Storage

Was ist Network-Attached Storage?

Network-attached Storage (NAS) ist eine Speicherarchitektur auf Dateiebene, bei der einer oder mehr Server mit dedizierten Festplatten für die Speicherung von Daten sowie ihre Teilung mit vielen Clients in einem Netzwerk verwendet werden. NAS ist eine von drei wichtigen Speicherarchitekturen – die beiden anderen sind Storage Area Networks (SAN) und Direct-Attached Storage (DAS) – und dabei die einzige, die inhärent vernetzt und für die gesamte Storage eines Netzwerks zuständig ist.

Vergleichen Sie NAS mit den gängigen Speichervolumina wie PC-Festplatten, externe Laufwerke, CDs oder USB Flash Drives. Wie auch bei anderen Speichervolumina lassen sich mit der NAS-Architektur dateibasierte Daten speichern und teilen. Im Gegensatz zu Festplatten, externen Laufwerken, CDs oder USB Flash Drives aber können Sie mit NAS nicht nur ein, sondern mehrere Geräte gleichzeitig unterstützen.

NAS-Einheiten sind auf die Bereitstellung von Daten in Dateiform konzipiert. Obwohl Sie technisch gesehen auch allgemeine Serveraufgaben übernehmen können, werden mit NAS-Einheiten in erster Linie Softwareanwendungen ausgeführt und Berechtigungen gehandhabt. Aus diesem Grund verfügen Sie über kein vollständiges Betriebssystem. Die meisten NAS-Einheiten integrieren ein eingebettetes, abgespecktes Betriebssystem, das auf die Datenspeicherung und -anzeige ausgerichtet ist.

Die Anzeige der Dateien erfolgt mit standardmäßigen dateibasierten Protokollen, wie Network File System (NFS), Server Message Block (SMB), Common Internet File System (CIFS) bzw. Apple Filing Protocol (AFP), also Protokollen zur Kommunikation mit Linux® und UNIX, Microsoft Windows und Apple Geräten.

Zu den wichtigsten Vorteilen von NAS gehören:

  • Scale out-Kapazität: Die Erweiterung der Speicherkapazität von NAS gestaltet sich ebenso einfach wie das Hinzufügen von Festplatten. Sie müssen Ihre aktuellen Server weder aufrüsten noch ersetzen und die neue Storage kann ohne Herunterfahren des Netzwerks verfügbar gemacht werden.
  • Leistung: Da NAS ausschließlich der Dateibereitstellung dient, bleiben Ihre restlichen Netzwerkgeräte frei für andere Aufgaben. Und da NAS auf spezifische Use Cases ausgelegt ist (wie Big Data oder Multimedia-Storage), wird dem Kunden dazu eine höhere Leistung garantiert.
  • Einfache Einrichtung: NAS-Architekturen werden oft mit einfachen Skripts oder selbst als Geräte mit einem vorinstallierten schlanken Betriebssystem bereitgestellt, wodurch sich der Zeitaufwand zur Einrichtung und Verwaltung deutlich reduzieren lässt.
  • Zugänglichkeit: Alle Netzwerkgeräte haben Zugriff auf NAS.
  • Fehlertoleranz: NAS können zur Unterstützung von replizierten Platten, Redundant Array of Independent Disks (RAID) oder Erasure Coding zwecks Gewährleistung der Datenintegrität formatiert werden.

Wie funktioniert Network-Attached Storage?

Im Grunde ist NAS ist ein Versuch, eine bessere Verfügbarkeit von gespeicherten Daten für Netzwerkgeräte zu erzielen. Durch die Installation von spezieller Software auf dedizierter Hardware profitieren Unternehmen von einem gemeinsamen Single-Point-Zugriff mit integrierten Sicherheits-, Management- und Fehlertoleranzfunktionen. NAS kommuniziert mit anderen Geräten über das dateibasierte Protokoll, eines der einfachsten Navigationsformate (im Vergleich zu Block- oder Objekt-Storage).

Hardware

NAS-Hardware wird zuweilen auch als NAS-Box, NAS-Einheit, NAS-Server oder NAS-Head (je nachdem, wen man fragt) bezeichnet. Der Server selbst wird im Grunde mit Storage-Disks oder -Platten, Prozessoren sowie Ram konfiguriert, also wie jeder andere Server auch. NAS-Einheiten werden ggf. mit mehr RAM ausgestattet und Laufwerktyp wie -kapazität werden vielleicht in ähnlicher Weise konfiguriert, um spezifische Bedürfnisse zu erfüllen. Die Hauptunterschiede zwischen NAS- und allgemeiner Server-Storage aber liegen bei der Software.

