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Die Architekturen von NAS, SAN und Objekt-Storage in der Übersicht

In den Architekturen von Network-Attached-Storage (NAS), Storage-Area-Networks (SAN) und Objekt-Storage gibt es grundsätzliche Unterschiede.

Es gibt mittlerweile drei valide Optionen für Storage-Architekturen: Network-Attached-Storage (NAS), Storage-Area-Networks (SAN) und Objekt-Storage.

Architekturen in der Übersicht

Was sind nun die Charakteristika dieser drei Möglichkeiten und für welche Einsatzzwecke sind sie geeignet? Grundsätzlich ist die Unterscheidung einfach: NAS verarbeitet Dateien, SAN Blöcke und Objekt-Storage Objekte. Aber wie sieht die Sache im Detail aus? 

Früher lautete die Alternative SAN oder NAS, aber durch das Aufkommen der vor allem in der Cloud populären Objekt-Storage ist dies nicht mehr so eindeutig. Einige Hersteller bieten mittlerweile SAN- oder NAS-Arrays, die im Backend Objekt-Storage verwenden.

NAS im Detail

Beginnen wir mit NAS: NAS ist eine Methode für den Fernzugriff auf Dateien. Der Dateizugriff erfolgt auf ein anderes Gerät mittels Übertragungsprotokollen wie CIFS oder NFS. Dieses andere Gerät funktioniert als eine Art eigener Server mit eigenem Dateisystem und übernimmt den Datei-Input/-Output (I/O). Dadurch werden Datei-Freigaben und die Zentralisierung von Daten-Management möglich. NAS macht Anfragen nach einem Datei-I/O am Ende zu einem Block-Zugriff für die angeschlossenen Storage-Geräte.

Am besten geeignet ist NAS für geteilte Dateien (shared Files). Die größte Stärke liegt im einfachen Zugriff und Management dieser geteilten Dateien.

Der Dateizugriff entspricht der auf dem PC des Anwenders vorhandenen hierarchischen Dateistruktur, bei der Dateien Ordnern zugewiesen sind. Die File I/O schreibt Dateien so, wie es der Anwender gewohnt ist. Das hat eine Reihe von Vorteilen: Mit NFS und CIFS kann der Nutzer erstens genauso wie am PC Ordner kopieren oder verschieben. Zweitens ist das Management einfach.

Weil NAS direkt mit dem Netzwerk verbunden ist, sieht der Anwender es als einfaches Netzwerkgerät. Das NAS hat ein eigenes Betriebssystem, das das Lesen und Schreiben der Dateien übernimmt.

SAN unter der Lupe

Bei SAN geht es um die Verarbeitung von Dateiblöcken. Es handelt es sich um in einer Fabric (meist ein Switch oder ein Director) vernetztes Storage, so dass ein leichter Zugriff darauf von unterschiedlichen Servern aus möglich ist. Aus Sicht von Serveranwendungen und Betriebssystem gibt es keinen erkennbaren Unterschied zwischen Zugriff auf Daten für die Speicherung in einem SAN oder direkt angeschlossenem Storage. Ein SAN unterstützt ebenso wie Direct-Attached Storage (DAS) Block-Zugriffe auf Daten. Für den Block-Zugriff kommt entweder das Fibre-Channel-Protokoll oder iSCSI zum Einsatz.

SAN behandelt jede Datei unabhängig von ihrer Größe als Ansammlung von kleinen Blöcken und verteilt zahlreiche Kopien dieser Blöcke auf die verschiedenen Geräte im System. Der Vorteil liegt in der größeren Zuverlässigkeit: Die Dateien sind auch noch vorhanden, wenn ein Laufwerk ausfällt. Auch der Zugriff ist schnell, weil immer zuerst auf die Blöcke zugegriffen wird, die am nächsten zum Nutzer sind.

Für den Anwender erscheint ein SAN als lokales Laufwerk, das vom PC-Betriebssystem angesprochen wird. Auch Software kann darauf in üblicher Weise installiert werden.

Bei der Geschwindigkeit gibt es nur kleine Unterschiede zwischen NAS und SAN. Grundsätzlich ist Ethernet etwas langsamer als Fabric, weil das Ethernet über eine TCP/IP-Verbindung angesprochen wird. Deswegen hat Fabric einen schmalen Vorteil in der I/O Geschwindigkeit.

Die neue Alternative Objekt-Storage

Objekt-Storage geht ähnlich wie NAS zunächst von Dateien aus, fasst diese aber dann zu großen Objekten mit zahlreichen Dateien zusammen und verwendet Metadaten, um diese zu identifizieren. Die Metadaten werden entweder von den ursprünglichen Daten zur Verfügung gestellt oder vom Betriebssystem der Objekt-Storage erzeugt. Objekt-Storage nutzt die Protokolle REST und SOAP over Http.

Objekt-Storage ist die langsamste Speicher-Methode und wird in erster Linie für Cloud-Storage verwendet. Aber neue Methoden zur Metadatenverwaltung und schnelle Flash-Laufwerke haben den ursprünglich großen Geschwindigkeitsunterschied zu NAS und SAN etwas schrumpfen lassen.

Objekt-Storage ist in erster Linie für relativ statische Daten geeignet, die selten verändert werden. Dazu zählen etwa große Video-Dateien in der Cloud. Die größten Vorteile liegen in der Skalierbarkeit und dem verteilten Zugriff.

Ausblick: NVMe kann Storage beschleunigen

Die neue Technologie nonvolatile Memory express over Fabric (NVMe oF) hat das Potential, den Storage-Markt zu revolutionieren, weil Flash-Laufwerke dann ihre Vorteile voll zur Geltung bringen können.

Bisher nutzen SSDs Protokolle wie SATA, die ursprünglich für Festplatten ausgelegt wurden. NVMe unterstützt dagegen Flash nativ. NVMe verbindet Flash Storage direkt mit dem Motherboard des Computers über einen PCI Express Bus.

Wenn man nun demnächst NVMe auch mit einer Fabric verbinden kann, ergeben sich neue Möglichkeiten für die Storage-Architektur. Die Entwickler von NVMe oF arbeiten derzeit an verschiedenen RDMA Zugriffsmethoden. Welche davon verwendet wird, ist noch nicht klar.        

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Artikel wurde zuletzt im März 2017 aktualisiert

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