Definition

Storage Area Network (SAN)

Mitarbeiter: Laura Lee Brennan und Marc Olanie

Ein Storage Area Network (SAN) ist ein dediziertes Hochgeschwindigkeitsnetzwerk oder Subnetzwerk, das mehrere Server miteinander verbindet und gemeinsam genutzte Pools an Speichergeräten präsentiert.

Fortsetzung des Inhalts unten

Ein SAN verschiebt Speicherressourcen aus dem gemeinsamen Anwendernetzwerk und reorganisiert sie in ein unabhängiges Hochleistungsnetzwerk. Dadurch kann jeder Server auf gemeinsam genutzten Speicher zugreifen, als wäre er ein direkt an den Server angeschlossenes Laufwerk. Wenn ein Host auf ein Speichergerät im SAN zugreifen möchte, sendet er eine blockbasierte Zugriffsanforderung für das Speichergerät aus.

Ein Storage Area Network wird in der Regel aus drei Hauptkomponenten aufgebaut: Verkabelung, Host-Bus-Adapter(HBAs) und Switches, die an Speicher-Arrays und Server angeschlossen sind. Jeder Switch und jedes Speichersystem im SAN muss miteinander verbunden sein, und die physischen Verbindungen müssen Bandbreitenniveaus unterstützen, die Datenspitzen angemessen bewältigen können. IT-Administratoren verwalten SANs zentral.

Bei den Speicher-Arrays handelte es sich anfangs ausschließlich um Festplattenlaufwerksysteme, die jedoch zunehmend mit Flash-SSDs (Solid State Drives) bestückt werden.

Einsatzbereiche für Storage Area Networks

Fibre-Channel (FC)-SANs haben den Ruf, teuer, komplex und schwierig zu verwalten zu sein. Ethernet-basiertes iSCSI hat diese Herausforderungen durch Einkapselung von SCSI-Befehlen in IP-Pakete, die keine FC-Verbindung erfordern, verringert.

Der Einsatz von iSCSI bedeutet, dass ein Unternehmen anstelle des Erlernens, Aufbauens und Verwaltens von zwei Netzwerken - einem Ethernet Local Area Network (LAN) für die Benutzerkommunikation und einem FC-SAN für die Speicherung - sein vorhandenes Wissen und seine Infrastruktur sowohl für LANs als auch für SANs nutzen kann. Dies ist ein besonders nützlicher Ansatz in kleinen und mittleren Unternehmen, die möglicherweise nicht über die Mittel oder das Fachwissen verfügen, um ein Fibre-Channel-SAN zu unterstützen.

Organisationen verwenden SANs für verteilte Anwendungen, die eine schnelle lokale Netzwerkleistung benötigen. SANs verbessern die Verfügbarkeit von Anwendungen durch mehrere Datenpfade. Sie können auch die Anwendungsleistung verbessern, da sie es IT-Administratoren ermöglichen, Speicherfunktionen auszulagern und Netzwerke zu trennen.

Darüber hinaus tragen SANs dazu bei, die Effektivität und Nutzung von Speicher zu erhöhen, da sie es Administratoren ermöglichen, Ressourcen zu konsolidieren und mehrstufigen Speicher (Tiered Storage) bereitzustellen. SANs verbessern auch den Datenschutz und die Datensicherheit. Schließlich können SANs mehrere Standorte umfassen, was Unternehmen bei ihren Business-Continuity-Strategien hilft.

Funktionsweise eines SANs

Nachfolgend finden Sie eine Aufschlüsselung der Funktionsweise von SAN:

  • Wenn ein Host auf ein Speichergerät im SAN zugreifen möchte, sendet er eine blockbasierte Zugriffsanforderung für das Speichergerät aus.
  • SCSI-Befehle werden in FC-Pakete gekapselt. Der Host-HBA nimmt die Anforderung an, und sie wird von ihrer binären Datenform in die für die Übertragung auf der Glasfaser erforderliche optische Form umgewandelt.
  • Gleichzeitig wird die Anfrage entsprechend den Regeln des FC-Protokolls gepackt.
  • Der HBA überträgt die FC-Anforderung an das SAN.
  • Abhängig von der Konnektivität zwischen dem HBA und dem Fabric-Switch-Port empfängt einer der SAN-Switches die Anforderung und sendet sie an den Speicherprozessor, der sie dann an das Speichergerät sendet.

Einrichten des Storage Area Network

Um alle Komponenten des SAN zu integrieren, muss ein Unternehmen zunächst die Hardware- und Software-Kompatibilitätsanforderungen des Herstellers erfüllen, einschließlich

  • Host-Bus-Adapter (Firmware-Version, Treiber-Version, Patch-Liste)
  • Switches (Firmware)
  • Storage (Firmware, Host-Firmware, Patch-Liste)

Dann zur Einrichtung des SAN:

  1. Montieren und verkabeln Sie alle Hardware-Komponenten und installieren Sie die entsprechende Software.
  • Überprüfen Sie die Versionen.
  • Richten Sie den HBA ein.
  • Richten Sie das Speicher-Array ein.
  1. Ändern Sie eventuell erforderliche Konfigurationseinstellungen.
  2. Testen Sie die Integration
  • Testen aller Betriebsprozesse für die SAN-Umgebung, einschließlich normaler Produktionsverarbeitung, Ausfallmodus-Tests und Backup
  1. Erstellen Sie eine Leistungs-Basislinie für jede Komponente sowie für das gesamte SAN.
  2. Dokumentieren Sie die SAN-Installation und die Betriebsverfahren.

