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Wie sich Daten von virtuellen Maschinen ausfallsicher speichern lassen
Stefan Hedwig
10. December 2021

Wie sich Daten von virtuellen Maschinen ausfallsicher speichern lassen

Heute nutzen fast alle Rechenzentren virtuelle Serverumgebungen, einige sogar hyperkonvergente Infrastrukturen (HCIs) mit virtualisiertem Storage. Die Sicherung der Daten sollte an die jeweilige Infrastruktur und die entsprechenden Geschwindigkeitsanforderungen angepasst sein. Speicherpools, die auf Network Attached Storage basieren, sind hier eine ideale Lösung.

 

Erfahren Sie in dem Beitrag:

 

Virtuelle Serverumgebungen benötigen einen leistungsfähigen, ausfallsicheren und zentralen Shared-Storage-Pool.  Klassische SAN-Lösungen arbeiten mit einer separaten Administration und proprietären Protokollen. Das ist aufwendig und erfordert entsprechendes Know-how. Zudem benötigen sie spezielle Karten, Switches und Kabel, welche das Budget schnell in die Höhe treiben können.

Direct Attached Storage (DAS) greift hier ebenfalls zu kurz. Dieses umfasst ausschließlich die direkt an den Servern angeschlossenen Speicherlaufwerke. Die Nodes eines Clusters stellen sich dabei gegenseitig ihre Daten zur Verfügung, was zu Lasten von Rechenleistung und Zugriffsgeschwindigkeit geht. Zudem lässt sich die Speicherkapazität eines Clusters nur mit großem Aufwand erweitern und sollten Probleme auftauchen, ist eine Fehlerbehebung nicht remote möglich.

Warum NAS die bessere Wahl ist

Bei einem Network Attached Storage (NAS) dagegen teilen sich die Nodes die vorhandenen Speicherkapazitäten in einem Ethernet-Speichernetz. Dieser Speicherpool lässt sich nach Bedarf flexibel ausbauen.

Als Storage-Protokoll können Betreiber entweder das blockorientierte iSCSI verwenden oder das auf Dateiverzeichnissen basierende Network File System (NFS). Grundlage beider sind TCP/IP-Übertragungen (Ethernet). Für echte Produktivumgebungen gilt iSCSI als das geeignetere Storage-Protokoll, weil es mit weniger Overhead auskommt. Für die Kommunikation verpacken die iSCSI-Initiatoren des Virtual-Maschine-Servers, die iSCSI-HBA (Host Bus Adaper) sowie die iSCSI-Targets (Speichereinheiten) die Daten zusammen mit iSCSI-Befehlen und versenden sie dann über das LAN. Am anderen Ende werden sie wieder entpackt und abgespeichert. Das Format der Dateien ist dabei irrelevant. Daher eignet sich iSCSI gut für das Speichern unstrukturierter Daten.

 

Welche Techniktrends für NAS-Lösungen ausschlaggebend sind

Das indische Marktforschungsunternehmen Mordor Intelligence hat in seiner aktuellen Studie „Global Network Attached Storage (NAS) Market (2021 – 2026)“ mehrere Technologietrends für diese Speichersysteme identifiziert:

1. Mit zunehmender Digitalisierung wachsen in Unternehmen die unstrukturierten Daten stark an, die mit einem NAS sicher abgespeichert werden müssen.

Moderne NAS-Lösungen unterstützen heute die gängigen Hypervisoren. Mit iSCSI sind unstrukturierte Daten wie Microservices, die als Objekte gespeichert werden, kein Problem. Objekte sind äußerst skalierbar und folgen keiner hierarchischen Datenstruktur. Somit eignen sie sich ideal für hochskalierbare Anwendungen in der Cloud sowie für schnell wachsende Datenmengen im IoT- und Big-Data-Umfeld.

