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Object Storage wird zur Alternative für Network Attached Storage

Object Storage wird zur Konkurrenz für Network Attached Storage (NAS). Sie bietet Skalierbarkeit, Sicherheit und einfaches Management.

Object Storage ist die neue Alternative zu traditioneller File-Storage. Sie lässt sich besser skalieren und verbessert durch erweiterte Metadaten potentiell das Daten-Management. Bis vor kurzem allerdings war Object Storage eine Nischentechnologie. Gleichzeitig wurde sie eine der Grundlagen für Cloud-Storage.

Das schnelle Wachstum der Datenmengen, die Verbreitung großer Data Lakes in Unternehmen, wachsende Nachfrage nach privater und hybrider Cloud-Storage und mehr Bedarf nach skalierbarer und programmierbarer Speicherinfrastruktur bringen Object Storage aus der Nische in den Mainstream.

Die Zahl an Angeboten für Object Storage wächst, und zwar sowohl von großen Storage-Herstellern als auch von Startups. Dies zeigt die steigende Relevanz des Themas. Zudem eignet sich Objekt Storage auch für Anwendungsfelder, in denen bisher Network Attached Storage (NAS) eingesetzt wurde. Manche Anbieter von Object Storage positionieren ihre Produkte als sinnvolle Alternative zu NAS.

Um die Begrenzungen traditioneller File- und Block-Storage-Systeme zu überwinden und so zuverlässig und kosteneffizient größte Datenmengen zu unterstützten, bietet  Object Storage Vorteile bei Skalierbarkeit, Resilienz, Zugriffstechnologien, Sicherheit und Management.

Skalierbarkeit ist eine Schlüsselfunktion

Komplexität und extreme Skalierbarkeit passen schlecht zusammen. Object Storage nutzt einfache, aber für die Skalierbarkeit unerlässliche Techniken, um hier die bisherigen Maßstäbe zu sprengen.

Erstens skalieren Object-Storage-Systeme Kapazität, Verarbeitung und Netzwerkressourcen horizontal, indem dem Gesamtsystem neue Knoten hinzugefügt werden. Während einige Produkte aus Multifunktionsknoten mit einem kompletten Funktionsportfolio bestehen, also Zugriff, Speicherung und Steuerung innerhalb eines Knotens abwickeln, gibt es andere Systeme, die spezielle Knotentypen besitzen. IBM Cleversafe, OpenStack Swift und Red Hat Ceph beispielsweise unterscheiden zwischen Zugangs- und Speicherknoten. Im Gegensatz dazu führt jeder Knoten bei Caringo Swarm 8 oder EMC Elastic Cloud Storage (ECS) alle Storage-Funktionen aus.

File-Level-Storage hat eine hierarchische Struktur, aber Object Storage ist flach aufgebaut. Sie hat nur einen einzigen Namespace, in dem alle Objekte durch einmalige Objektkennungen angesprochen werden. Deswegen ist sie hochskalierbar. „Mit 1038 verfügbaren Objektkennungen pro Vault unterstützen wir einen Namespace im Yottabyte-Bereich. Dabei lässt sich jedes Objekt in 4-MB-Segmente unterteilen. Unsere größten Installationen haben heute mehr als 100 PByte Kapazität und wir arbeiten daran, unsere Kapazität über die Exabyte-Grenze ausdehnen“, sagt Russ Kennedy, SVP Product Strategy and Customer Solutions bei der IBM-Firma Cleversafe.

Zudem weisen die Anbieter von Object Storage darauf hin, dass ihre Systeme eine bessere Alternative für die bei File-Storage üblichen Zugriffsbegrenzungs- und Sicherungsmechanismen bieten. Diese Funktionen sollen mehrere parallele Datenaktualisierungen (mit der Versionierung von Objekten bei Aktualisierungen) verhindern. Die Hersteller von Object Storage bieten Funktionen wie Rollback und Undelete sowie der Fähigkeit, auf frühere Objektversionen zuzugreifen. Schließlich ersetzen Object-Storage-Systeme die begrenzten und rigiden Dateisystemattribute der bisherigen File-Storage durch anpassbare Metadaten, die nicht nur allgemeine Objektcharakteristiken erfassen, sondern auch anwendungsspezifische Informationen enthalten können.

