Die physische und logische Trennung des Speichers vom Rechner setzt sich auch in kleineren Netzwerken durch. Die Wirtschaftlichkeit von IP-Netzen tut ein Übriges. Allerdings sehen sich die IT-Leiter auch mit Forderungen nach absoluter Zuverlässigkeit bei hoher Geschwindigkeit konfrontiert.

Die Intelligent-Storage-Platform-Produkte bündeln zahlreiche Fähigkeiten auf einer einzigen intelligenten Plattform.

Die jüngste Quartalsanalyse von IDC vom 5. März 2004 zeigt auf, dass der Network-Storage-Markt mit 2,1 Milliarden Dollar mehr als die Hälfte des gesamten Storage-Marktes von 3,7 Milliarden Dollar im vierten Quartal 2003 ausmacht. Vernetzte Speicherlösungen wie Storage-Area-Networks und Network-Attached-Storage haben dafür gesorgt, dass große Datenbestände in unterschiedlichen Applikations- und IT-Umgebungen wesentlich effizienter eingesetzt werden können. Jedoch zeigen auch Daten der Meta Group aus dem Jahr 2003, dass der Anteil der Speicherlösungen schon bis zu 12 Prozent der gesamten IT-Budgets erreicht.

Die exponentiell ansteigende Datenflut, etwa durch Online-Transaktionen und E-Mails mit Attachments, macht auch von kleinen Unternehmensnetzen nicht halt. Hoffnung für ihre Budgets schöpfen die IT-Leiter dank neuer Standards wie iSCSI (SCSI für IP-Netze), die durch Standardkomponenten versprechen kostengünstig zu sein. Doch bevor allzu schnell in Flickwerk investiert wird, sollte ein Blick auf die Konzepte und Entwicklungstrends der klassischen Storage-Welt geworfen werden.

Storage der nächsten Generation

Größere Unternehmen haben vielfach eine historische Entwicklung vom dateiorientierten Network-Attached-Storage zum blockorientierten Storage-Area-Network durchlaufen. Die Fibre-Channel-Architektur mit teuren Switches und eigenen Host-Bus-Adaptern eines SAN erforderte dabei nicht geringe Investitionen. Da es sich überdies bei beiden Technologien um eigenständige Konzepte handelt, müssen Unternehmen zwei separate Infrastrukturen einrichten und verwalten. Dennoch haben diese Lösungen der ersten Generation auf Grund von Effizienzsteigerungen bei Verwaltbarkeit, Tempo und Zuverlässigkeit Kosteneinsparungen bewirkt. Der Trend zu Intelligent-Storage-Platforms lässt nun die Investitionsschwelle in den Unternehmen sinken, ohne jedoch die hohen Standards aufzugeben.

Die Vision ist klar: Ideal wäre ein zentraler, sicherer Storage-Pool, der einzelne Abteilungen, Arbeitsgruppen oder Anwender über ein IP-Netz bedienen kann. Ein solches Konzept setzt allerdings voraus, dass neue Kontroll- und Steuerungsebenen in das Speichernetz eingebaut werden.

Die jüngeren IP-orientierten Blockprotokolle wie iSCSI oder Fibre-Channel-over-IP (FCIP) werden sich in absehbarer Zeit als Standards etablieren. SAN-Produkte der ersten Generation können diese neueren Protokolle noch nicht unterstützen. Bei der Erweiterung oder Umstrukturierung von Speichernetzen sollten Unternehmen unbedingt darauf achten, dass die Aufrüstung zu diesen neuen Fähigkeiten problemlos möglich ist.

Aktuelle Konzepte für mehr Intelligenz

Damit moderne Dienste wie automatisiertes Provisioning, innovative Sicherheitsservices, Storage-Virtualisierung, Storage-Pooling oder Remote-Storage-Services angeboten werden können, wird punktuell schon einiges an Intelligenz ins Speichernetz gebracht. Dazu zählen funktional fokussierte Storage-Appliances, Protokoll-Gateways sowie verschiedene Software-Utilities, die auf Hosts oder Arrays ablaufen. Beispiele dafür sind:

• NAS-Heads für den Einsatz von File-Services auf blockorientierten SANs. Diese NAS-Produkte trennen die physische Speicherung von der Dateisystem- sowie Netzwerkverarbeitung und ergänzen eine SAN-Schnittstelle. Auf dieser Grundlage lässt sich das File-Serving als Ressource einsetzen, die auf die SAN-basierende Blockspeicherung zugreift.

• Storage-Virtualization-Appliances und hostbasierende Virtualisierungssoftware als Grundlage für heterogene Storage-Pools. Diese Produkte verbessern die Effizienz des Speichermanagements und liefern nützliche Blockservices einschließlich Storage-Provisioning, Remote-Replication und Remote-Mirroring.

