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Der Unterschied zwischen SAN- und NAS-Architektur

SAN und NAS offerieren unterschiedliche Eigenschaften für die Datensicherung in einem Netzwerk. Die Entscheidung ob SAN, NAS oder beides hängt von den Unternehmensanforderungen ab.

Enterprise-Storage gibt es in vielen verschiedenen Formen. Zwei der gebräuchlichsten - und langjährigsten - Möglichkeiten, einer Netzwerkarchitektur Speicherkapazität hinzuzufügen, sind über ein Storage Area Network (SAN) oder mittels Network Attached Storage (NAS). Bei der Bewertung von SAN im Vergleich zu NAS gibt es viel zu berücksichtigen, so dass die beste Option nicht für jedes Unternehmen die gleiche ist. Wenn Sie sich jedoch die Vor- und Nachteile der einzelnen Optionen ansehen, sollten Sie in der Lage sein, das richtige Datenspeichersystem für Ihr Unternehmen auszuwählen.

Im Allgemeinen sollten Sie ein SAN verwenden, wenn Ihre Anwendung Block-I/Os erfordert oder wenn ein erheblicher Leistungsbedarf besteht. Wenn Ihre Anwendung dateibasierte I/Os verwendet oder wenn Sie File Sharing betreiben und eine einfache Verwaltung wünschen, wäre NAS die beste Option.

Obwohl das eine gute Faustregel ist, um zu wissen, wann jedes System zu verwenden ist, gibt es für jeden Ansatz und für jeden Anwendungsfall Nuancen. Im Folgenden skizzieren wir mit Hilfe einiger einfacher visueller Darstellungen die Unterschiede zwischen SAN und NAS, wie jedes System funktioniert und wo es am besten funktioniert.

Was ist ein Storage Area Network?

Ein SAN ist ein dediziertes Hochgeschwindigkeitsnetzwerk, das Server miteinander verbindet und ihnen gemeinsam genutzte Speicherpools präsentiert. Ein SAN ist ein unabhängiges Speichernetzwerk, das hohe Leistung und Zugriff auf Speicher ermöglicht und ähnlich wie DAS funktioniert. Ein SAN besteht aus drei Komponenten: Verkabelung, Host-Bus-Adapter (HBAs) und Switches.

Bei den für den Speicher verwendeten HBAs handelt es sich in der Regel um Protokolle wie Fibre Channel (FC) oder Serial-Attached SCSI (SAS). Ethernet-basiertes iSCSI ist eine weitere Protokolloption, die von kleinen und mittleren Unternehmen häufiger verwendet wird.

In einem SAN verbindet der Switch den oder die Server mit den gemeinsam genutzten Speicherpools. Ein FC-Switch wird am häufigsten in einem SAN verwendet, da er mit dem FC-Protokoll kompatibel ist sowie für hohe Leistung und niedrige Latenzzeiten ausgelegt ist. Auch Ethernet-Switches sind weit verbreitet.

SANs können zentral verwaltet werden und Block-Storage-basierte Datenzugriffsanforderungen für ein Speichergerät aussenden.

Ein SAN kann für verteilte Anwendungen genutzt werden, da es eine schnelle lokale Netzwerkleistung und hohe Verfügbarkeit für Anwendungen bietet. Da IT-Administratoren Speicherfunktionen auslagern und Speichernetzwerke trennen können, bietet ein SAN eine bessere Leistung als Speichersysteme, die nicht so strukturiert und skalierbar sind.

Durch die Verwendung eines SAN können Administratoren Tiered Storage einrichten und Ressourcen konsolidieren. Ein SAN gilt allgemein als sicheres Speichersystem. All diese Vorteile tragen auch zu den Nachteilen der Verwendung eines SAN bei: Kosten und Komplexität. Die mit dem Aufbau eines SAN verbundene Hardware ist mit einem hohen Preis verbunden, und ihre Implementierung erfordert spezialisierte Dienstleistungen, was die Rechnung zusätzlich belastet. Außerdem ist FC ein speziell für die Speicherung entwickeltes Protokoll und teurer als das übliche Netzwerkprotokoll Ethernet, so dass FC-SANs den Preis noch weiter in die Höhe treiben werden.

Was ist Network Attached?

NAS ist ebenfalls ein netzwerkbasiertes Speichersystem, aber im Gegensatz zu einem SAN verwendet NAS einen dedizierten Dateispeicher. NAS ermöglicht es Benutzern und Client-Geräten, Daten von einem zentralen Festplattenlaufwerk zu erhalten, während es gleichzeitig Sicherheit und Zugriffskontrolle bietet. NAS-Geräte werden in der Regel wie ein Browser verwaltet und verfügen weder über eine Tastatur noch über einen Bildschirm.

