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Network Attached Storage NAS V1.19 (c) Stor IT Back 2024
Das NAS System (Network Attached Storage) bzw. der File Server stellt den Usern im Netzwerk den benötigten Speicherplatz zur Verfügung.
Dieser wird meistens für Office-Daten und die sogenannten Home-Laufwerke (Home Folder) benötigt, aber auch für andere Daten. Gerade bei den Office-Daten
ist der gemeinsame (schreibende) Zugriff wichtig und von zentraler Bedeutung.
Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die einfache und zentrale
Datensicherung. Bei einem gemeinsam genutzten Fileserver benötigt man auch nur eine
Datensicherung für alle User. Dies spart Kosten und vereinfacht die Handhabung und Überwachung.
Ein weiterer Vorteil bei den zentralen Home Laufwerken (möglich für Windows und Linux) ist, dass die User sogar den PC wechseln können und sie haben immer ihre persönliche Umgebung.
Alle User-spezifischen Daten kommen vom Fileserver, der Client PC muss also nicht gesichert werden und kann im Fehlerfalle direkt aus einem Image wieder neu aufgebaut werden.
Aber nicht nur Clients kann ein Network Attached Storage die Dateien zur Verfügung stellen. Auch in Server Umgebungen ist
dies möglich. Ein einfaches Beispiel sind Webserver-Farmen, die von einem zentralen NAS Server die Daten bekommen. Jedes
Webserver-Frontend hat exakt die gleichen Daten und diese müssen auch nur einmal zentral geändert werden.
Ein NAS Server ist der Speicherplatz für die Clients (und auch Server) im Netzwerk. Diese erreichen ihren Speicherplatz über das LAN (Local Area Network) oder das WAN (Wide Area Network). Die Hauptverbindung für ein NAS ist das Netzwerk, also Ethernet.
Intern ist ein NAS-System wie ein Server (daher auch Dateiserver) aufgebaut. Die wichtigsten Bestandteile sind die Netzwerkkarte, der RAID-Controller und die Festplatten oder SSDs. Diese Bestandteile bestimmen die Qualität des Gesamtsystems und natürlich auch den Preis. Nicht zu vergessen sind natürlich die NAS-Software und das Betriebssystem. Beide bestimmen Performance und Verfügbarkeit entscheidend mit. Für die Hardware werden einmal Standard-Server eingesetzt, zum anderen Komponenten, die speziell nur für den Einsatz im Network Attached Storage entwickelt wurden.
Für die Standard-Hardware spricht einmal der Preis und zum anderen
auch die allgemeine Verfügbarkeit der Komponenten. Fällt das Mainboard aus, so kann
es leicht ersetzt werden, ebenso andere Komponenten. Damit lassen sich kostengünstige
und trotzdem leistungsfähige Systeme aufbauen.
Der Vorteil für spezielle NAS-Server-Hardrware ist die 100% Kompatibilität der Komponenten untereinander und
zum Betriebssystem. Es passt einfach alles zusammen, optimal abgestimmt. Probleme mit nicht kompatibler
Hardware oder fehlerhafter Treiber tauchen nicht auf, das System kann zuverlässiger und sicherer
betrieben werden. Probleme können allerdings bei Ausfällen auftreten, dort wird exakt
die passende spezielle Hardware benötigt. In diesem Fall ist ein Wartungs- oder Servicevertrag
mit dem Hersteller unerlässlich.
Aber was spricht noch für die spezielle NAS Hardware? In diesem Fall können hochredundante Systeme
aufgebaut werden. Sie bestehen zum Beispiel aus zwei Controller oder zwei Serverboards in einem Gehäuse. Sollte
jetzt eine CPU ausfallen oder RAM defekt sein, so kann der andere Controller unverzüglich übernehmen.
Der Ausfall ist entweder kaum spürbar oder sehr kurz.
Und ein nicht zu vernachlässigbarer Vorteil ist die Lieferung aller Komponenten aus einer
Hand. Sollte das System unvorhersehbare Reaktionen zeigen, so kann nicht der Software-Hersteller die Schuld auf
den Hardware-Hersteller schieben und umgekehrt. Es ist ja der gleiche Support. Dies ist zwar selten,
aber wenn es auftritt nur sehr schwer zu beherrschen.
