit.

Die Datensicherheit in einem SAN-Disk-Array mit RAID

Die Kombination mehrerer Festplatten hat nicht nur Vorteile hinsichtlich der Geschwindigkeit, sondern bietet auch eine erhöhte Datensicherheit. Die Überlegung hierzu ist einfach: Beim Einsatz mehrerer Festplatten kann der Ausfall einzelner Speicher kompensiert werden. Hierfür muss das SAN allerdings dementsprechend konstruiert werden. Zum Einsatz kommt dafür ein RAID.

RAID steht für Redundant Array of Independent Discs und ist eine Zusammenstellung unabhängig arbeitender Festplatten. Die verschiedenen Festplatten in einem RAID werden über einen RAID-Controller gesteuert. Das System kann unterschiedlich konfiguriert werden, je nachdem, ob ein besonders schneller oder ein besonders sicherer Speicher gewünscht ist. Unterschieden wird zwischen verschiedenen RAID-Leveln, wobei insbesondere RAID-0, RAID-1 und RAID-5 von Bedeutung sind:

RAID-0 ist ganz auf eine hohe Geschwindigkeit ausgelegt. Hierbei werden mindestens zwei Festplatten miteinander kombiniert. Die Daten werden gleichmäßig auf die beiden Festplatten verteilt. Dieses sogenannte Striping sorgt dafür, dass Prozesse parallel ablaufen können: Wenn zum Beispiel Daten auf der einen Festplatte gelesen werden, können gleichzeitig bereits Speichervorgänge auf der anderen Festplatte durchgeführt werden.

RAID-1 ist ein redundantes System, bei dem Daten in zweifacher Ausführung existieren. Diese Datenredundanz wird in Computern sonst verhindert, da hierdurch der doppelte Bedarf an Speicherplatz anfällt. In einem RAID-1 dient die doppelte Speicherung jedoch der Datensicherheit: Fällt eine der Festplatten aus, kann die andere einspringen.

Ähnlich funktioniert RAID-5, bei dem drei Festplatten zum Einsatz kommen. Es ist die perfekte Kombination aus optimierter Geschwindigkeit und Datensicherheit. Auch hierbei werden die Daten auf alle drei Festplatten verteilt, sodass parallele Prozesse möglich sind. Gleichzeitig kann der Inhalt beim Ausfall einer der Festplatten mit Hilfe der Paritätsinformationen rekonstruiert werden.

Ein RAID-System kann auch ohne ein SAN eingerichtet werden. Hierbei wird im zentralen Server ein Disk-Array erstellt, das mehrere Festplatten enthält und vom RAID-Controller im Server gesteuert wird. Bei einem Storage Area Network, das parallel zum LAN existiert, regelt ebenfalls ein RAID-Controller im Server den Datenverkehr zwischen den einzelnen Festplatten. Der RAID-Controller befindet sich hierbei allerdings im Server, der LAN und SAN verbindet, während die verschiedenen Festplatten im SAN über den Fibre-Channel-Switch miteinander verbunden sind. Das RAID besteht hierbei also im SAN und ist damit vom LAN getrennt. Diese Trennung bietet einen entscheidenden Vorteil: Während die Datensicherung bei einem RAID innerhalb des LAN eine Belastung für das gesamte Netzwerk darstellt, erfolgen Speicherprozesse in einem SAN unabhängig vom LAN, da beide Netze autonom arbeiten. Auf diese Weise ist die Datenlast, die beim Speichern und Lesen von Daten auf den Festplatten entsteht, ausgelagert und belastet die Kommunikation der verschiedenen Rechner an den Arbeitsplätzen nicht. Das Ergebnis ist eine höhere Ausfallsicherheit bei gleichzeitig hoher Geschwindigkeit des Netzwerks – zwei Aspekte, die besonders in Unternehmen von großer Bedeutung sind.

Fazit: Für wen eignet sich ein SAN und welche Komponenten werden benötigt?

Ein SAN ist eine vergleichsweise komplexe Netzwerkarchitektur. Aus diesem Grund ist sie weniger für private Netzwerke geeignet, sondern dient vor allem Firmen, die sich eine hohe Ausfallsicherheit und Geschwindigkeit wünschen. Um ein SAN zu erstellen, werden Glasfaser- oder Kupferkabel, ein Server mit RAID-Controller, ein Fibre-Channel-Switch sowie Festplatten benötigt. Alle diese Komponenten können bei eBay bestellt werden. Die Einrichtung des Netzwerks sollte allerdings einem Fachmann überlassen werden. Erfahrene Systemhäuser bieten die Planung und Einrichtung eines SAN und kümmern sich gleichzeitig um die Wartung des Netzwerks.

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