Software

Bei einer NAS-Box wird Software auf einem abgespeckten, üblicherweise in die Hardware eingebetteten Betriebssystem installiert. Allgemeine Server verwenden dagegen ein komplettes Betriebssystem, mit dem jede Sekunde Hunderttausende kleiner einzigartiger Anfragen gesendet werden. Das NAS-Betriebssystem aber dient lediglich zur Datenspeicherung und Dateibereitstellung.

Protokolle

Eine NAS-Box wird mit Datenübertragungsprotokollen formatiert, also Standardmethoden für die Dateiübertragung zwischen Geräten. Clients können auf diese Protokolle über einen Netzwerk-Switch zugreifen, d. h. ein zentraler Server, der alle notwendigen Verbindungen herstellt und Anfragen steuert. Über Datenübertragungsprotokolle können Sie praktisch genauso auf die Dateien anderer Computer zugreifen wie auf Ihre eigenen.

Netzwerke sind in der Lage, mehrere Datenübertragungsprotokolle auszuführen, zwei von ihnen aber trifft man bei den meisten von ihnen an: das Internet Protocol (IP) und das Transmission Control Protocol (TCP). Mit dem TCP werden die Daten vor ihrer Übertragung per IP in Paketen gebündelt. Man kann sich TCP-Pakete als komprimierte Zip-Dateien und IPs als E-Mail-Adressen vorstellen. Beispiel: Wenn Ihre Großeltern nicht auf sozialen Medien aktiv sind und keinen Zugang zu Ihrer persönlichen Cloud haben, müssen Sie Ihre Urlaubsfotos wohl oder übel per E-Mail schicken. Anstatt sie allerdings einzeln zu schicken, können Sie sie in Zip-Dateien zusammenfassen und diese nacheinander senden. Auf ähnliche Weise kombiniert TCP Dateien in Pakete, bevor sie via IPs über ein Netzwerk gesendet werden.

Die mit den Protokollen übertragenen Dateien können formatiert werden als:

  • Network File Systems (NFS): Dieses Protokoll wird regelmäßig für Linux und UNIX Systeme verwendet. Als anbieterunabhängiges Protokoll funktioniert es mit beliebiger Hardware sowie allen Betriebssystemen oder Netzwerkarchitekturen.
  • Server Message Blocks (SMB): Die meisten Systeme, die SMB verwenden, führen Microsoft Windows aus. Deshalb ist es auch als „Microsoft Windows Network“ bekannt. Vorreiter des SMB war das CFIS (Common Internet File Sharing) -Protokoll, weshalb man ab und auch die Bezeichnung CIFS/SMB-Protokoll findet.
  • Apple filing protocol (AFP): ein proprietäres Protokoll für Apple Geräte mit macOS.

Network-Attached Storage – eine kurze Geschichte

In den 1980ern entwickelte der britische Informatiker Brian Randell eine Software, mit der man mehrere UNIX-Systeme so miteinander verknüpfen konnte, dass sie funktionstechnisch nicht mehr voneinander unterschieden werden konnten. Das umgangssprachlich als „Newcastle Connection“ bekannte Konzept führte zur Entwicklung von Datenübertragungsprotokollen (wie NFS) zur Ablage von Daten an zentralen Speicherorten.

Mit der Evolution des Networking wurden weitere Protokolle entwickelt, die eine einfache Nutzung und Teilung von Daten ermöglichten. Wieder kurze Zeit später wurden Lösungen für spezifische Storage-Situationen konzipiert, womit die NAS-Entwicklung weiter vorangetrieben wurde. Selbst heute befindet sich die zugrunde liegende Technologie in einem dauernden Entwicklungsstadium. Früher integrierte NAS rotierende Magnetplatten, heute sind es schnelle Solid-State Drives (SSD) und sogar nicht flüchtiger SSD-Speicher zwecks Steigerung der Performance häufig aufgerufener Daten. Multikernprozessoren werden täglich schneller und sinkende Preise für RAM gewährleisten eine hohe Leistung und Skalierung für die NAS-Technologie.

NAS-Software wurde in kürzester Zeit zum Unternehmensstandard der Storage-Lösungen und Startup-Unternehmen begannen bald damit, die Speicherung, Organisation und den Abruf von Netzwerkdaten zu optimieren. Eines dieser Unternehmen zeigte sich beim Clustering von NAS-Dateien für Hochkapazitäts- und Hochleistungsaufgaben wie Backup und Archivierung sowie Analyse und Virtualisierung besonders versiert und sollte schließlich den Namen Red Hat® Gluster Storage tragen.


Ist NAS also eine Cloud?