Es haben sich 2 Betriebssysteme für NAS-Server durchgesetzt. Dies
sind einmal ein klassisches (oder auch angepasstes) Linux Betriebssystem mit SMB/CIFS-Software (Samba)
und zum anderen eine Windows Server Variante (Windows Storage Server bzw. Windows Server IOT)
mit NFS-Erweiterungen. Einige Hersteller bieten proprietäre Systeme an,
die meist von der Entwicklung aus dem Linux oder FreeBSD-Umfeld stammen.
Der Vorteil des Windows NAS (Windows Storage Server bzw. jetzt neu Windows Server IoT for Storage) ist die 100 % Kompatibilität zur Windows-Familie. So kann
zum Beispiel die DFS Replikation (DFS-R) genutzt werden, was mit Samba nicht möglich ist.
Damit erhält man ein System mit den Vorteilen der Windows-Welt, aber auch
die Nachteile. Soll das NAS in heterogene Welten integriert werden, so haben
meist die Unix- bzw. Linux-Systeme mehr Vorteile.
Insgesamt hat auch der NAS Server mit einem Unix- / Linux-Betriebssystem eine sehr gute
Implementierung des SMB/CIFS Protokolls. Die meisten Anwendungen lassen sich
ohne Probleme realisieren, eine Integration in das Windows AD ist kein Problem.
Interessante Features kommen aus dem Linux-Umfeld, so ist meist eine Replizierung
auf ein zweites System möglich, SnapShots sind integriert und stabile Filesysteme
bieten eine gute Grundlage für eine sichere Datenhaltung.
Bei der Auswahl des richtigen NAS Server muss also sowohl die vorhandene Infrastruktur,
wie auch besondere Anforderungen an das Network Attached Storage berücksichtigt werden. Von
der Bedienung her bringen beide NAS-Familien ähnliche Oberflächen
mit. Meist sind sie browser-basierend aufgebaut und recht einfach zu bedienen.
Beim Windows Storage Server bzw. IoT for Storage kann zusätzlich noch die normale Windows Oberfläche
genutzt werden.
Neben den reinen Network Attached Storage bieten viele Storage-Hersteller sogenannte Unified Storage Systeme an. Dies
beinhaltet einen blockbasierenden Speicherplatz zusammen mit einem filebasierenden Storage. Also
ein SAN oder DAS Storage zusammen mit einem NAS. Dies macht immer dann Sinn, wenn beide Dienste
benötigt werden. Soll also zum Beispiel ein Hypervisor-Cluster mit Blockspeicher über Fibre Channel versorgt werden,
aber auch viele PCs mit Filestorage per SMB/CIFS, so bietet sich diese Möglichkeit an. Die Unified
Storage Systeme bieten dann meist auch noch einen Objekt-Speicher mit an.
Vom eigentlichen Ansatz her ist der Network Attached Storage ein reiner Fileserver. Jedoch
benötigt auch ein Fileserver weitere Funktionen, wie zum Beispiel einen
Virenscanner oder eine Backup-Software. Auf Linux-NAS-Servern ist meist die Installation
von Software nicht möglich. Die Windows Storage Server in allen Versionen bieten jedoch,
wie ein übliches Windows, die Möglichkeit Virenscanner und Backup-Software
zu installieren.
Jedoch birgt dies die Gefahr, das System durch inkompatible oder instabile Software
zu gefährden. Die Verfügbarkeit kann eingeschränkt werden. Auch
auf der Linux-Seite werden Lösungen angeboten. So kann zum Beispiel
eine Viren-Scanner-Software integriert sein und Backup-Clients können aktiviert
werden. Als Virenscanner ist meist die OpenSource Software ClamAV integriert
und optional können kommerzielle Versionen aktiviert werden. Andere bieten
eine API-Schnittstelle für den Virenscanner an. Der Virenscanner läuft
in diesem Fall auf einem externen Server und greift über die API zu.
NAS-Server mit großen Datenmengen kommen irgendwann an Systemgrenzen oder
sprengen das Backup-Fenster. Auch hierbei gibt es Lösungen. So können
durch eine HSM-Funktion selten genutzte
Daten auf kostengünstigen Speicher verschoben werden. Dies spart Plattenkapazität
und verkürzt das Backup-Fenster.
