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Grundlagen der Datenspeicherung
Es lassen sich zwei Arten von digitalen Informationen unterscheiden: Ein- und Ausgabedaten. Benutzerinnen und Benutzer liefern die Eingabedaten. Vom Computer kommen die Ausgabedaten. Die CPU eines Computers kann ohne die Benutzereingabe nichts berechnen und keine Ausgabedaten produzieren.
Eingabedaten können direkt in einen Computer eingegeben werden. Jedoch zeigte sich schon sehr früh im Computerzeitalter, dass ständige manuelle Eingaben von Daten zu zeit- und energieaufwändig wären. Eine kurzfristige Lösung für dieses Problem stellt der Arbeitsspeicher eines Computers dar, auch bekannt als Random Access Memory (RAM). Doch seine Speicherkapazität und -dauer sind begrenzt. Mit einem Nur-Lese-Speicher (ROM) können Daten, wie der Name bereits sagt, nur gelesen, aber nicht bearbeitet werden. Sie steuern die Grundfunktionen eines Computers.
Zwar wurden bei den Arbeitsspeichern durch dynamisches RAM (DRAM) und synchrones DRAM (SDRAM) große Fortschritte erzielt, doch sind sie immer noch durch ihre Kosten, den verfügbaren Platz und die Speicherdauer begrenzt. Sobald ein Computer ausgeschaltet wird, erlischt auch die Fähigkeit des RAM zur Datenspeicherung. Die Lösung? Datenspeicher.
Mit Datenspeicher können Daten auf einem Gerät gespeichert werden. Und sollte der Computer ausgeschaltet werden, bleiben die Daten erhalten. Anstelle einer manuellen Eingabe von Daten kann der Computer angewiesen werden, Daten von Speichergeräten zu laden. Computer können Eingabedaten je nach Bedarf von verschiedenen Quellen lesen und dann die Ausgabedaten entweder an denselben Quellen oder anderen Speicherorten erstellen und speichern. Datenspeicher kann auch gemeinsam genutzt werden.
Heute brauchen Unternehmen wie Benutzer große Datenspeicher, um dem hohen Bedarf an Rechenleistung durch Big-Data-Projekte, künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen und das Internet der Dinge (IoT) gerecht zu werden. Die Kehrseite der gewaltigen benötigten Datenspeichermengen ist der nötige Schutz gegen Datenverlust aufgrund von Katastrophen, Störungen oder Betrug. Um Datenverlust zu vermeiden, kann Datenspeicher auch als Datensicherungslösung eingesetzt werden.
So funktionieren Datenspeicher
Einfach ausgedrückt, können sich moderne Computer oder Endgeräte direkt oder über ein Netzwerk mit Speichergeräten verbinden. Computer werden angewiesen, auf Daten von diesen Speichergeräten zuzugreifen und Daten auf ihnen zu speichern. Dabei gibt es jedoch zwei grundlegende Aspekte einer Datenspeicherung: die Form, die die Daten annehmen, und die Geräte, auf denen die Daten aufgenommen und gespeichert werden.
Um Daten egal in welcher Form zu speichern, sind Speichergeräte nötig. Es gibt zwei wesentliche Arten von Datenspeichergeräten: Die sogenannten DAS-Speicher (direkt angeschlossene Speicher bzw. Direct Area Storage) und die netzwerkbasierte Speicherung.
Direct Area Storage, auch bekannt als DAS, speichert Daten, wie der Name schon sagt, direkt in einem angeschlossenen Speicherbereich. Dieser Speicher befindet sich häufig in unmittelbarer Nähe des Computers, mit dem er verbunden ist und der Zugriff auf ihn hat. Meistens ist es das einzige mit ihm verbundene Gerät. DAS eignet sich auch recht gut zur lokalen Datensicherung, doch ist die gemeinsame Nutzung eingeschränkt. DAS-Geräte sind beispielsweise Disketten, optische Datenträger wie CDs und DVDs, Festplatten, Flashlaufwerke oder Solid-State-Laufwerke (SSDs).