Object Storage sind widerstandsfähiger

Traditionelle Block- und File-Storage-Systeme stoßen an Kapazitätsgrenzen. Ein Paradebeispiel ist Data Protection. Es ist ganz einfach unrealistisch, ein Backup von hunderten Petabytes an Daten mit konventionellen Verfahren zu erstellen. Object Systeme wurden so entwickelt, dass sie keine Backups brauchen. Stattdessen speichern sie die Daten ausreichend redundant, so dass niemals Daten verlorengehen, sogar dann nicht, wenn mehrere Komponenten der Object-Storage-Infrastruktur ausfallen.

Eine Methode besteht darin, mehrere Kopien von Objekten zu halten (Replikation). Allerdings hat Replikation den Nachteil, dass sie viel Kapazität erfordert. Beispielsweise benötigen sechs Replikationen sechsmal so viel Kapazität wie die Daten, die eigentlich geschützt werden sollen. Deswegen setzt Object Storage auf die effizientere Data Protection Methode mit Erasure Coding. Dieses Verfahren setzt auf fortschrittliche Mathematik, um zusätzliche Informationen zu erzeugen, mittels derer sich die Daten aus einer Untermenge der Originaldaten wieder herstellen lassen. Dies funktioniert ähnlich wie die Fähigkeit von RAID 5, Originaldaten aus den übrigen Laufwerken außer einem ausgefallenen wieder zu erzeugen. Der Resilienzgrad ist in aktuellen Object-Storage-Systemen meist konfigurierbar. Je höher das Resilienzniveau, desto mehr Storage-Kapazität wird benötigt.

Erasure Coding spart Speicherkapazität, beeinträchtigt aber die Leistung, besonders, wenn das Verfahren über geografisch verteilte Knoten hinweg angewandt wird. „Obwohl wir geografisch verteiltes Erasure Coding innerhalb eines Rechenzentrums unterstützen, bietet  Replikation zwischen Rechenzentren häufig das beste Verhältnis zwischen Leistung und Kapazität“, sagt Paul Turner, Chief Marketing and Product Officer bei Cloudian. Da sich Erasure Coding bei großen Objekten am meisten auszahlt, empfehlen manche Anbieter Data Protection Policies, die auf der Objektgröße basieren. EMC ECS verwendet lokal Erasure Coding und repliziert zwischen Rechenzentren, kombiniert letzteres aber mit Datenreduktion. Das führt zu einer übergreifenden Reduktionsrate, die der von geografisch verteiltem Erasure Coding entspricht, allerdings ohne die damit verbundenen Leistungseinbußen.

Für große, geografisch verteilte Object-Storage-Systeme ist es wichtig, Probleme zu entdecken und, wenn möglich, zu korrigieren. Die kontinuierliche Überwachung von Speicherknoten, die automatische Verschiebung betroffener Daten und Selbstheilungs- sowie Selbstkorrekturfähigkeiten ohne menschliches Eingreifen sind erforderliche Funktionen, um Datenverlusten vorzubeugen und kontinuierliche Verfügbarkeit sicherzustellen.

Datenzugriff mit standardisierten Methoden

Auf Object Storage wird mittels einer HTTP RESTful-Schnittstelle zugegriffen, um die verschiedenen Storage-Funktionen auszuführen. Jedes Produkt verwendet proprietäre Schnittstellen. Alle Hersteller unterstützen daneben auch die Amazon Simple Storage Service (S3)-Schnittstelle, die sich zum de-facto-Standard entwickelt hat. S3 bietet mehr als nur einfaches PUT, GET oder DELETE und unterstützt komplexe Storage-Prozesse.

Allerdings muss man wissen, dass die meisten Anbieter von Objekt Storage nicht den  kompletten Leistungsumfang von S3 unterstützen. Es ist notwendig, die Begrenzungen der jeweiligen S3-Implementierung zu verstehen, um die Unterstützung möglichst vieler Anwendungen sicherzustellen. Neben Amazon S3 unterstützen die meisten Anbieter auch das OpenStack Swift Application Programming Interface (API).

Object-Storage-Systeme bieten gewöhnlich Unterstützung für verschiedene File-System-Protokolle, allerdings unterscheiden sich die Implementierungen von Produkt zu Produkt. Beispielsweise bietet EMC ECS geografisch verteilte Aktiv-Aktiv-Unterstützung für NFS. Mit den Konsistenzfunktionen von ECS entsteht so ein ziemlich gutes geografisch verteiltes NAS-System. Scality bietet eine ähnliche Leistung wie das NAS-System wie EMC Isilon. NetApp StorageGRID Webscale arbeitet mit beiden Protokollen, Daten werden jeweils als Objekt und als Datei vorgehalten.

