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Stor IT Back - Ihr Speicherspezialist

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NAS "Network Attached Storage" V1.11 (c) Stor IT Back 2016

Network Attached Storage - NAS / Fileserver

Das NAS-System 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. Einfach wird die ganze Sache, wenn alle Daten zentral auf einem System liegen, auf das alle Zugriff haben, die dieselben Daten benötigen. Wichtig ist hierbei jedoch, dass nicht jeder Zugriff auf alle Daten bekommt. Dies muss, gerade bei größeren Firmen, administrierbar bleiben. Ein weiterer Vorteil ist die Datensicherung. Bei einem zentralen System benötigt man auch nur eine zentrale Datensicherung. Dies spart Kosten und vereinfacht die Handhabung und Überwachung.
Aber nicht nur Clients kann ein NAS Dateien zur Verfügung stellen. Auch in Server-Umgebungen ist dies möglich. Ein einfaches Beispiel sind Webserver, die von einem zentralen NAS die Daten bekommen. Jedes Webserver-Frontend hat exakt die gleichen Daten und diese müssen auch nur einmal zentral geändert werden.

Aufbau von NAS-Systemen

Ein NAS-System 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). Das heißt anders als beim DAS-System ist die Hauptverbindung für ein NAS das Netzwerk, heute meist Ethernet. NAS - externer Anschluß Intern ist ein NAS-System wie ein Server aufgebaut. Die wichtigsten Bestandteile sind die Netzwerkkarte, der RAID-Controller und die Festplatten. 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 spezielle Komponenten, die nur für den Einsatz in NAS-Systemen entwickelt wurden. Für Standard-Hardware sprechen einmal der Preis und zum anderen auch die allgemeine Verfügbarkeit. Fällt der Speicher aus, so kann er leicht ersetzt werden, ebenso andere Komponenten. Damit lassen sich kostengünstige und trotzdem leistungsfähige Systeme aufbauen. Der Vorteil für spezielle NAS-Server ist die 100 % Kompatibilität der Komponenten untereinander und zum Betriebssystem. Es passt einfach alles zusammen. Probleme mit nicht kompatibler Hardware 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.
Es haben sich 2 Betriebssysteme NAS - interner Aufbau für NAS-Server durchgesetzt. Dies sind einmal ein klassisches Linux- oder FreeBSD-Betriebssystem mit SMB-Software (Samba) und zum anderen eine Windows Server Variante (Windows Storage Server 2008 R2 / 2012 R2) mit NFS-Erweiterungen. Einige Hersteller bieten properietäre Systeme an, die meist von der Entwicklung aus dem Linux oder FreeBSD-Umfeld stammen.
Der Vorteil des Windows NAS ist die 100 % Kompatibilität zur Windows-Familie. 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 haben auch die NAS-Server mit einem Unix-Betriebssystem eine sehr gute Implementierung des SMB/CIFS Protokolls. Die meisten Anwendungen lassen sich ohne Probleme realisieren, eine Integration in das Windows ADS 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 muss also sowohl die vorhandene Infrastruktur, wie auch besondere Anforderungen an das NAS 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 kann zusätzlich noch die normale Windows Oberfläche genutzt werden.

Zusätzliche Services auf NAS-Systemen

Vom eigentlichen Ansatz her ist der NAS-Server ein reiner Fileserver. Jedoch benötigt auch ein Fileserver weitere Funktionen, wie zum Beispiel einen Virenscanner oder eine Backup-Software. Auf Linux-NAS-Server ist meist die Installation von Software nicht möglich. Die Windows Storage Server 2008 R2 / 2012 R2 bieten jedoch, wie ein übliches Windows, die Möglichkeit Virenscanner und Backup-Software zu installieren.
Jedoch birgt dies die Gefahr, das System durch inkompatible unstabile 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.

Vorteile von NAS-Systemen

Der größte Vorteil ein NAS-Systems 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 Ausstattung leistungsfähiger als ein vergleichbarer Server mit einem klassischen Windows- oder UNIX-Betriebssystem. Weiterhin werden NAS-Systeme zu günstigen Preisen angeboten, zum Teil liegen sie sogar bei einem geringeren Preis pro Gigabyte als DAS-Systeme. 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 vollredundanten 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 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.

Nachteile von NAS-Systemen

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 NAS-System vorhandene Windows- oder Netware-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. Ist ein solches NAS-System an seiner Kapazitätsgrenze, so wird einfach ein weiteres System angeschafft. Von den Hardwarekosten ist dies vertretbar, jedoch spielen dann Personalkosten, Datensicherungskosten und die Nebenkosten 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.

Skalierbarkeit von NAS-Lösungen

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 Zugriffpfade, 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?
1. Skalierbarkeit des Speicherplatzes
2. Skalierbarkeit der Performance (Rechenleistung)
3. Skalierbarkeit der Zugriffsperformance (Netzwerkschnittstellen)
4. Verbesserung der Redundanz durch zusätzliche Nodes
5. K-Fall Vorsorge durch Verteilung der Nodes an verschiedene Standorte
6. Austausch der Nodes im laufenden Betrieb
7. Zentrale Administration aller File-Services

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.

NAS mit Hardware-RAID oder ZFS?

Bei einem klassischen NAS 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.


Suchen Sie eine Lösung aus diesem Nachteil, so 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.

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