• IP-to-FC-Protokoll-Gateways für die Site-to-Site-Konnektivität in geografisch verteilten Speichernetzen und die lokale Erweiterung von SANs über installierte LAN- oder MAN-Ethernet/IP-Netze.

• Security-Appliances für die Verschlüsselung von Site-to-Site-Datenübermittlung oder die Datenverschlüsselung auf der Festplattenebene.

• Soft- und Hardwareprodukte für das Storage-Management liefern detaillierte Informationen über den Betrieb des Speichernetzes einschließlich Performance-Werte, Fehlerdiagnose, Kapazitätsplanung und Nutzerstatistiken.

Herausforderungen der aktuellen Umgebung

Das aktuelle Ad-hoc-Konzept zur Erweiterung von Speichernetzen um Intelligenz bringt etliche Herausforderungen und Unzulänglichkeiten mit sich. Storage-Virtualisierungs-Appliances basieren in der Regel auf kommerziellen Standardrechnern mit einer Pentium/PCI-Architektur. Eine solche Rechner-Architektur eignet sich für speicherorientierte Applikationen mit geringen bis mittleren Verarbeitungslevels sowie für den Einsatz in kleinen bis mittelgroßen Speichernetzwerken.

An die Anforderungen von großen und/oder hochleistungsfähigen Speichernetzen kann sie sich jedoch nicht optimal anpassen. Dies betrifft zum Beispiel die Skalierbarkeit für die Ausführung von Speicheranwendungen mit hohen Anforderungen an die Ein-/Ausgabe pro Sekunde, für eine mittlere bis hohe Dichte an Fibre-Channel und/oder Gigabit-Ethernet-Ports oder für die Ausführung komplexer Protokollübersetzungen. Für solche Applikationen werden leistungsfähigere und besser skalierende Architekturen benötigt.

Auch die Zuverlässigkeit ist ein Handicap für Produkte der Appliance-Ebene. Die Pentium/PCI-Architektur wurde nicht primär für hochverfügbare Mission-Critical-Applikationen konzipiert. Sofern keine speziellen Vorkehrungen getroffen werden, stellen diese Anwendungen einen Single-Point-of-Failure dar. Einige Appliance-Hersteller haben versucht, diesem Problem durch Multiple-Box, Active-passive- oder Active-active-Lösungen beizukommen. Jeder dieser Ansätze erfordert mindestens die doppelte Anzahl an Appliances und stellt höhere Anforderungen an die Verkabelung, die Konfiguration und das Management. Abhilfe kann nur eine Architektur schaffen, die speziell für Mission-Critical-Anforderungen konzipiert ist.

Die Anschaffung einer einzelnen Appliance scheint auf den ersten Blick eine kosteneffiziente Lösung zu sein. Wenn später jedoch mehrere Appliances von unterschiedlichen Herstellern ergänzt werden müssen, ist diese Lösung letztlich bedeutend kostspieliger und schwieriger zu managen als eine besser integrierte Lösung. Jedes Gerät der Appliance-Ebene verfügt über eigene Managementschnittstellen, welche die IT-Mitarbeiter kennen und verwalten müssen. Unter dem Strich liefert das Appliance-Modell in mittleren bis großen und/oder hochleistungsfähigen Speichernetzen keine zufriedenstellende Total-Cost-of-Ownership, so dass diese Lösungen auf lange Sicht ausgesprochen kostspielig sind.

Info iSCSI und FCIP

iSCSI steht für Small-Computer-System-Interface für IP-Netze und kapselt den bewährten Standard des blockorientierten Festplattenzugriffs in IP-Pakete. So kann über Ethernet-Architekturen auch auf weit entfernte Daten zugegriffen werden. Dieser Standard ist relativ neu, verbreitet sich aber auf Grund seiner Wirtschaftlichkeit rasch.

FCIP bedeutet Fibre-Channel über IP und tunnelt die Fibre-Channel-Daten via Internet-Protocol. Storage-Area-Networks (SANs) bedienen sich der Fibre-Channel-Architektur, die heute noch schneller ist (Bandbreite bis 2 GBit/s). Für die Verbindung von SANs über den lokalen Standort hinaus zeichnet sich das kostengünstigere IP-Tunneling ab, also FCIP.

Ausweg Data-Platform

Der nächste Schritt in der Entwicklung intelligenter Speichernetze ist die Konzeption und Realisierung von Konzepten wie der N1-Data-Platform. Eine neue Generation hochleistungsfähiger, auf Crossbar-Switches basierende Data-Platforms für die Speicherverarbeitung ermöglicht die Konsolidierung eigenständiger Appliances und die Skalierung komplexer Speicheranwendungen für große, hochleistungsfähige und vernetzte Speicherumgebungen. Dieser Prozess ähnelt der Ablösung von Fixed-Configuration-Workgroup- und Fabric-Switches in kritischen LAN- und SAN-Umgebungen durch LAN-Switches der Enterprise-Klasse und SAN-Switches der Director-Klasse.