NAS wird über einen Switch mit einem Ethernet-Netzwerk verbunden, und die Protokolle umfassen NFS und SMB.

Die Verwendung eines NAS ermöglicht es Benutzern, Daten gemeinsam zu nutzen und einfach und effektiv zusammenzuarbeiten. Teams, in denen Benutzer aus der Ferne oder in verschiedenen Zeitzonen arbeiten, profitieren besonders von NAS, das mit einem drahtlosen Router verbunden und für verteilte Arbeitsumgebungen zugänglich ist. Wenn ein Gerät an das Netzwerk angeschlossen ist, kann ein Benutzer problemlos auf die Dateien zugreifen, die sich im Speichernetzwerk befinden.

Das NAS befindet sich in einem LAN. NAS-Knoten sind im LAN unabhängig und haben jeweils eine eindeutige IP-Adresse. Aufgrund des kollaborativen Charakters von NAS wird es häufig als Grundlage für ein Cloud-Speichersystemeingesetzt.

Ein wichtiger Faktor, der in der Debatte SAN vs. NAS zu berücksichtigen ist, sind die Kosten. Zusammen mit seiner Zugänglichkeit und hohen Kapazität ist NAS ein relativ kostengünstiges Datenspeichersystem. NAS-Geräte werden in der Regel mit minimalen Komponenten zur Wartung und Verwaltung geliefert. Natürlich variieren die Kosten je nach Größe und Umfang, also bedenken Sie dies, wenn Sie sich mit NAS befassen. NAS-Systeme können sowohl für Heimbüros und kleinere Unternehmen als auch für große Firmen konzipiert werden.

Unterschiede zwischen SAN und NAS

Auf einer grundlegenden Ebene gleicht SAN eher einem DAS als einem NAS, da es Blockspeicher verwendet. NAS arbeitet als Remote-System, bei dem Dateianforderungen über ein Netzwerk an ein NAS-Gerät umgeleitet werden.

Während NAS für die Verarbeitung unstrukturierter Daten konzipiert ist, wird SAN in erster Linie für strukturierte Daten verwendet, die innerhalb einer Datenbank organisiert und formatiert wurden. Unstrukturierte Daten sind heute jedoch immer häufiger anzutreffen, da massive Datenmengen aus Quellen wie Videos, Audiodateien, Fotos und medizinischen Bildern nicht so konsolidiert und organisiert werden, wie dies bei strukturierten Daten der Fall ist. Wenn Ihre Organisation mit großen Mengen unstrukturierter Daten zu tun hat, könnte NAS eine bessere Option sein.

Wenn Leistung Ihre Priorität ist, ist SAN die bessere Option. Während das Dateisystem von NAS tendenziell zu geringerem Durchsatz und höherer Latenz führt, eignet sich SAN gut für Hochgeschwindigkeitsverkehr. Skalierbarkeit ist ein weiterer Punkt für SANs; die Architektur eines SAN ermöglicht die Skalierung oder Ausdehnung von Kapazität und Leistung. Während höherwertige Enterprise-NAS hoch skalierbar sein können, ist dies bei NAS der Einstiegsklasse nicht der Fall.

Abbildung 1: Die Unterscheide zwischen SAN und NAS auf einen Blick
Abbildung 1: Die Unterscheide zwischen SAN und NAS auf einen Blick

Wie bereits erwähnt, gibt es zwischen NAS und SAN große Unterschiede in Bezug auf die Kosten. Ein SAN ist nicht nur von Anfang an wegen seiner hochpreisigen Hardware und spezialisierten Dienstleistungen teurer als ein NAS, sondern seine Komplexität macht auch die Wartung und Verwaltung sehr viel kostspieliger. Die Bereitstellung eines NAS besteht aus dem Anschluss an das LAN, während ein SAN das Hinzufügen von Hardware und oft den Einsatz von Administratoren erfordert, die auf die Verwaltung des Netzwerks spezialisiert sind.

Gemeinsame Nutzung von SAN und NAS

An diesem Punkt könnten Sie die Vorteile von SAN und NAS betrachten und sich fragen, warum Sie sie nicht gemeinsam nutzen können. Einige Unternehmen tun genau das. Anstatt über SAN vs. NAS zu debattieren, verwenden diese Unternehmen eine Kombination der beiden Netzwerkarten - manchmal im selben Multiprotokoll-Speicher-Array. Die beiden Systeme können sich gegenseitig ergänzen und unterschiedliche Anforderungen innerhalb der Organisation erfüllen.