Andere Object-Storage-Produkte unterstützen File-Systeme durch eigene oder von Drittherstellern erstellte Cloud Storage Gateways. Beispiele für Anbieter solcher Gateways sind Avere, CTERA Networks, Nasuni und Panzura. Caringo Swarm und EMC ECS haben Schnittstellen für Hadoop HDFS, so dass Hadoop direkt auf Daten im Object Storage zugreifen kann. HGST Active Archive System und Cloudian bieten S3-konforme Konnektoren, so dass Apache Spark und Hadoop Object Storage als Alternative zu HDFS verwenden können.

Sicherheit durch Verschlüsselung

Service-Provider nutzen Object Storage häufig als Grundlage für ihre Public-Cloud-Storage. Obwohl die Verschlüsselung von Daten auf dem Speichersystem und während der Übertragung immer sinnvoll ist, wird sie  bei Public Cloud Storage unverzichtbar. Die meisten Object Storage Angebote unterstützen sowohl die stationäre als auch die Verschlüsselung beim Transport. Sie verwenden Verfahren, bei denen die Verschlüsselung der gespeicherten Daten möglichst wenig aufwändig abläuft: Die Schlüssel werden dynamisch generiert und in der Nachbarschaft verschlüsselter Objekte aufbewahrt, so dass man kein separates Schlüssel-Management-System benötigt.

Cloudian HyperStore und HGST Active Archive System unterstützen von den Kunden verwaltete Schlüssel neben Schlüsseln auf dem Server, so dass Cloud Server Provider ihren Kunden optional die Möglichkeit bieten können, ihre eigenen Schlüssel zu verwalten. Caringo Swarm, DDN WOS und Scality RING unterstützen derzeit noch keine at-Rest-Verschlüsselung. Sie verlassen sich auf applikationsinterne Verschlüsselungsmechanismen, die aktiv werden, bevor die Daten in den Object Storage geschrieben werden.

Anwender, die auf den Object Storage zugreifen, können sich häufig mit LDAP (Lightweight Directory Authentication Protocol) und AD (Active Directory) authentifizieren. Seltener findet man die AWS v2- oder v4-Authentisierungsmechanismen, um den Zugriff auf Vaults und die Objekte in ihnen zu eröffnen. Ob sie vorhanden sind, ist daher ein wichtiges Evaluierungskriterium bei der Auswahl eines geeigneten Object Storages.

Object Storage minimiert Management

Object Storagesysteme wurden dafür entwickelt, die menschlichen Eingriffe von IT-Administratoren zu verringern. Sie verwenden dafür Automatisierung, Regelsysteme und Selbstkorrekturfähigkeiten. „Mit dem Cleversafe-System können Speicher-Administratoren 15mal so viel Speicherkapazität verwalten als beim Einsatz konventioneller Lösungen“, behauptet Kennedy.

Object Storage ist für permanente Verfügbarkeit ohne Ausfälle konzipiert, und alle Verwaltungsaufgaben lassen sich ohne Unterbrechung des laufenden Betriebes durchführen. Das gilt für Upgrades, Hardwarewartung und Aktualisierung bis zu Kapazitätserweiterungen und den Wechsel des Rechenzentrums. Policy Engines können das Systemverhalten automatisch steuern. Beispielsweise können sie festlegen, wann Replikation statt Erasure Coding verwendet werden soll, unter welchen Umständen sich die Zahl der Replikate ändern muss, um Belastungspitzen abzufangen, und welchen Rechenzentren welche Objekte zugeordnet werden. Diese Zuordnung erfolgt auf Basis der entsprechenden Metadaten.

Kommerzielle Lösungen werden meist mit Management-Werkzeugen, technischer Unterstützung und Dienstleistungen für Unternehmen angeboten, um sie durchgehend in Betrieb zu halten. Bei der Open-Source-Lösung OpenStack Swift ist mehr Eigenarbeit nötig. Firmen, die nicht die internen Ressourcen haben, OpenStack Swift zu implementieren und zu verwalten, bietet SwiftStack eine unternehmenstaugliche Variante an, die mit Clustering- und Management-Tools, Integrationsleistungen und Support rund um die Uhr ausgestattet ist.

Zusammenfassung

Object Storage befindet sich zweifellos im Aufwind. Durch die Skalierungsfähigkeit und den Zugriff über Schnittstellen sind sie für viele Einsatzszenarien geeignet, bei denen traditionelle Speichersysteme nicht wettbewerbsfähig sind. Object Storage entwickelt sich auch zunehmend zur Alternative zu NAS. Manche Anbieter behaupten sogar, dass ihre Systeme bereits genau so viel leisten wie NAS-Lösungen.