SAN-Architektur

Eine SAN-Architektur besteht aus:

  • Host-Schicht: besteht aus Servern und Host-Bus-Adaptern, sowie der Software, die auf dem Server läuft und dem HBA die Kommunikation mit der Fabric-Schicht ermöglicht.
  • Fabric-Schicht: Alle Hosts sind über die SAN-Fabric mit den Speichergeräten im SAN verbunden. Der Netzwerkteil des SAN setzt sich aus den folgenden Fabric-Komponenten zusammen:
  • SAN-Switches; Datenrouter; Kabel; Kommunikationsprotokoll (Fabric-Komponenten kommunizieren über das Fibre-Channel-Kommunikationsprotokoll).
  • Speicherebene: Die Speicher-Arrays, einschließlich der Speicherprozessoren.

SAN-Switches verstehen

SAN-Switches verbinden Server und Pools gemeinsam genutzter Speichergeräte. Die einzige Aufgabe eines SAN-Switches besteht darin, den Speicherverkehr zu transportieren. SAN-Switches sind häufig Fibre-Channel-Switches, die mit dem FC-Protokoll kompatibel sind, auf dem viele SANs basieren. Der Switch prüft das Datenpaket und identifiziert seinen Ursprung und sein Ziel. Dann leitet der Switch das Paket an das richtige Speichersystem weiter. FC-Switches sind für den Einsatz in Hochleistungsnetzwerken vorgesehen.

SAN-Switches können auch auf Ethernet basieren. Solche Switches sollen nur Datenverkehr auf einem IP-SAN verarbeiten, um die Leistung vorhersehbar zu halten. Ethernet-Switches liefern Datenverkehr an eine IP-Adresse; sie betrachten iSCSI-Speicherziele als IP-Adressen.

Unternehmen können viele Switches kombinieren, um große SAN-Fabrics aufzubauen, die viele Server und Speicher-Ports verbinden.

Virtuelles SAN

Ein virtuelles Storage Area Network (VSAN) ist ein softwaredefiniertes Speicherangebot, das auf einem Hypervisor wie VMware ESXi oder Microsoft Hyper-V implementiert wird. Virtuelle SANs bieten eine Reihe von Vorteilen, wie zum Beispiel einfache Verwaltung und Skalierbarkeit.

In den meisten Fällen sind VSANs hardwareunabhängig. Solange der Hypervisor die Speicherhardware erkennt und unterstützt, kann das VSAN diese verwenden, obwohl jeder Anbieter seine eigenen Anforderungen hat.

Unified SAN

Unified SAN basiert auf dem Konzept des Unified Storage, bei dem die Datei- und Blockspeicherung über ein einziges Speichergerät, in der Regel eine modifizierte Network-Attached Storage-Appliance (NAS-Appliance), erfolgt.

Ein Unified SAN geht bei diesem Konzept noch einen Schritt weiter, indem es nicht nur dedizierte Logical Unit Numbers(LUNs) - wie jedes andere SAN - sondern auch Dateisystembasierte, NAS-ähnliche Speicher offenlegt.

Konvergentes SAN

Storage Area Networks werden normalerweise von Ethernet-Netzwerken getrennt gehalten. Ein konvergentes SAN verwendet eine gemeinsame Netzwerkinfrastruktur für den Netzwerk- und SAN-Verkehr, um redundante Infrastruktur zu eliminieren und Kosten und Komplexität zu reduzieren.

SANs verwenden häufig Fibre Channel, während Datennetzwerke in der Regel auf Ethernet basieren. Konvergente SANs verwenden Fibre Channel over Ethernet (FCoE), das FC-Nutzlasten in Ethernet-Frames kapselt. Konvergente SANs basieren fast immer auf 10-Gigabit-Ethernet, und manchmal werden mehrere Netzwerkanschlüsse miteinander verbunden, um den Durchsatz zu erhöhen.

Vor- und Nachteile von SANs

Der Hauptvorteil der Verwendung eines SAN besteht darin, dass der Speicher als ein Pool von Ressourcen behandelt wird, den die IT-Abteilung zentral verwalten und bei Bedarf zuweisen kann. SANs sind außerdem in hohem Maße skalierbar, da Kapazität nach Bedarf hinzugefügt werden kann.

Die Hauptnachteile von SANs sind Kosten und Komplexität. SAN-Hardware ist in der Regel teuer, und der Aufbau und die Verwaltung eines SAN erfordern spezielle Fähigkeiten.