Um einem SAN ein NAS hinzuzufügen, kann ein NAS-Gateway zur Unterstützung beider Systeme verwendet werden. Ein NAS-Gateway ist ein NAS-System, an das Speichermedien extern angeschlossen werden, normalerweise über eine FC-Schnittstelle. Dadurch erhält das IP-Netzwerk Zugriff auf den Block-Level-Speicher des SAN, während Client-Anforderungen über NFS- und SMB-Sharing-Protokolle verarbeitet werden. Viele gängige SAN-Arrays unterstützen jetzt jedoch Dateien, ohne dass ein NAS-Gateway erforderlich ist.

Abbildung 2: Mittels eines Gateways lassen sich NAS und SAN gleichzeitig nutzen.
Abbildung 2: Mittels eines Gateways lassen sich NAS und SAN gleichzeitig nutzen.

Die Kombination der SAN- und NAS-Speichersysteme über ein NAS-Gateway sorgt für zusätzliche Skalierbarkeit und Leistung und bietet das Beste aus der SAN- und NAS-Welt. Ein NAS-Gateway hält die Kosten bei der Konsolidierung der Speichersysteme niedrig und ist nicht wie ein herkömmliches Gerät durch die Speicherkapazität begrenzt.

Was besser ist: SAN oder NAS?

Die Entscheidung SAN vs. NAS hängt von der Art der Daten ab, die Sie in Ihrem Rechenzentrum speichern. Bei Block-I/O wird SAN verwendet, bei Datei-I/O kommt NAS zum Einsatz. Wenn Sie SAN mit NAS vergleichen, denken Sie daran, dass NAS die Datei-I/O-Anforderung in Blockzugriff für die angeschlossenen Speichergeräte umwandelt. SANs sind die bevorzugte Wahl für strukturierte Daten - Daten in einer relationalen Datenbank. Obwohl NAS strukturierte Daten verarbeiten kann, wird es normalerweise für unstrukturierte Daten verwendet - Dateien, E-Mail, soziale Medien, Bilder, Videos, Kommunikation und alle Arten von Daten außerhalb relationaler Datenbanken.

Objekt-I/O für die Speicherung ist aufgrund der überwältigenden Verbreitung von Cloud-Storage immer häufiger anzutreffen. Infolgedessen wird die klare Trennung zwischen SAN mit Blockspeicher und NAS mit Dateispeicher immer unschärfer.

Während die Anbieter für ihren Speicherbedarf von Block- oder Datei- zu Objekt-Storage übergehen, möchten Anwender immer noch auf die Daten so zugreifen, wie sie es gewohnt sind: Blockspeicher für SAN oder Dateispeicher für NAS. Die Hersteller bieten Systeme mit entsprechenden Frontends an, die eine NAS- oder SAN-Erfahrung bieten, während das Backend auf Objektspeicherung basiert.

Datei vs. Block vs. Objekt

Der Datei-Speicher liest und schreibt Daten auf die gleiche Weise wie der Benutzer auf einem Laufwerk auf einem Computer, unter Verwendung einer hierarchischen Struktur, mit Dateien innerhalb von Ordnern, die sich in mehreren Ordnern befinden können. NAS-Systeme verwenden diesen Ansatz häufig, und er hat wichtige Vorteile:

  • Bei Verwendung mit NFS und SMB - den gebräuchlichsten NAS-Protokollen - kann ein Benutzer Dateien oder ganze Ordner kopieren und einfügen.
  • Die IT-Abteilung kann diese Systeme problemlos verwalten.

Die Block -Speicherung behandelt jede Datei oder jeden Ordner als verschiedene Blöcke kleinerer Datenbits und verteilt mehrere Kopien jedes Blocks auf die Laufwerke und Geräte in einem SAN-System. Zu den Vorteilen dieses Ansatzes gehören die folgenden:

  • Größere Datenzuverlässigkeit. Auf die Daten kann auch dann noch zugegriffen werden, wenn ein Laufwerk oder mehrere Laufwerke ausfallen.
  • Schnellerer Zugriff. Dateien können aus den Blöcken, die dem Benutzer am nächsten liegen, wieder zusammengesetzt werden und müssen nicht durch eine Hierarchie von Ordnern laufen.