Durch die steigende Anzahl an Produkten wird es allerdings schwerer, das passende System auszuwählen. Die Funktionen für anwenderspezifischen Einsatzzwecke, Kosten sowie der Ruf und die Überlebensfähigkeit des Herstellers sollten berücksichtigt werden. Die Technologie ist immer noch recht neu und entwickelt sich rasch weiter. Deshalb ist es sehr empfehlenswert, Kundenreferenzen und (wenn möglich) Proof-of-Concepts, also Testinstallationen, zu prüfen, bevor eine endgültige Investitionsentscheidung fällt.

((Tabelle))

Übersicht der Anbieter von Object Storage

Produkt

Varianten

Besonderheiten

Caringo Swarm 8

Softwaredefiniert, wird nur als Software ausgeliefert, läuft auf Standard-Hardware.

Vorintegriert mit Elasticsearch für die schnelle Objektsuche.

IBM Cleversafe

Softwaredefiniert, wird nur als Software ausgeliefert, läuft auf Standard-Hardware.

Mehrschichtige Architektur ohne zentrale Server.

Extrem skalierbar durch Peer-to-Peer-Kommunikation zwischen Speicherknoten.

Cloudian HyperStore

Softwaredefiniert, wird als schlüsselfertig integrierte Appliance oder als Software ausgeliefert, die auf Standard-Hardware läuft.

Speichert Metadaten und Objekte gemeinsam und gleichzeitig zu Beschleunigungszwecken in verteilter NoSQL-Datenbank Cassandra.

DDN WOS Object Storage Plattform

Softwaredefiniert, wird als schlüsselfertig integrierte Appliance oder als Software ausgeliefert, die auf Standard-Hardware läuft.

Konfiguration beginnt schon bei einem Knoten.

Skaliert bis in Dimensionen von Hunderten Petabytes.

EMC Elastic Cloud Storage (ECS)

Softwaredefiniert, wird als schlüsselfertig integrierte Appliance oder als Software ausgeliefert, die auf Standard-Hardware läuft.

Stellt hocheffizient strenge Konsistenz beim Zugriff auf geografisch verteilte Objekte sicher.

Design auf geografische Verteilung optimiert.

Hitachi Content Platform

Softwaredefiniert, wird als schlüsselfertig integrierte Appliance, als Software für Standard-Hardware oder als von HDS gehosteter Maneged Service angeboten.

Extreme Dichte: Ein einziger Cluster fasst bis 800 Millionen Objekte und 497 Petabyte adressierbare Kapazität.

Integriertes Portfolio: HCP Cloud Storage; HCP Anywhere File Sync & Share, Hitachi Data Ingestor (HDI) für Zweigstellen und Niederlassungen.

HGST Active Archive System

Softwaredefiniert, wird als schlüsselfertiges Racksystem geliefert.

Verwendet HGSTs Helium-gefüllte Festplatten für optimale Energieeffizient, Zuverlässigkeit und Kapazität.

NetApp StorageGRID Webscale

Softwaredefiniert, wird als Software-Appliance oder schlüsselfertig integriertes System geliefert.

Speichert Metadaten einschließlich der physischen Lokalisierung der Objekte in einer verteilten NoSQL-Cassandra-Datenbank.

Red Hat Ceph

Softwaredefiniert, wird nur als Software ausgeliefert, läuft auf Standard-Hardware.

Basiert auf  Reliable Autonomic Distributed Object Store (RADOS).

Bietet starke Schreib-Konsistenz.

Scality Ring

Softwaredefiniert, wird nur als Software ausgeliefert, läuft auf Standard-Hardware.

Speichert Metadaten in einer kundenspezifisch entwickelten verteilten Datenbank.

Soll laut Hersteller bei Einsatz als NAS so viel leisten wie EMC Isilon.

SwiftStack Object Storage System

Softwaredefiniert, wird nur als Software ausgeliefert, läuft auf Standard-Hardware.

Basiert auf OpenStack Swift.

Unternehmenstaugliches Angebot von Swift mit Cluster- und Management-Werkzeugen sowie 24*7-Support.

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Nächste Schritte

Object Storage oder Network Attached Storage – die Qual der Wahl.

Object Storage etabliert sich neben traditionellem Block und File.

Die häufigsten Einsatzszenarien für Object Storage.

Open Source Object Storage richtig bewerten.

Artikel wurde zuletzt im September 2016 aktualisiert

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