Speichernetzwerk

Als Storage-Area-Network (SAN, dt. Speichernetzwerk) bezeichnet man im Bereich der Datenverarbeitung ein Netzwerk zur Anbindung von Festplattensubsystemen und Tape-Libraries an Server-Systeme.

Definition eines SAN

Ein Storage Area Network (SAN) unterscheidet sich von einem Local Area Network (LAN), indem es ein Netzwerk zwischen Servern und von den Servern genutzten Speicherressourcen darstellt. Der Datenverkehr in einem SAN besteht hauptsächlich in der Übertragung blockbasierter Daten. Blockbasierte Datenzugriffe werden in der Kommunikation zwischen Rechnern und deren Festplatten (ATA und SCSI) verwendet. Bei einem blockbasierten Datenaustausch werden durch den Rechner einzelne Datenblöcke von einer Festplatte angefordert (Beispiel: „Block 6001 von Festplatte 4“). Im Gegensatz dazu werden bei einem dateibasierten Datenaustausch über CIFS oder NFS ganze Dateien angefordert (beispielsweise: „Datei /home/user/readme.txt“) oder Ausschnitte aus Dateien. In den meisten SANs wird das SCSI-Kommunikationsprotokoll verwendet, das auf Fibre Channel (FC) oder iSCSI als Transport-Protokoll aufsetzt.

Ein Storage Area Network (SAN) ist eine Erweiterung von Direct Attached Storage (DAS). Während DAS eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einem Server und einem Daten-Speicher bildet, ermöglicht ein SAN die Anbindung mehrerer Server an mehrere Speicher-Systeme über ein Netzwerk.

Entwicklung und Funktionsprinzip

Das SAN wurde entwickelt, um dem Verwaltungsproblem dedizierter Festplatten in Server-Systemen bzw. Network Attached Storage-Systemen entgegenzuwirken, da bei diesen Systemen eine effiziente und flexible Nutzung der Speicherkapazität nur eingeschränkt möglich ist.

Ein weiteres Problem der Network-Attached-Storage-Systeme ist, dass diese zusätzlich das vorhandene LAN mit den Zugriffen auf die Daten belasten. Weiterhin ist das Ethernet, über das die Network-Attached-Storage-Systeme mit den Servern bzw. den Clients verbunden sind, mit seinen geringen Rahmengrößen und seinem dabei relativ großen Protokoll-Overhead nicht für den schnellen Zugriff auf Massenspeicher ausgelegt.

SANs werden heute meistens über Glasfaserkabel gebildet; das dabei eingesetzte System wird als Fibre Channel bezeichnet. Ein einfaches Storage-Area-Network besteht aus einem Fibre-Channel-Switch, einem oder mehreren Festplattensubsystemen und den Servern, die über so genannte Host Bus Adapter, kurz HBA, mit dem Fibre-Channel-Switch verbunden werden.

Sie arbeiten heute mit Übertragungsraten von bis zu 16 GBit/s. Da sie ein spezielles, an die Anforderung der Massenspeichernutzung angepasstes Protokoll verwenden, sind Übertragungsraten von theoretisch 1,6 GB/s möglich. Hinzu kommt das Konzept des Multi-Pathing, das im SAN konsequent verfolgt wird.

Schematische Darstellung eines SANs:

Dieses Beispiel-SAN besteht aus zwei Switches, die jeweils eine eigene Fabric bilden. Die Server sind mit jeweils einem Host Bus Adapter an jede Fabric angebunden, ebenso das Disk Array.

Virtualisierung

Ein großer Vorteil des SAN ist die Virtualisierung der vorhandenen Plattensubsysteme. Der verteilt vorhandene Massenspeicher kann virtuell wie eine einzige Festplatte behandelt werden. Den einzelnen Server-Systemen werden dann auf dieser virtuellen Festplatte Partitionen zugewiesen, die diese Server über die Host Bus Adapter wie eine eigene Festplatte einbinden können. Der vorhandene Speicherplatz kann so viel effektiver genutzt und zentral verwaltet werden, da es jederzeit im laufenden Betrieb möglich ist, die Größe des zugewiesenen Speicherbereichs für die Server im Storage Area Network zu ändern.

Desaster-Toleranz

Ein weiterer großer Vorteil von SANs ist ihre Desaster-Toleranz. So können alle wichtigen Elemente mehrfach (redundant) vorhanden sein. In einem typischen kleinen Storage Area Network wäre es denkbar, dass sich an zwei möglichst weit auseinanderliegenden Orten auf dem Betriebsgelände jeweils ein baugleiches Plattensubsystem befindet, jedes dieser Plattensubsysteme ist mit einem von zwei auch wieder getrennt installierten Switches verbunden. Die Server, wenn es sich nicht auch um verteilte Systeme handelt, verfügen zumindest über zwei Host Bus Adapter. Von den beiden Host-Bus-Adaptern eines Rechners ist jeder mit einem der beiden Switches verbunden.

Im oberen Beispiel wäre nun ein Ausfall einzelner Leitungen, eines Switches oder sogar eines Plattensubsystems ohne Beeinträchtigung der Gesamtsystemleistung denkbar.

In größeren Systemen werden auch die Server-Systeme redundant vorgehalten, und häufig befinden sich die redundanten Komponenten auf einem anderen weiter entfernten Gelände. Zum permanenten Abgleich der Daten auf den Plattensubsystemen werden dann Standleitungen im Bereich von 1 GBit/s bis 9 GBit/s verwendet. Grundlage für eine SAN-Vernetzung im WAN-Bereich bilden meist Glasfasernetze, die oftmals, um eine bessere Faserausnutzung zu erlangen, mit Wavelength Division Multiplex (WDM)-Systemen beschaltet werden, die die entsprechenden Protokolle wie Fibre Channel oder Gigabit Ethernet über sehr weite Entfernungen transportieren können. Zu beachten ist hier jedoch die Latenz, die bei Übertragungen über größere Distanzen eine große Rolle spielt.

Probleme

Auch heute noch, nachdem sich das SAN in vielen Bereichen etabliert hat, ist eine vollständige Kompatibilität zwischen den Komponenten aller Hersteller nicht garantiert. Beim Einsatz neuer Komponenten müssen diese daher kosten- und zeitaufwändig auf die Verträglichkeit mit den bestehenden Komponenten geprüft werden. Viele Anwender haben sich daher in ihren Storage-Area-Networks auf die Komponenten eines einzelnen Herstellers festgelegt, um diese Komplikationen zu umgehen. Die Storage Networking Industry Association ist eine Initiative verschiedener Hersteller, die solchen Problemen durch einheitliche Standards entgegenwirken wollen.

Siehe auch

• Network Attached Storage (NAS)
• Direct Attached Storage (DAS)
• iSCSI
• Fibre Channel (FC)
• Buffer Credits
• ATA over Ethernet (AoE)

Literatur

• Ulf Troppens, Rainer Erkens: Speichernetze. dpunkt, Heidelberg 2002. ISBN 3-89864-135-X
• Björn Robbe: SAN – Storage Area Network. Hanser Fachbuchverlag, München 2004. ISBN 3-446-22597-8

Weblinks

• "SAN – Kurz erklärt"
• "SAN – Grundlagen, Hard- und Software (auch für Einsteiger)"
• Website zum Buch „Speichernetze“