Storage Area Network (SAN)

Massenspeicher : Speicherarchitekturen :  Storage Area Network (SAN): Übersicht
25-Okt-2001/10-Jan-07

Übersicht

Bei konventionellen, filebasierten Speicherarchitekturen wie Network Attached Storage (NAS) und Server Attached Storage (SAS) werden sämtliche Daten über das LAN bzw. WAN transportiert; eine Datensicherung über einen dedizierten Backup-Server kann ein 100-MBit/s- LAN komplett auslasten.

Als Alternative wurde die blockorientierte Speicherarchitektur Storage Area Network (SAN) entwickelt; dabei handelt es sich um ein dediziertes Speichernetzwerk. Im Gegensatz zu NAS ermöglicht SAN, den Informationsfluss mit der gesamten Umgebung zu teilen, das heisst zwischen den Rechnern und den Speichereinheiten und schliesslich zwischen den Speichereinheiten selbst. So lassen sich Speichereinheiten von allen am SAN angeschlossenen Rechnern ansprechen. Ähnlich wie in LAN- Netzwerken (Ethernet, FDDI, ATM und Token Ring) gibt es auch beim SAN unterschiedliche Topologien, um ein solches Storage Area Network aufzubauen.

Storage Area Networks sind besondere Speichernetzwerke, die Server und Speichersysteme über Breitbandnetzwerke verbindet. In diesem Netzwerk spielt es zunächst prinzipiell keine Rolle, welches Betriebssystem auf einem Server installiert ist. Das heisst, es können mehrere unterschiedliche Server auf verschiedene Speicher- Subsysteme in einem Netzwerk zugreifen. Im Prinzip kann ein SAN mit zwei Kabeln aufgebaut werden. Die SCSI-Technologie ist die bekannteste Art, ein SAN in der einfachsten Form aufzubauen. Wegen der grossen Einschränkungen wie Gerätenanzahl, Distanzen, Terminierung etc. ist die Fibre-Channel- Technologie allerdings das für SANs heute normalerweise eingesetzte Kommunikationsmedium. Durch die Eigenschaften von Fibre Channel eignet sie sich hervorragend als Medium. Die Anforderungen eines SANs sind

• eine garantierte Bandbreite (Netzwerkgeschwindigkeit) sowie
• geringe Fehlerraten (1 Fehler in 10⁹, d. h. ein Fehler in der Sekunde).

Fibre Channel bietet u.a. folgende Vorteile:

• 400 MB/s Datendurchsatz
• 2.0625 Gbit Bandbreite
• 16 Millionen Geräte können angesprochen werden
• serielle Verbindung 8/10-bit-Encoding
• Hardware-basierendes Anschlussprotokoll zwischen den Schnittstellen
• flexible Kabelkonfiguration, Kupfer und Glasfaser, Distanz bis 10 km
• einfach anzuschliessen, keine Terminierung
• Frame-gestützte Technologie basierend auf FDDI (FDDI-Prüfsummen)

Im Moment wird an den Datentransferraten des Fibre Channels gearbeitet, so dass schon in naher Zukunft die Datentransferraten auf 2 GBaud und 4 GBaud gesteigert werden.

Durch das SAN kann das LAN entlastet werden, da der gesamte Informationsaustausch in diesem Speichernetzwerk abgewickelt wird. Wenn man Backup-Laufwerke auch an das SAN und nicht an das LAN anschliesst, kann man mit entsprechender Software eine weitere Entlastung erreichen. Dies ermöglicht eine einfachere Verwaltung der Systeme und höhere Datentransferraten. Ein Storage Area Network bietet die ideale Möglichkeit die gesamten Informationen zu zentralisieren.

SANs eignen sich für zentral verwaltete Datenpools wie Datenbanken.

SANs haben in kleineren und mittlerwen Unternehmen mit weniger als 1.000 Mitarbeitern nur eine geringe Bedeutung; nach einer IDC- Umfrage nutzen weniger als zehn Prozent dieser Unternehmen SAN- Technologie und 70 Prozent planen auch keinen Einsatz eines SAN.

SAN-Topologien

Punkt-zu-Punkt-Verbindung.

Die unkomplizierteste Art, ein Storage Area Network aufzubauen, ist die Punkt-zu-Punkt- Verbindung über Fibre Channel. Sie verbindet zum Beispiel ein RAID-System mit einem Rechner.