SAN vs. NAS

Die Begriffe SAN und NAS werden manchmal mit einander verwechselt, weil die Akronyme ähnlich sind. Network-Attached Storage (NAS) besteht aus einer Speicher-Appliance, die direkt in einen Netzwerk-Switch eingesteckt wird. Obwohl es Ausnahmen gibt, werden NAS-Appliances häufig als Dateiserver eingesetzt, während SANs für strukturierte Daten verwendet werden, die in Datenbanken gespeichert sind.

Abbildung 1: NAS und SAN im Vergleich.
Abbildung 1: NAS und SAN im Vergleich.

Ein SAN ist weitaus komplexer und kostspieliger als NAS. Ein SAN besteht aus einer dedizierten Verkabelung - normalerweise Fibre Channel, aber Ethernet kann in iSCSI- oder FCoE-SANs verwendet werden -, dedizierten Switches und Speicherhardware. SANs sind hoch skalierbar und ermöglichen es, Speicher als LUNs offenzulegen.


Das kurze Video erklärt die
Unterschiede zwischen SAN und NAS.

Im Gegensatz dazu stellt ein NAS normalerweise den Speicher als Dateisystem dar, obwohl einige NAS-Geräte Blockspeicherung unterstützen.

Wichtige Anbieter und Produkte

Der SAN-Anbietermarkt hat sich stark konsolidiert und wird nun von einigen der größten IT-Unternehmen dominiert.

Im September 2016 schloss Dell eine Übernahme von EMC im Wert von über 60 Milliarden US-Dollar ab - die größte IT-Übernahme aller Zeiten. EMC war der Marktführer im Bereich Storage-Arrays, und Dell EMC erzielt nun den größten Umsatz und verfügt über das breiteste Portfolio an Speichersystemen. Die EMC-Speichersysteme von Dell umfassen jetzt VMAX-, Unity- und XtremIO-SAN-Arrays der alten EMC und Compellent von Dell.

Der Server-Rivale von Dell, Hewlett Packard Enterprise (HPE), hat sein SAN-Produktportfolio ebenfalls durch Übernahmen vervollständigt. HPE erwarb Nimble Storage im Jahr 2017 für 1,2 Milliarden Dollar, nachdem HPE im Jahr 2010 3PAR für 2,35 Milliarden Dollar erworben hatte. Die Produktlinien 3PAR und Nimble sind jetzt die wichtigsten SAN-Array-Plattformen von HPE.

NetApp ist der größte Storage-Only-Anbieter, der nach der Fusion von Dell mit EMC übrig geblieben ist. NetApp begann 1992 als Network Appliance und gehörte zu den frühen NAS-Anbietern. Die FAS (Fabric-Attached Storage)-Plattform wurde 2002 um Block-Storage-Funktionen erweitert, und FAS-Arrays sind jetzt mit FC-, iSCSI- oder NAS-Konnektivität oder einer beliebigen Kombination dieser drei Möglichkeiten erhältlich.

IBM und Hitachi Vantara - ehemals Hitachi Data Systems - sind die anderen großen Anbieter von SAN-Arrays. IBM und Hitachi konzentrieren sich hauptsächlich auf große Unternehmen und Mainframe-attached Storage, obwohl sie ihr Portfolio um Flash-Arrays für offene Systeme erweitert haben. Hitachi Vantara positioniert seine Speicher-Arrays so, dass sie sich auf Internet of Things (IoT)-Daten konzentrieren.

Switching- und HBA-Anbieter haben sich ebenfalls konsolidiert. Broadcom schloss seine 5,9 Milliarden Dollar teure Übernahme des FC-Switch-Anbieters Brocade im November 2017 ab. Der größte FC-Rivale von Brocade ist Cisco, der auch im Bereich der Ethernet-Netzwerke führend ist.

Der Brocade-Deal kam zwei Jahre nach der Übernahme des HBA-Verkäufers Emulex durch Broadcom - damals unter dem Namen Avago bekannt - für 606 Millionen Dollar im Jahr 2015 zustande. Cavium erwarb Emulex' wichtigsten HBA-Konkurrenten QLogic für eine Milliarde Dollar im Jahr 2016 und betreibt QLogic als hundertprozentige Tochtergesellschaft.

SAN-Technologiestandards

Mehrere Industriegruppen haben Standards in Bezug auf die SAN-Technologie entwickelt, darunter die Storage Networking Industry Association (SNIA), die die Storage Management Initiative Specification (SMI-S) fördert. SMI-S soll die Verwaltung von Speichergeräten verschiedener Hersteller in Speichernetzwerken erleichtern.

Die Fibre Channel Industry Association (FCIA) fördert auch Standards im Zusammenhang mit SAN, einschließlich des Fibre Channel Physical Interface (FC-PI-7)-Standards, der die Bereitstellung von 64 GFC- und Gen 7-Lösungen für den SAN-Markt unterstützt, dem schnellsten Netzwerkprotokoll nach Industriestandard, das Storage Area Networks mit bis zu 128 GFC ermöglicht.

Diese Definition wurde zuletzt im April 2020 aktualisiert

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