Vom Konzept her kombinieren diese Plattformen für die Storage-Verarbeitung die Funktionalität von SAN- und LAN-Switches mit der ausgeklügelten Intelligenz von Storage-Appliances. Durch die radikale Abkehr von der Pentium/PCI-Standardarchitektur können diese Plattformen jedoch wesentlich höhere Transaktionsraten sowie eine Storage-Verarbeitung mit höheren Anforderungen an die Ein- und Ausgabe unterstützen. In puncto Betrieb wurde das Design speziell für Protokollübersetzungen, die Verarbeitung von Storage-Security und -Policy sowie Netzwerk- und Speichermanagementabläufe optimiert.

Art und Bandbreite der Speicheranwendungen

Die Intelligent-Storage-Platform nutzt eines oder mehrere Netze für den Zugriff auf den physischen Speicher und bietet auf diese Weise gute Voraussetzungen für die Skalierbarkeit. Die wichtigste Anforderung an den Switch besteht darin, die Verarbeitung für Speicherarray-I/O, Hostnetzwerk-I/O, Speicheranwendung und Management/Kontrolle in unabhängig skalierbare Funktionen aufzuteilen. Damit ist die Voraussetzung für eine sehr gute unabhängige Skalierung in diesen wichtigen Dimensionen gegeben. Einige Beispiele veranschaulichen die Möglichkeiten.

E »Pay as you grow«: Zunächst werden Einstiegskonfigurationen eines Intelligent-Storage-Networks eingerichtet. Sobald die Anforderungen an die Speicherkapazität, die Dateiverarbeitung, die Speicheranwendungen und den Gesamtdurchsatz steigen, können weitere Module und Speicherarrays ergänzt sowie neue Softwaremodule auf die Plattform geladen werden.

E Heterogene Storage-Pools: Storage von unterschiedlichen Herstellern wird miteinander kombiniert. Mit Hilfe von »Tiered Storage« lassen sich unterschiedliche Storage-Klassen und Service-Level-Agreements (SLAs) für unterschiedliche Applikationen oder Kundenanforderungen einrichten.

E Hybride SANs: Multiprotocol-Intelligent-Storage-Platforms vereinfachen den Anschluss von Servern und Hosts mit IP- und Ethernet-Anbindungen an vorhandene FC-SANs. Mit Hilfe von Gateway-Protokollen wie etwa Fibre-Channel-over-IP (FCIP) erleichtern Ansätze wie die N1-Data-Platform die Realisierung eines hybriden SANs, das vorhandene Investitionen in Fibre-Channel und IP/Ethernet-Netze schützt. FCIP ist eine kosteneffiziente Möglichkeit, die »Reichweite« eines auf Fibre-Channel-basierenden SANs auf andere Teile einer Organisation auszudehnen, ohne das Fibre-Channel-Netz erweitern zu müssen.

E Geografische Erweiterung: IP-Speicherprotokolle wie FCIP werden häufig auch dazu genutzt, Networked-Storage über Metropolitan- und Weitverkehrsdistanzen zu erweitern. Die Übersetzung von Fibre-Channel in iSCSI ermöglicht die Verwendung der breiten Basis an kommerziell verfügbaren MAN- und WAN-Netzen auf IP-Basis für die SAN-Konnektivität im Unternehmensnetzwerk. Der Einsatzbereich umfasst die grundlegende SAN-Erweiterung, die Remote-Replikation, die Sicherung und das Disaster-Recovery.

Fazit

Die Intelligent-Storage-Platform-Produkte der neuen Generation bündeln zahlreiche Fähigkeiten auf einer einzigen intelligenten Plattform. Wenn die Anforderungen steigen, kann der Storage-Verantwortliche zusätzliche Speicherressourcen und Kapazitäten ergänzen. Die Intelligent-Storage-Platforms der neuen Generation profitieren von den Vorteilen der Speichernetze erster Generation und machen die zahlreichen Nachteile des Appliance-Level-Konzeptes wieder wett. Unternehmen sollten keine Rückschritte einbauen, sondern sich die Leistung sichern, wie sie beispielsweise Service-Provider kennen. Das sind Hochverfügbarkeit durch n+1-Redundanz der Komponenten, Hot-Swap-fähige Konfiguration sowie umfassende Utilities für Diagnose und Systemmanagement. Dazu zählen innovative Speicheranwendungen einschließlich Storage-Virtualization, File-Serving, Remote-Replication, Merkmale für Backup und Recovery, Capacity-on-Demand und Storage-Security. Intelligent-Storage-Platforms liefern die Voraussetzungen für umfangreiche, hochleistungsfähige Speichernetzwerke.

Nicholas Baldwin, Business Manager Datamanagement Solutions, Sun Microsystems