Netzwerkbasierte Speicher ermöglichen über ein Netzwerk mehr als einem Computer Zugang, wodurch sich dieser Speichertyp besser zur gemeinsamen Nutzung und Zusammenarbeit eignet. Durch seine Speicherfunktionalität an einem anderen Standort sind Datensicherung und -schutz verbessert. Zwei gängige netzwerkbasierte Speicherkonfigurationen sind Network-attached Storage (NAS) und Speichernetzwerke (Storage Area Network, SAN).
NAS besteht häufig aus einem einzelnen Gerät aus redundanten Speichercontainern oder einem Redundant Array of Independent Disks (RAID). SAN hingegen kann ein Netzwerk aus mehreren verschiedenen Geräten sein, inklusive SSD- und Flashspeicher, Hybrid-Speicher, Hybrid-Cloud-Speicher, Sicherungssoftware und -geräte sowie Cloudspeicher. Und so unterscheiden sich NAS und SAN:
NAS
- Einzelnes Speichergerät oder RAI
- Dateispeichersystem
- TCP/IP-Ethernet-Netzwerk
- Eingeschränkte Nutzerzahl
- Eingeschränkte Geschwindigkeit
- Eingeschränkte Erweiterungsoptionen
- Niedrigere Kosten und einfache Einrichtung
SAN
- Netzwerk aus mehreren Geräten
- Blockspeichersystem
- Fibre-Channel-Netzwerk
- Für mehrere Benutzer optimiert
- Schnellere Leistung
- Stark erweiterbar
- Höhere Kosten und komplexe Einrichtung
Flashspeicher sind eine Solid-State-Technologie mit Chips zum Schreiben und Speichern von Daten. Eine Solid-State-Flashfestplatte (SSD) speichert Daten mithilfe eines Flashspeichers. Im Vergleich zu Festplatten besitzt ein Solid-State-System keine beweglichen Teile und daher eine geringere Latenz, sodass weniger SSDs benötigt werden. Da die meisten modernen SSDs auf Flash basieren, ist ein Flashspeicher heute synonym mit einem Solid-State-System.
SSDs und Flash bieten einen höheren Durchsatz als Festplatten, doch reine Flash-Arrays sind häufig kostenintensiver. Viele Unternehmen verfolgen daher einen Hybridansatz, indem sie die Geschwindigkeit von Flash mit der Speicherkapazität von Festplatten kombinieren. Eine ausgewogene Speicherinfrastruktur hilft, die jeweils richtige Technologie für unterschiedliche Speicherbedürfnisse zu nutzen. Dies bietet einen wirtschaftlichen Weg für den Übergang von traditionellen Festplatten, ohne komplett auf Flash umzusteigen.
Cloudspeicher sind eine kosteneffiziente, skalierbare Alternative zur Datenspeicherung auf lokalen Festplatten oder in Speichernetzwerken. Cloud-Service-Provider ermöglichen die Speicherung von Daten und Dateien an einem anderen Standort, auf den entweder durch das öffentliche Internet oder eine spezielle private Netzwerkverbindung zugegriffen wird. Der Provider hostet, schützt, verwaltet und wartet die Server mit der zugehörigen Infrastruktur und gewährleistet jederzeit den Zugang zu den Daten.
Hybrid-Cloudspeicher bestehen aus privaten und öffentlichen Cloud-Elementen. Bei Hybrid-Cloudspeichern kann die Cloud für die Datenspeicherung ausgesucht werden. So eignen sich zum Beispiel hochgradig regulierte Dateien, die strengen Archivierungs- und Replikationsanforderungen unterliegen, besser für eine private Cloud-Umgebung. Hingegen können weniger sensible Daten in öffentlichen Cloud-Lösungen gespeichert werden. Manche Unternehmen nutzen Hybrid-Clouds auch, um interne Speichernetzwerke um öffentliche Cloudspeicher zu ergänzen.