2. Servervirtualisierung ist heute Stand der Technik und selbst NAS werden zunehmend Software-defined betrieben.

Die Speicherlösung muss auf die Anwendungen abgestimmt sein, die auf den zugeordneten Virtual Machines laufen. So benötigt zum Beispiel eine Speicherlösung am Edge, die per Industrial IoT erzeugte Sensordaten für eine Echtzeitanwendung abspeichern soll, einen schnellen Flash-Speicher. Oft positionieren Maschinen mit Sensordaten ein Bauteil. Nach diesem Vorgang sind die ermittelten Daten vorerst nicht mehr relevant. Zu Analysezwecken oder im Rahmen von Machine Learning können sie aber noch einmal herangezogen werden, um beispielsweise Modelle zu trainieren. Für dieses zentrale Storage der Sensordaten reichen Festplatten vollkommen aus.

Die Ausstattung mit Speichermedien ist somit individuell. NAS-Appliances stellen mehrere Slots bereit: PCIe- oder NVMe-SSDs als schnelle Flash-Speicher und Festplattenlaufwerke für weniger brisante Daten.

3. Die Speicherlösungen sind heutzutage mit umfangreichen Security-Tools ausgestattet, die vor unbefugtem Zugriff schützen.

Moderne NAS-Lösungen bieten branchenübliche AES-256-Verschlüsselung, Schutz auf Systemeben z. B. durch automatisches IP-Blocking sowie Schutz auf Benutzerebene z. B. durch mehrstufige Authentifizierungsmethoden oder individuelle Berechtigungseinschränkungen auf Basis von Dateien, Funktionen, Ordner- oder Anwendung.

Worauf bei NAS-Systemen geachtet werden sollte

Grundsätzlich sollte ein NAS als Shared Storage für virtuelle Umgebungen folgende Kernfunktionen bieten – und das unabhängig davon, ob es als Storage-Protokoll iSCSI oder NFS verwendet:

  • Zentrales Management für die virtuelle Storage-Infrastruktur
  • Virtuelles Disk-Pooling, automatisiertes Provisioning einzelner vDisks
  • Thin & Thick LUNs (Provisioning)
  • Prozessautomation
  • Synchrone Spiegelung (Hochverfügbarkeit)
  • Asynchrone und bi-direktionale Replikation
  • Snapshots
  • Offline–Backups

Bei iSCSI werden die Speicherkapazitäten in Thin und Thick LUNs vergeben. Bei Thin LUNs kann der Administrator Anwendern beispielsweise virtuell ganze Laufwerke zuordnen. Dabei besteht allerdings die Gefahr, dass die physische Speicherkapazität in Summe dafür nicht ausreicht (Overprovisioning). Bei Thick LUNs wird der angegebene Speicher fix im Storage-System reserviert. NFS kennt diese Unterscheidung nicht, hier muss zum Beispiel eine App das Provisioning bereitstellen.

Was ein hochverfügbares NAS ausmacht 

Die IT-Infrastruktur ist das Herzstück vieler Unternehmen. Wenn Angestellte nicht auf die Daten zugreifen können, fehlt ihnen ihre Arbeitsgrundlage. Deshalb sollte die komplette Infrastruktur inklusive Speichernetz hochverfügbar ausgelegt sein. Hochverfügbarkeit setzt in erster Linie Redundanz voraus. Die Speichersysteme sind mit zwei Netzteilen, zwei Netzwerkanschlüssen, einem RAID-System oder mit einem zusätzlichen Controller auszustatten. Die größte Sicherheit bieten zwei identische Systeme (synchrone Spiegelung). Fällt das eine aus, kann sofort auf das andere umgeschaltet werden.

Kontinuierliche Replikationen oder Snapshots ermöglichen bei einem Ausfall eine lückenlose Verfügbarkeit der Daten sowie eine schnelle Wiederherstellung. Zusätzlich kann regelmäßig ein Backup auf einem NAS-Server an einem entfernten Standort erfolgen. So bleiben die Daten selbst bei einem Brand erhalten.

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