Objekt -Speicherung behandelt jede Datei als ein Objekt, wie Datei-E/A, und hat keine Hierarchie von verschachtelten Ordnern wie Blockspeicher. Bei der Objektspeicherung werden alle Dateien oder Objekte in einem einzigen, riesigen Datenpool oder einer flachen Datenbank abgelegt. Dateien werden auf der Grundlage der Metadaten gefunden, die bereits mit der Datei verknüpft sind oder vom Objektspeicherbetriebssystem hinzugefügt wurden.

Abbildung 3: Die Charakteristiken von Objekt-Storage im Vergleich zu File oder Block Storage.
Abbildung 3: Die Charakteristiken von Objekt-Storage im Vergleich zu File oder Block Storage.

Die Objektspeicherung war bisher die langsamste der drei Methoden und wird hauptsächlich für die Speicherung von Cloud-Dateien verwendet. Jüngste Fortschritte bei der Art und Weise, wie auf Metadaten zugegriffen wird, und die zunehmende Verwendung von Flash-Laufwerken haben jedoch die Geschwindigkeitslücke zwischen Objekt-, Datei- und Blockspeichern verringert.

Die Nutzung von Direct Attached Storage (DAS)

DAS ist ein dedizierter Server oder ein Datenspeichergerät, das nicht an ein Netzwerk angeschlossen ist. Das einfachste DAS ist die Festplatte eines Computers. Um auf Dateien auf DAS zuzugreifen, muss ein Benutzer Zugriff auf den physischen Speicher haben.

Abbildung 4: Speicherplattformen im Kurzüberblick
Abbildung 4: Speicherplattformen im Kurzüberblick

DAS kann NAS übertreffen, insbesondere bei rechenintensiven Programmen. Bei DAS muss jedoch der Speicher auf jedem Gerät separat verwaltet werden, was die Systemverwaltung komplexer macht. DAS-Systeme bieten in der Regel keine erweiterten Speicherverwaltungsfunktionen wie Replikation, Snapshots und Thin Provisioning, wie sie bei SAN und NAS üblich sind.

DAS ermöglicht auch keine gemeinsame Speicherung durch mehrere Benutzer. Und da nur ein Host auf ein DAS-Gerät zugreift, wird nur ein Teil des verfügbaren Speichers genutzt.

Der Erfolg von Unified Storage

Das Aufkommen von Unified Storage bietet die Flexibilität, Block- und/oder Dateispeicherung auf demselben Array auszuführen. Diese Multiprotokollsysteme konsolidieren blockbasierte SAN-Daten und dateibasierte NAS-Daten auf einer Speicherplattform. Kunden können entweder mit SAN oder NAS beginnen und später Support und Konnektivität hinzufügen. Oder sie können ein Speicher-Array kaufen, das sowohl SAN als auch NAS unterstützt.

Unified Storage kann Dateiprotokolle wie SMB und NFS zusammen mit Blockprotokollen wie FC und iSCSI verwenden. Ein Vorteil dieser Systeme ist, dass sie weniger Hardware benötigen als herkömmliche Speicher. Und neuere Unified Storage-Angebote umfassen Cloud-Storage und Speichervirtualisierung.

Der NVMe-Vorteil

Die größte Aufmerksamkeit erhält derzeit die Erweiterung des NVMe-Protokolls auf NVMe over Fabric (NVMe-oF).

Das NVMe-Protokoll ist der schnellste Weg, ein Flash-Speichergerät mit dem Motherboard eines Computers zu verbinden und über den PCIe-Bus zu kommunizieren. Es übertrifft eine über SATA angeschlossene SSD bei weitem. Stellen Sie sich vor, Sie könnten diese schnelle NVMe-Verbindung über die Fabric ausdehnen, die ein SAN-System zusammensetzt.

NVMe kann nicht dazu verwendet werden, Daten zwischen einem entfernten Endbenutzer und dem Speicher-Array zu übertragen, daher muss eine Messaging-Schicht verwendet werden. Dadurch wirkt NVMe eher wie ein mit Ethernet verbundenes NAS-System, das das TCP/IP-Protokoll von Ethernet zur Abwicklung von Datenbewegungen verwendet. Die Entwickler von NVMe over Fabrics arbeiten jedoch daran, den direkten Fernzugriff auf den Speicher zu nutzen, um sicherzustellen, dass die Messaging-Schicht weniger Auswirkungen auf die Geschwindigkeit hat. Für diesen Zweck wurde NVMe-oF für Fibre Channel und auch für Ethernet entwickelt und vorgestellt.

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