Sicherungssoftware und -geräte schützen Daten vor Datenverlust durch Katastrophen, Störungen oder Betrug. Auf einem separaten Sekundärgerät regelmäßig Kopien von Daten und Anwendungen für eine etwaige Disaster-Recovery angelegt. Sicherungsgeräte können Festplatten, SSDs, Bandlaufwerke und Server sein, wobei Sicherungsspeicher auch als Service („Backup-as-a-service“ (BaaS)) angeboten werden. Wie die meisten As-a-service-Lösungen ist auch BaaS eine kostengünstige Option zum Schutz von Daten, da sie skalierbar an einem externen Standort gespeichert werden.
Daten können hauptsächlich in drei verschiedenen Formen aufgezeichnet und gespeichert werden: Als Datei-, Block- und Objektspeicher.
Dateispeicher, auch Speicherung auf Dateiebene oder dateibasierte Speicherung genannt, ist eine hierarchische Speichermethode zur Organisation und Speicherung von Daten. Mit anderen Worten: Daten werden in Form von Dateien gespeichert, in Ordnern organisiert und in einer Hierarchie aus Verzeichnissen und Unterverzeichnissen zugänglich gemacht.
Die Blockspeichertechnologie, manchmal auch Speicherung auf Blockebene genannt, legt Daten in Form von Blöcken ab. Diese Blöcke werden dann einzeln mit eindeutiger Kennung gespeichert. Blockspeicher werden für Situationen bevorzugt, in denen Daten schnell, effizient und zuverlässig übertragen werden müssen.
Objektspeicherung, auch objektbasierte Speicherung genannt, ist eine Datenspeicherarchitektur zur Bewältigung großer Mengen unstrukturierter Daten. Solche Daten lassen sich nicht ohne Weiteres in einer herkömmlichen relationalen Datenbank mit Zeilen und Spalten organisieren. Beispiele sind E-Mails, Videos, Fotos, Webseiten, Audiodateien, Sensordaten und andere Arten von Medien- und Webinhalten (mit und ohne Text).
Arbeitsspeicher von Computern und lokale Speicher für Unternehmensanwendungen bieten häufig nicht ausreichend Platz, Schutz, Zugriff durch mehrere Benutzer, Geschwindigkeit und Performance. Daher setzt ein Großteil der Unternehmen zusätzlich zu einem NAS-Speichersystem in irgendeiner Form SAN ein.
SAN
SAN wird manchmal auch als Netzwerk im Serverhintergrund bezeichnet und ist spezialisiertes, Server und Speichergeräte miteinander verbindendes Hochgeschwindigkeitsnetzwerk. Es besteht aus einer physische Verbindungen bereitstellenden Kommunikationsinfrastruktur. Damit kann ein Any-to-any-Gerät mithilfe untereinander verbundener Elemente wie Switches und Directors das gesamte Netzwerk überbrücken. SAN kann auch als Erweiterung des Speicher-Bus-Konzepts gesehen werden, das die Verbindung von Speichergeräten und Servern durch ähnliche Elemente, wie zum Beispiel lokale Netzwerke (LANs) und Weitverkehrsnetze (WANs) ermöglicht. Außerdem beinhaltet ein SAN eine Verwaltungsebene zur Organisation der verschiedenen Verbindungen, Speicherelemente und Computersysteme. Diese Ebene sorgt für die sichere und robuste Datenübertragung.
Bei traditionellen Systemen kann sich nur eine begrenzte Anzahl von Speichergeräten mit einem Server verbinden. Ein SAN sorgt hingegen für Flexibilität, da es einem einzelnen Server oder mehreren heterogenen Servern in verschiedenen Rechenzentren die Nutzung eines gemeinsamen Speichermediums ermöglicht. Bei einem SAN wird zudem die traditionelle dedizierte Verbindung zwischen einem Server und dem Speicher aufgehoben und damit auch das Konzept, dass im Endeffekt der Server die Speichergeräte beherrscht und verwaltet. Ein Netzwerk kann dadurch auch aus vielen verschiedenen Speichergeräten inklusive Festplatten, Magnetbändern und optischen Speichern bestehen. Und das Speichermedium kann sich weit entfernt von den Servern befinden, die es verwendet.