Durch eine Deduplizierung der Daten kann Plattenplatz eingespart werden. Mehrfach
vorhandene Dateien werden nur noch einmal gespeichert und mit Verweisen (Stub-Files)
zum zentralen Speicherort versehen. Jederzeit erreichbar, aber ohne Platzverschwendung.
Kommen wir noch einmal zurück zum Backup. Dies ist ja gerade bei großen Datenmengen sehr
wichtig. Wenn man aber jetzt keinen Backup-Client auf einem Network Attached Storage installieren kann? Bei
vielen NAS-Systemen ist eine Backup-Schnittstelle installiert. Dies ist das Network Data Management Protocol (NDMP).
Damit ist eine Sicherung über die meisten Backup-Software-Produkte möglich.
Der größte Vorteil vom Network Attached Storage ist die schnelle und unkomplizierte
Installation und Integration in ein vorhandenes Netzwerk. Sie besitzen ein optimiertes
Betriebssystem für Filesystem-Dienste. Damit sind sie bei gleicher Hardware-Ausstattung
leistungsfähiger als ein vergleichbarer Server mit einem klassischen Windows-
oder Linux-Betriebssystem. Weiterhin werden NAS-Systeme zu günstigen Preisen
angeboten, zum Teil liegen sie sogar bei einem geringeren Preis pro Gigabyte als DAS-Systeme (und dann braucht man ja auch noch einen Server dazu).
Dies liegt zum großen Teil an den produzierten Stückzahlen, aber auch am standardisierten
Aufbau. Die kostengünstigen Systeme sind "einfache" Server mit meist SATA-Platten
und einem kostengünstigen SATA-RAID-Controller (oder einem Software-RAID). Die Produktpalette reicht
bis zum voll-redundanten SAS-Platten-NAS mit Snap-Shot, Remote Mirroring und Scale-out Features.
Diese Systeme haben dann auch ihren Preis.
Die Enterprise-Lösungen der Hersteller bieten Cluster-Funktionalitäten,
NAS-to-NAS-Spiegelungen und umfangreiche Administrationsoberflächen. Meist
sind auch SAN-Funktionalitäten erhältlich, entweder über Fibre
Channel oder iSCSI.
Verschiedene NAS-Systeme finden Sie in den Angeboten Network Attached Storage
der Stor IT Back. In einem Angebot ist ein Autoloader für eine lokale Datensicherung
integriert, andere sind modulare Systeme. Die Enterprise-Lösungen werden
bei uns genau auf Ihre Anforderungen zugeschnitten, fragen
Sie nach diesen NAS-Lösungen.
Ein mögliches Problem kann auftreten, wenn sehr viele Clients auf das NAS
zugreifen und dabei sehr große Datenmengen transportieren, dann kann das LAN
schnell überlastet werden. Das Laden von Dokumenten wird langsam und kann sogar
abbrechen. Auch andere Funktionen des LANs werden gestört. Vor dem Kauf eines
NAS-Systems sollte das vorhandene Netz analysiert und die Auslastung ermittelt
werden. Ersetzt ein zentrales NAS-System vorhandene Windows-Fileserver,
so kann auch eine Reduzierung der Netzlast erreicht werden.
Ein weiterer Nachteil von NAS-Systemen tritt immer dann auf, wenn nicht-erweiterbare
Systeme im Einsatz sind. Erreicht ein solches NAS-System seine Kapazitäts- oder Performancegrenze,
so wird einfach ein weiteres System angeschafft. Von den Hardwarekosten ist
dies meist vertretbar, jedoch spielen dann Personalkosten, Datensicherungskosten und
die Nebenkosten (Strom, Kühlung) eine wesentlich größere Rolle. Schnell sind die geringeren Anschaffungskosten
durch die Nachteile aufgebraucht, die Lösung wird teurer und teurer. Viele höherwertige
Systeme lassen sich stufenlos erweitern, durch weitere Funktionen aufwerten
und sind als Enterprise-Lösung einsetzbar.
Wichtig ist auch die Auswahl der richtigen Lösung. Wird für den hochverfügbaren
Einsatz im Unternehmen ein Home-NAS verwendet, dann kann dies mit geringer Performance,
aber auch mit Datenverlust enden.