Nein. Nicht als solches. Clouds sind mithilfe von Management- und Automatisierungssoftware orchestrierte Pools mit virtuellen Ressourcen (wie z. B. Storage), auf die Nutzer bei Bedarf über durch automatische Skalierung und dynamische Ressourcenzuweisung unterstützte Self-Service-Portale zugreifen können. Der finale Schritt zur Cloud erfordert virtuelle Ressourcen, die in zentralen Pools zusammengefasst werden. Außerdem sind Management- und Automatisierungssoftware zwecks Orchestrierung vonnöten – erst dann haben wir es tatsächlich mit Cloud Computing zu tun.

Wenn man lokalen Speicher als eine Seite der Medaille und Cloud Storage als die andere bezeichnen würde, dann befände sich NAS irgendwo dazwischen. NAS vereint Funktionen von lokaler (lokale verkabelte Verbindungen) und von Cloud Storage (Self-Service-Netzwerkzugriff), verfügt aber nicht über die notwendige Verwaltungs- und Automatisierungs-Software für eine schnelle Skalierung und einen maßgeschneiderten Service. NAS ist zwar keine Cloud, kann beim Cloud Computing aber eine wichtige Rolle spielen.


Network-attached Storage im Vergleich zu anderen Storage-Typen

Storage Area Networks

Mit einem Storage Area Network wird sogenannte Block-Storage bereitgestellt. Bei der Block-Storage werden Speicher-Volumes wie Festplatten, virtualisierte Speicherknoten oder Pools mit cloud-basierten Speicherressourcen in kleinere, als Blocks bekannte Volumes aufgeteilt, die wiederum mit verschiedenen Protokollen formatiert werden können. So kann z. B. ein Block für NFS, einer für AFP und einer für SMP formatiert werden. Dadurch erhalten die Nutzer zwar mehr Flexibilität, müssen allerdings mit einer manuellen Navigation vorlieb nehmen, weil mit Block-Storage Daten mithilfe von willkürlichen Klassifizierungen gebündelt werden.

Direct-attached Storage (DAS)

Dieser Storage-Typ ist direkt mit einem einzelnen Computer verknüpft. Durch die mangelnde Vernetzung ist kein einfacher Zugriff über andere Geräte möglich. Bei DAS, dem Vorläufer von NAS, muss jedes Gerät separat verwaltet werden (bei NAS erfolgt die Verwaltung zentral). Das häufigste Beispiel für DAS ist die Festplatte eines einzelnen PCs. Damit ein anderer Computer auf Dateien auf diesem Laufwerk zugreifen kann, muss es physikalisch vom Original-PC getrennt und an den neuen Rechner angeschlossen werden. Alternativ kann auch eine Form der Verbindung zwischen zwei Geräten hergestellt werden.

Software-Defined Storage

Software-defined Storage (SDS) ist eine Storage Management-Software, die unabhängig von der zugrunde liegenden Hardware fungiert. Das heißt, man kann SDS auf einer NAS-Box installieren und die Hardware an spezifische Workloads anpassen. Mit installierter SDS kann die Storage-Hardware so gruppiert werden, dass mehrere Server als einzelnes System und für einen bestimmten Zweck fungieren können. So könnte man z. B. einen Server-Cluster für Benutzerverzeichnisse und NFS/CIFS Ordner und einen weiteren für Block-Storage für Fotos und Multimedia konfigurieren. Manche NAS-/SDS-Lösungen lassen sich gar konsolidieren und ermöglichen die Bereitstellung von 1 Petabyte Daten binnen 30 Minuten oder weniger.

Alle Komponenten, die Sie für die Einrichtung eines Storage-Netzwerks benötigen

Eine Software-defined Datei-Storage-Plattform zur Handhabung von Hochkapazitäts- und Hochleistungsaufgaben wie Backup und Archivierung sowie Analyse und Virtualisierung. Sie eignet sich besonders gut für Container und Media-Streaming.

Eine Software-defined Objekt-Storage-Plattform, die dazu Schnittstellen für Block- und Datei-Storage bereitstellt. Dazu bietet sie Unterstützung für Cloud Infrastruktur, Medien-Repositories, Backup- und Wiederherstellungssysteme sowie Data Lakes. Dazu eignet sie sich besonders gut für Red Hat OpenStack® Platform.

Die OpenStack Wortmarke und das Square O Design, sind, separat oder gemeinsam, Marken bzw. eingetragene Marken der OpenStack Foundation in den Vereinigten Staaten und anderen Ländern und werden mit der Genehmigung der OpenStack Foundation verwendet. Red Hat, Inc. ist nicht mit der OpenStack Foundation oder der OpenStack Community verbunden und wird nicht durch diese unterstützt oder finanziert.

Storage bietet aber noch viele weitere Möglichkeiten