Man benötigt hierfür nur einen Hostadapter (HBA), ein Kabel und ein Fibre-Channel-Subsystem (RAID etc.) und als Abschluss einen Loopback Plug, der den internen Loop wieder schliesst. Durch die einfache Kabelverbindung ist diese Installation wesentlich einfacher als SCSI.

Ringtopologie.

Ein grösseres System wird über Switches oder Hubs in Form der Ringtopologie aufgebaut. Diese Ringtopologie wird FC-AL genannt und verbindet mehrere Rechner mit mehreren Speichereinheiten. Der FC-AL (Fibre Channel- Arbitrated Loop) ermöglicht eine Zuteilung der Geräte, Leitungen und Benutzerzeiten.

Fibre Channel benötigt nicht zwingend ein Lichtwellenleiter, sondern kann auch mit einem einfachen Kupferkabel realisiert werden. Der einzige Nachteil ist die geringere Distanz, die mit Kupfer überbrückt werden kann (ca. 30 m).

SAN-Software

Um die Daten auf SAN- Speichereinheiten teilen zu können, wird eine spezielle SAN-Software benötigt, die ein File- Sharing auf den Speicher-Subsystemen ermöglicht. Jedes System, unabhängig vom Betriebssystem, kann somit zu jeder Zeit auf jede Speichereinheit zugreifen und die Daten abrufen. Man spricht deshalb auch von einem SAN- Betriebssystem, das aber auf dem "normalen" Betriebssystem aufgesetzt ist.

Firmen wie Veritas, Mercury oder SANergy bieten SAN-Software, die innerhalb des Speichernetzwerkes Spiegelungen erstellen, synchronisieren und im Fehlerfall die gespiegelte Speichereinheit aktivieren, während die Applikationen online sind. Die Software ermöglicht ein unterbrechungsfreies, dynamisches Verändern des Applikationsvolumens. Des Weiteren erlaubt die Software eine Zuweisung von Speichereinheiten oder einer Gruppe von Speichereinheiten und einem Server.

Einige SAN-Software-Applikationen unterstützen Clustering, um eine verbesserte Datenverfügbarkeit innerhalb des Speichernetzes zu gewährleisten. Bei Clustering sind die Speichereinheiten keinem Server explizit zugeordnet, ausser wenn dies über Rechte konfiguriert wurde, so dass bei einem Serverausfall die Speichereinheit über Backup-Pfade trotzdem erreichbar ist oder einem anderen Server zugeordnet wird.

Die SAN-Software von Veritas unterstützt beispielsweise folgende Datenbanken:

• Oracle 8.x, 8I,
• Sybase x.x,
• Informix x.x,
• SAP,
• Microsoft Exchange-, IIS- und SQL-Server,
• Lotus Notes,
• Checkpoint Firewall 1.

Es wird also nicht zwingend eine Software benötigt, um ein funktionierendes SAN-Netzwerk aufzubauen. In diesem Fall müssen nur die entsprechenden Verbindungen zwischen Rechnern und Speichereinheiten hergestellt werden. Die Speichereinheiten werden schliesslich dem Rechner über das Betriebssystem zugewiesen. Dazu reichen die Standardwerkzeuge, die in den jeweiligen Betriebssystemen fest integriert sind, völlig aus. Weitergehende Funktionen erfordern eine zusätzliche Software.

Firmen, die mit sehr hohen Datenkapazitäten zu tun haben oder in Planung sind, sollten sich auf jeden Fall mit dieser Thematik befassen, da für diese Technologie eine komplett neue Struktur notwendig ist.

Quellen und Literatur

Lange Leitung
Fibre Channel auf dem Weg in PC-Server
Harald Bögeholz
arbitrated loop, FC-AL, Barracuda, Emulex LightPulse, Raidtec FibreArray,
Storage Area Network, SAN
c't 9/97, S. 254 (bo)

Neuer Anlauf
Fibre Channel auf dem Vormarsch
Dr. Sabine Cianciolo
aktuell, Fibre Channel, Netzwerke, Network Attached Storage, Storage Area
Networks, SCSI, Fibre Channel
c't 21/98, S. 70 (jk)

Transtec, Computerwoche fokus 02/03 u.a.