Die Komponenten eines SAN
Die Speicherinfrastruktur ist das Fundament, auf das sich alle Informationen verlassen. Daher muss die Speicherinfrastruktur die Ziele und das Geschäftsmodell des Unternehmens unterstützen. Eine SAN-Infrastruktur verbessert die Netzverfügbarkeit, den Datenzugriff und die Systemverwaltung. Die Bereitstellung von lediglich mehr und schnelleren Speichergeräten ist für eine solche Umgebung nicht ausreichend. Ein gutes SAN beginnt mit einer guten Planung.
Die Kernkomponente eines SAN sind Fibre Channel, Server, Speichergeräte sowie Netzwerk-Hardware und -Software.
Das erste Element einer SAN-Implementierung betrifft die Konnektivität der Speicher- und Serverkomponenten, für die typischerweise Fibre Channel genutzt wird. SANs, beispielsweise LANs, verbinden die verschiedenen Speicherschnittstellen miteinander zu vielen Netzwerkkonfigurationen und über größere Distanzen hinweg.
Die Serverinfrastruktur ist der tiefere Grund für alle SAN-Lösungen und diese Infrastruktur beinhaltet eine Mischung aus verschiedenen Serverplattformen. Durch Initiativen wie Serverkonsolidierungen und den Internethandel werden immer mehr SANs benötigt und Netzwerkspeicher immer wichtiger.
Ein Speichersystem kann aus Platten- oder Bandsystemen bestehen. Das Plattensystem kann Festplatten, SSDs oder Flashspeicher beinhalten. Das Bandsystem kann Bandlaufwerke, Band-Autoloader oder Bandbibliotheken umfassen.
Die SAN-Konnektivität besteht aus Hardware- und Softwarekomponenten, die Speichergeräte und Server miteinander verbinden. Die Hardware kann Hubs, Switches, Directors und Router beinhalten.
Transformieren und erweitern Sie Ihr Unternehmen mit einer umfassenden Speicherlösung, die Ihre bestehende IT-Infrastruktur integriert und aktualisiert und gleichzeitig Ihre Kosten senkt.
Beseitigen Sie getrennte Datensilos mit durchgängiger Flashtechnologie auf einem einzigen Plattformsystem durch einfachere Datenverwaltung – lokal oder in der Cloud.
Senken Sie Kosten und Komplexität durch Speichervirtualisierung Virtualisierte Speicher ermöglichen eine zentralisierte Verwaltung, um heterogene Umgebungen zu vereinfachen und verdeckte Kapazitäten aufzudecken.
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Softwaredefinierte Speicher bedeuten intelligentere Speicherlösungen. Koppeln Sie Wissen und Funktionalität von der Speicher-Hardware ab, um kompromisslos eine optimale Speicherkonfiguration zu erhalten.
Erfüllen Sie Ihre Ziele mit Speicherung in einer privaten Cloud.
Erhalten Sie aktuelle Erkenntnisse, Nachrichten und technische Updates in unserem Blog „Servers & Storage“. Erfahren Sie mehr über aktuelle Verbesserungen an Speichern und modernen Datenschutzlösungen sowie über den Einsatz von Bandspeicherlösungen und Technologien, mit denen Kunden Speicherkosten einsparen und ihre Daten besser schützen.
Finden Sie speicherspezifische Trainings im IBM Training Hub. Erfahren Sie das Neueste rund um das Thema Speicher, starten Sie ein Lernprogramm und sammeln Sie Badges oder entdecken Sie mehr auf eigene Faust. Lesen Sie weitere Artikel zum Thema Speicher.
Erfahren Sie, was ein Flashspeicher ist, und lernen Sie die Hauptarten von Flashspeichern kennen, die in Unternehmen zum Einsatz kommen. Lesen Sie über Anwendungsfälle und erfahren Sie, wie Sie mit Flashspeicher Ihre Geschäftsanforderungen erfüllen. Erfahren Sie mehr über die Geschichte und neuesten Trends dieses Speichertyps.
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