Was ist Datenspeicher?

Es gibt zwei Arten von digitalen Informationen: Eingabe- und Ausgabedaten. Benutzer stellen die Eingabedaten bereit, und Computer stellen die Ausgabedaten bereit. Die CPU eines Computers kann jedoch ohne die Eingabe des Benutzers keine Berechnungen durchführen oder Ausgabedaten erzeugen. 

Benutzer können die Eingabedaten direkt in einen Computer eingeben. Zu Beginn des Computerzeitalters stellten sie jedoch fest, dass die ständige manuelle Eingabe von Daten zeit- und energieaufwendig ist. Eine kurzfristige Lösung ist Computerspeicher, auch als Arbeitsspeicher (Random Access Memory, RAM) bezeichnet. Die Speicherkapazität und die Gedächtnisleistung sind jedoch begrenzt. Festwertspeicher (Read-Only Memory, ROM) ist, wie der Name schon sagt, ein Ort, an dem Daten nur gelesen, aber nicht unbedingt bearbeitet werden können. Sie steuert die grundlegenden Funktionen eines Computers. 

Obwohl Informatiker mit der Entwicklung von dynamischem RAM (DRAM) und synchronem DRAM (SDRAM) erhebliche Fortschritte beim Computerspeicher gemacht haben, sind sie immer noch durch Kosten, Platz und Speicherhaltung begrenzt. Wenn ein Computer heruntergefahren wird, ändert sich auch die Fähigkeit des Arbeitsspeichers, Daten zu speichern. Die Lösung? Datenspeicher.

Mit Datenspeicherplatz können Benutzer Daten auf einem Gerät speichern. Sollte der Computer ausfallen, bleiben die Daten erhalten. Anstatt Daten manuell einzugeben, können Benutzer den Computer anweisen, Daten von Speichergeräten abzurufen. Computer können Eingabedaten je nach Bedarf aus verschiedenen Quellen lesen und die Ausgabe anschließend erstellen und in denselben Quellen oder an anderen Speicherorten speichern. Benutzer können Datenspeicher auch mit anderen teilen. 

Unternehmen und Benutzer benötigen heute Datenspeicher, um den hohen Rechenbedarf für Big Data-Analysen, künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen (ML) und das Internet der Dinge (IoT) zu decken. Die andere Seite des Bedarfs an umfangreicher Datenspeicherung ist der Schutz vor Datenverlusten aufgrund von Katastrophen, Ausfällen oder Betrug. Um Datenverluste zu vermeiden, können Unternehmen Datenspeicher auch als Backup- und Wiederherstellungslösung einsetzen.

Einfach ausgedrückt: Moderne Computer oder Terminals sind entweder direkt oder über ein Netzwerk mit Speichergeräten verbunden. Benutzer weisen Computer an, auf Daten von diesen Speichergeräten zuzugreifen und Daten darauf zu speichern. Grundsätzlich gibt es jedoch zwei Grundlagen für die Datenspeicher: die Form, in der Daten erfasst werden, und die Geräte, auf denen sie aufgezeichnet und gespeichert werden.

Zum Speichern von Daten, egal in welcher Form, benötigen Benutzer Speichergeräte. Datenspeichergeräte gibt es in zwei Hauptkategorien: Direktspeicher und netzwerkbasierte Speicher.

Beim Direct Area Speicher, auch bekannt als Direct-Attached Speicher (DAS), spricht der Name für sich selbst. Dieser Speicher befindet sich oft in der unmittelbaren Umgebung und ist direkt mit dem Computer verbunden, der darauf zugreift. Oft ist es die einzige Maschine, die damit verbunden ist. DAS kann auch anständige lokale Backup bereitstellen, aber die gemeinsame Nutzung ist begrenzt. Zu den DAS-Geräten gehören Disketten, optische Discs (Compact Discs, CDs) und digitale Video-Discs (DVDs), Festplattenlaufwerke (HDD), Flash-Laufwerke und solid-state drive (SSD).

Netzwerkbasierter Speicher ermöglicht den Zugriff mehrerer Computer über ein Netzwerk, was die gemeinsame Nutzung von Daten und die Zusammenarbeit erleichtert. Die Offsite-Speicherfunktion eignet sich auch besser für Backups und Datenschutz. Zwei standardmäßige netzwerkbasierte Speicherkonfigurationen sind Network-Attached Storage (NAS) und Storage Area Network (SAN).

NAS ist oft ein einzelnes Gerät, das aus redundanten Speichercontainern oder einem redundanten Array unabhängiger Festplatten (RAID) besteht. SAN-Speicher kann ein Netzwerk aus mehreren Geräten verschiedener Art sein, einschließlich SSD- und Flash-Speicher, Hybrid-Speicher, Hybrid-Cloud-Speicher, Cloud-Speicher sowie Backup-Software und -Appliances.