Bisher wurden Scale-out-NAS-Systeme meist nur von großen Unternehmen genutzt. Sie ermöglichen
eine Skalierung von Datenmenge und Performance in einem System. Damit fallen also viele Nachteile von
verteilten NAS-Servern weg, da die Scale-out-Systeme wie ein einzelnes NAS administriert und verwaltet
werden.
Aber wie sieht so ein Scale-out-NAS in der Praxis aus? Es besteht aus verschiedenen Knoten, in denen Speicherplatz
und Netzwerkschnittstellen zur Verfügung gestellt werden. Wird zum Beispiel mehr Speicherplatz benötigt,
so kann einfach ein neuer Knoten integriert werden. So wächst das Gesamtsystem an. Wie die Daten jetzt zwischen
den Knoten verteilt werden, dass ist von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich. Häufig werden die Daten redundant über
die Knoten verteilt, so dass zusätzlich auch noch die Verfügbarkeit erhöht wird. Es kann ein Knoten ausfallen und
alle Daten sind weiterhin verfügbar. Eventuell fehlen Zugriffspfade, also kann die Performance unter Umständen geringer sein,
aber alles ist weiterhin zugreifbar.
Wichtig ist hierbei, dass das Gesamtsystem einen sogenannten Global Namespace zur Verfügung stellt. In dem Global Namespace
werden alle Ressourcen des Scale-out-NAS zentral verwaltet. Ob die einzelnen Nodes jeweils eigene Filesysteme nutzen oder verschiedene
Filesysteme in einem Node oder ein Filesystem über verschiedene Nodes verteilt ist, wird alles dort hinterlegt und die Clients bekommen alle
Informationen aus dem Name-Space. Wird jetzt zum Beispiel ein neuer Share oder ein neues Filesystem benötigt, dann wird dies
in dem Global Namespace administriert und von dort auf die einzelnen Nodes übertragen. Damit kann auch ein Node entfernt werden,
ohne etwas manuell an Freigaben oder Berechtigungen zu ändern.
Andere Hersteller realisieren diesen Ansatz über ein globales Filesystem. In diesem Fall "hängt" sich ein neuer Node ebenfalls
in das Filesystem hinein und bringt Speicherkapazität und Performance mit. Die Verwaltung liegt also im Filesystem, ebenso Verfügbarkeit
und Skalierbarkeit. Selbstverständlich muss dieses Filesystem extrem skalierbar sein, sowohl in Kapazität wie auch in der Anzahl von Dateien.
Die Systeme sind daher meist auf Big Data Anwendungen zugeschnitten worden.
Wofür kann ein Scale-out-NAS also eingesetzt werden?
Immer mehr kleine und mittelständische Unternehmen müssen deutlich mehr Daten verwalten. Ein Großteil der Daten sind filebasierend, von klassischen Officedaten bis zu Big Data. Darauf haben die Hersteller von Scale-out-NAS Systemen reagiert und bieten auch in diesem Segment bezahlbare Lösungen an.
Bei einem klassischen NAS Server für professionelle Anwender ist eigentlich ein Hardware-RAID-Controller
ein MUSS. Der Controller sorgt für maximale Sicherheit und beste Performance. Er verbindet die vorhandenen
physikalischen Platten über einen RAID-Level zu einer großen virtuellen Festplatte. Auf diese virtuelle
Festplatte legt das NAS-System dann ein Filesystem an. Eine klare Aufgabenverteilung: Der RAID-Controller übernimmt
das RAID und das NAS übernimmt das Filesystem. Da ein Hardware-Controller aber doch recht teuer ist, wird gerade bei
kostengünstigen NAS-Systemen (Home oder SMB) ein Software-RAID genutzt. Dieses ersetzt nur den Hardware-
Controller und bildet wieder die große virtuelle Festplatte. In diesem Fall muss die CPU des NAS
die RAID-Verarbeitung übernehmen. Das ist gerade bei RAID 5
und RAID 6 nicht ganz so trivial und bietet nicht die
beste Performance. Also gerade für größere NAS-Systeme nicht geeignet.
Jetzt kommt aber ZFS und das benötigt auch keinen RAID-Controller mehr. Was ist da jetzt anders? Das ZFS fasst die
früheren Schichten (Filesystem, Volume-Management, RAID) zusammen. Das Filesystem im ZFS kennt also genau die Zusammensetzung
der physikalischen Festplatten (wo liegt welcher Block auf welcher Platte), kann also auch später
auftretende Fehler auf der Physik (umkippende Bits) erkennen und sogar beheben. Aber dies ist nicht
nur für die Fehlerbehebung wichtig, sondern kann auch Vorteile für die Performance bieten, da auch das Filesystem
die Physik kennt und optimieren kann.