So unterscheiden sich NAS und SAN:

NAS

• Einzelnes Speichergerät oder RAID
• File Storage-System
• TCP/IP-Ethernet-Netzwerk
• Begrenzte Benutzeranzahl
• Begrenzte Geschwindigkeit
• Begrenzte Erweiterungsmöglichkeiten
• Niedrigere Kosten und einfache Einrichtung

SAN

• Netzwerk aus mehreren Geräten
• Block Storage-System
• Fibre Channel-Netzwerk
• Optimiert für mehrere Benutzer
• Schnellere Leistung
• Hochgradig erweiterbar
• Höhere Kosten und komplexe Einrichtung

Daten können in drei primären Formen aufgezeichnet und object storage werden: File Storage, Block Storage und Object Storage. 

Einen weitergehenden Vergleich der verschiedenen Datenspeicher finden Sie unter „Object versus File versus Block Storage: What’s the Difference?“ und im folgenden Video.

File Storage, oder dateibasierte Speicherung, ist eine hierarchische Speichermethode, die zum Organisieren und Speichern von Daten verwendet wird. Mit anderen Worten, Daten werden in Dateien gespeichert, die in Ordnern organisiert sind, die unter einer Hierarchie von Verzeichnissen und Unterverzeichnissen organisiert sind.

Block Storage, oder auch Blockspeicher, ist eine Technologie zum Speichern von Daten in Blöcken. Die Blöcke werden dann als separate Teile mit jeweils einer eindeutigen Kennung gespeichert. Entwickler bevorzugen Block Storage für Computersituationen, die eine schnelle, effiziente und zuverlässige Datenübertragung erfordern.

Object Storage, oft auch objektbasierter Speicher genannt, ist eine Datenspeicherarchitektur für den Umgang mit großen Mengen unstrukturierter Daten. Diese Daten passen nicht in eine herkömmliche relationale Datenbank mit Zeilen und Spalten oder lassen sich nicht so einfach darin organisieren. Beispiele hierfür sind E-Mails, Videos, Fotos, Webseiten, Audiodateien, Sensordaten und andere Medien und Webinhalte (textuell oder nicht textuell). Andere Anwendungsfälle sind der Aufbau von cloudnativen Anwendungen oder die Umwandlung von Legacy-Anwendungen in Cloud-Anwendungen der nächsten Generation durch die Verwendung von cloudbasiertem Objektspeicher als persistenten Datenspeicher.

Computerspeicher und lokaler Speicher bieten möglicherweise nicht genügend Speicherplatz, Speicherschutz, Zugriff durch mehrere Benutzer, Geschwindigkeit und Leistung für Unternehmensanwendungen. Daher setzen die meisten Unternehmen zusätzlich zu einem NAS-System (Network-Attached Storage) eine Form von Storage Area Network (SAN) ein.

Ein Storage Area Network (SAN), das manchmal auch als Netzwerk hinter den Servern bezeichnet wird, ist ein spezialisiertes Hochgeschwindigkeitsnetzwerk, das Server und Speichergeräte anbindet. Es besteht aus einer Kommunikationsinfrastruktur, die physische Verbindungen bereitstellt und es einem Any-to-Any-Gerät ermöglicht, das Netzwerk mithilfe miteinander verbundener Elemente wie Switches und Directors zu überbrücken.

Das SAN kann auch als Erweiterung des Speicherbus-Konzepts betrachtet werden. Dieses Konzept ermöglicht die Verbindung von Speichergeräten und Servern mithilfe ähnlicher Elemente, wie z. B. lokale Netze (LANs) und weite Netze (WANs). Ein SAN umfasst auch eine Management-Schicht, die die Verbindungen, Speicherelemente und Computersysteme organisiert. Diese Schicht sorgt für sichere und robuste Datenübertragungen.

Traditionell kann nur eine begrenzte Anzahl von Speichergeräten an einen Server angeschlossen werden. Alternativ hat ein SAN Netzwerkflexibilität eingeführt, sodass ein Server oder viele heterogene Server in mehreren Rechenzentren ein gemeinsames Speicherprogramm teilen konnten. Das SAN macht die traditionelle dedizierte Verbindung zwischen einem Server und einem Speicher überflüssig. Es beseitigt auch das Konzept, dass der Server die Speichergeräte effektiv besitzt und verwaltet. Ein Netzwerk könnte also viele Speichergeräte umfassen, darunter Festplatten, Magnetbänder und optische Speicher – und das Speicherprogramm könnte weit von den Servern entfernt sein, die es verwendet

Die Speicherinfrastruktur ist das Fundament, auf dem sich Informationen befinden. Daher muss es die Geschäftsziele und das Geschäftsmodell des Unternehmens unterstützen. Eine SAN-Infrastruktur bietet eine verbesserte Netzwerkverfügbarkeit, Datenzugänglichkeit und Systemverwaltbarkeit. In dieser Umgebung reicht es nicht aus, einfach mehr und schnellere Speichergeräte bereitzustellen. Ein gutes SAN beginnt mit einem guten Design.

Heute hat sich die Datenspeicherung zu einem Softwareansatz entwickelt, der sich auf softwaredefinierte Speicher (SDS) und verwandte Technologien konzentriert, die die Agilität und Effizienz des Datenmanagements erhöhen. Laut einem Bericht von Technavio wird die globale Marktgröße für softwaredefinierte Speicher (SDS) in den Jahren 2024–2029 schätzungsweise um 105,07 Mrd. USD wachsen.¹

Software-definierter Speicher (SDS) ist eine Art der Datenspeicherung, bei der eine Softwareschicht die Speicherressourcen von der zugrunde liegenden physischen Speicherhardware-Infrastruktur entkoppelt. SDS nutzt Virtualisierung, um einen einheitlichen Pool von Speicherressourcen zu schaffen, die dynamisch durch Automatisierung oder manuell über ein API-Dashboard zugewiesen werden können.

Im Gegensatz zu herkömmlichen NAS- oder SAN-Systemen bietet SDS die Flexibilität, auf den komplexen Prozess der digitalen Transformation zu reagieren. So kann SDS beispielsweise Aufgaben im Zusammenhang mit der Speicherverwaltung erheblich rationalisieren, indem es Arbeitslasten im Zusammenhang mit der Bereitstellung, Überwachung und Fehlerbehebung automatisiert.

Speichervirtualisierung bezieht sich auf das Zusammenlegen physischer Speicherressourcen aus mehreren Speichersystemen, sodass es so aussieht, als ob der gesamte Speicher auf einem Gerät gespeichert ist. Im Gegensatz dazu abstrahiert SDS die Speicherdienste und trennt sie vom Gerät selbst. Benutzer verwalten die Speichervirtualisierung über eine Konsole, um die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Effizienz ihrer Daten- und Speicherressourcen für virtualisierte Server- und Desktop-Umgebungen sicherzustellen.

Hyperkonvergente Speicher sind eine Datenspeicherarchitektur, in der SDS-Ressourcen in einer hyperkonvergenten Infrastruktur (HCI) gebündelt und verwaltet werden.

Hyperkonvergente Speicher integrieren den gesamten Speicher zusammen mit Rechen- und Netzwerkfunktionen direkt in den HCI-Stack. Mithilfe der Virtualisierung entkoppelt HCI Speicherressourcen von einzelnen Hardwareteilen und macht hyperkonvergenten Speicher wesentlich flexibler und skalierbarer als herkömmliche Speicherlösungen.

Die Sicherheit der Datenspeicherung schützt Daten vor Ort und in cloudbasierten Umgebungen vor Datenschutzverletzungen, Cyberangriffen und anderen Sicherheitsbedrohungen.

Data Breaches sind kostspielig und stellen für Unternehmen eine anhaltende Belastung dar. Laut dem IBM Data Breach Kostenreport 2023 beliefen sich die weltweiten durchschnittlichen Kosten von Data Breaches in diesem Jahr auf 4,45 Mio. USD – ein Anstieg von 15 % innerhalb von drei Jahren. Der Bericht zeigte außerdem, dass Unternehmen, die KI im Sicherheitsbereich und Automatisierung umfassend nutzen, im Vergleich zu Unternehmen, die dies nicht tun, durchschnittlich 1,76 Mio. USD einsparen.

Unternehmen ergreifen Maßnahmen im Bereich Datensicherheit, um den Überblick über die Datenspeicher zu verbessern. Zu den Hardware- und Softwarefunktionen für die Speichersicherheit gehören spezielle Berechtigungen, Verschlüsselung, Datenmaskierung und Schwärzung vertraulicher Dateien. Die neuesten Sicherheitsspeicher-Softwarelösungen helfen auch dabei, die Berichterstattung zu automatisieren, um Audits zu optimieren und behördliche Anforderungen einzuhalten

Darüber hinaus ist die Cyber-Resilienz– die Fähigkeit eines Unternehmens, Cybersicherheitsvorfälle zu verhindern, ihnen standzuhalten und sich davon zu erholen – zu einem integralen Bestandteil der Datensicherheit geworden. Die Cyber-Resilienz hebt die Datensicherheit auf ein neues Niveau, indem sie Geschäftskontinuität und Notfallwiederherstellung (BCDR), Sicherheit von Informationssystemen und organisatorische Widerstandsfähigkeit kombiniert, um Unternehmen bei der Abwehr von Bedrohungen und dem Schutz ihrer Daten zu unterstützen.

Branchen, die Aufzeichnungen aufbewahren und die Datenintegrität wahren müssen (z. B. Gesundheitswesen, Behörden), können sich heute für einen unveränderlichen Speicher entscheiden, der gespeicherte Daten schützt, indem er Änderungen oder Modifikationen für einen bestimmten oder unbestimmten Zeitraum verhindert. Diese Dateisysteme ermöglichen den wiederholten Zugriff auf gespeicherte Daten, sobald sie erstellt wurden, aber nicht geändert werden und können dazu beitragen, Daten vor Manipulationen, Cyberangriffen und Ransomware zu schützen.