Bei ZFS gibt es neben Features wie Deduplizierung, Kompression, SnapShots und den Checksummen auch das normale RAID.
Das einfachste RAID ist das RAID 1 als Spiegelung. Das übliche RAID 5 wird bei ZFS als RAID-Z1 implementiert, das RAID 6
als RAID-Z2. Ein Vorteil der RAID-Z Technologie ist das Schreiben eines gesamten Vorganges (Daten inklusive Parity) und dann
ein Einhängen dieser Daten über einen einzelnen Befehl. Damit bleiben die Schreiboperationen immer konsistent.
Wenn ein NAS System NFS Shares zur Verfügung stellt, dann lassen sich diese auch in VMware ESXi oder KVM einbinden.
Beziehungsweise bei SMB Shares sind diese für einen Hyper-V Server nutzbar. Das ist technisch überhaupt kein Problem, es sind auch Features wie vMotion (Online-Migration zwischen Hosts) und HA (Hoch-
Verfügbarkeit) möglich.
Aber was ist mit der Performance? Nehmen wir einmal an, das NAS System wäre mit den gleich Festplatten
wie ein Direct Attached Storage ausgestattet, hat also im Backend eine ähnliche Performance. Der Unterschied ist dann das Protokoll für die Datenübertragung. Beim DAS
zum Beispiel SAS und beim NAS dann NFS. Dabei hat NFS einen geringeren Durchsatz als SAS und eine deutlich höhere Latenzzeit. Also beide Faktoren
sind nicht ideal für die Virtualisierung.
Es kommt am Ende immer auf den Einsatzzweck an. Kleine virtuellen Maschinen mit geringen Anforderungen an den Durchsatz können sehr gut
auf einem NFS Share laufen.
Gibt es aber auch Vorteile von einem NFS Share? Die virtuellen Maschinen liegen direkt auf einem Filesystem, was auch andere Betriebssysteme
lesen können. Ein NFS Share kann also unabhängig von VMware kopiert und gesichert werden. Zum Beispiel kann eine VM auf einen NFS Share geclont
und dies kann dann normal kopiert oder gesichert werden. Für kleine Umgebungen und gerade
Datensicherungen durchaus geeignet.
Der Fileserver (Network Attached Storage) ist entstanden, weil der Speicherbedarf der PC-Clients im Windows-Zeitalter
stetig gestiegen ist. Eine dezentrale Aufrüstung der PCs mit eigenen Festplatten
macht immer dann keinen Sinn, wenn mehrere Personen auf die Daten zugreifen
müssen.
Ein einfaches Beispiel: Ein Buchhalter schreibt eine Rechnung an einem
PC und ein anderer Buchhalter möchte diese Rechnung am nächsten Tag für einen
Kunden ausdrucken. Wenn diese Rechnung auf der lokalen Festplatte des einen
Buchhalters liegt, kann der zweite sie nicht ausdrucken, bzw. er muss zu dem
PC des Kollegen. Einfacher wird der ganze Ablauf, wenn alle Daten zentral auf einem
Dateiserver (= Network Attached Storage, NAS Server) liegen, auf den alle Nutzer Zugriff haben, die dieselben Daten benötigen. Wichtig
ist hierbei jedoch, dass nicht unbefugte Personen Zugriff auf alle Daten bekommen. Dies muss,
gerade bei größeren Firmen, administrierbar bleiben.
Entwickelt und genutzt wurden Fileserver anfangs in Windowsumgebungen mit SMB und CIFS und in der Unix bzw. Linux Welt mit NFS, aber voneinander getrennt. In heterogenen
Umgebungen unterstützen NAS Systeme heute meist beide Umgebungen.
Suchen Sie eine Lösung ohne diese Nachteile? Dann wenden Sie sich an uns. Wir bieten Ihnen NAS-Lösungen, die auch ohne Probleme erweiterbar bleiben. Oder möchten Sie sich erst einmal Informieren? Dafür bieten wir eine herstellerunabhängige Schulung zum Thema "Storagetechnologien" an.
