iSCSI und LUN auf dem NAS: So nutzen Sie Netzwerkspeicher wie eine lokale Festplatte

iSCSI auf dem NAS ist eine interessante Lösung, wenn klassische Netzwerkfreigaben über SMB oder NFS nicht mehr ausreichen. Datenbanken, Virtualisierung, bestimmte Unternehmensanwendungen oder Server-Workloads können von Block Storage profitieren – also Speicher, den das Betriebssystem ähnlich wie eine direkt angeschlossene Festplatte verwaltet.

Ein Synology-, QNAP- oder anderes kompatibles NAS kann dafür einen definierten Speicherbereich über das Netzwerk bereitstellen. Windows, Linux oder ein Hypervisor verbindet sich anschließend mit diesem Speicher und behandelt ihn als Blockgerät.

iSCSI ist damit eine Brücke zwischen klassischem NAS und einer SAN-ähnlichen Speicherarchitektur.

Was bedeuten iSCSI, LUN, Target und Initiator?

Um iSCSI zu verstehen, hilft zunächst die Unterscheidung zwischen File Storage und Block Storage.

Bei SMB oder NFS stellt das NAS fertige Dateien und Ordner bereit. Bei iSCSI stellt das NAS dagegen Speicherblöcke zur Verfügung. Der verbundene Server kann darauf beispielsweise NTFS, ReFS, ext4 oder ein anderes unterstütztes Dateisystem anlegen.

LUN – das virtuelle Laufwerk

Eine LUN (Logical Unit Number) repräsentiert den Speicherbereich, den das NAS dem Client zur Verfügung stellt. Aus Sicht des Servers kann dieser Bereich anschließend wie ein lokales Blockgerät erscheinen.

iSCSI Target

Das iSCSI Target befindet sich auf dem Speichersystem. Es stellt den Zugriff auf eine oder mehrere LUNs über das Netzwerk bereit.

iSCSI Initiator

Der iSCSI Initiator befindet sich auf dem Server oder der Workstation. Er baut die Verbindung zum Target auf. Windows Server und viele Linux-Distributionen bringen entsprechende Initiatoren bereits mit.

Kurz erklärt: iSCSI überträgt SCSI-Kommandos über ein IP-Netzwerk. Dadurch kann ein NAS einen Speicherbereich als Block Storage bereitstellen, der vom verbundenen Server ähnlich wie ein lokal angeschlossenes Laufwerk genutzt wird.

Wann ist iSCSI sinnvoller als SMB oder NFS?

iSCSI ist nicht grundsätzlich besser als eine klassische Freigabe. Die richtige Lösung hängt von der Anwendung ab.

Anwendungen, die Block Storage benötigen

Bestimmte Programme erwarten ein lokal verwaltetes Dateisystem oder ein Blockgerät. In solchen Fällen kann eine SMB-Freigabe ungeeignet sein, während ein iSCSI-LUN die benötigte Speicherstruktur bereitstellt. Die konkrete Unterstützung sollte trotzdem immer in der Dokumentation der jeweiligen Anwendung geprüft werden.

Virtualisierung

iSCSI wird häufig für Virtualisierungsumgebungen eingesetzt. Mögliche Einsatzbereiche sind VMware ESXi, Microsoft Hyper-V, Proxmox VE, virtuelle Festplatten, gemeinsam genutzter VM-Speicher sowie Test- und Entwicklungsumgebungen.

Ob iSCSI für eine konkrete Virtualisierungsplattform die beste Lösung darstellt, hängt unter anderem von Netzwerk, Redundanz, Storage-Layout und gewünschter Hochverfügbarkeit ab.

Datenbanken

Datenbankserver erzeugen häufig viele kleine, zufällige Lese- und Schreiboperationen. Hier können ein schneller Storage Pool, ausreichend RAM, SSD-Cache oder Flash Storage sowie ein leistungsfähiges Netzwerk entscheidender sein als die reine maximale Transferrate einer einzelnen HDD.

Unser Beitrag NVMe-SSD-Cache im NAS erklärt, bei welchen Workloads ein SSD-Cache tatsächlich Vorteile bringen kann.

Welche Netzwerkgeschwindigkeit braucht iSCSI?

iSCSI funktioniert grundsätzlich auch über Gigabit Ethernet. Für kleine Installationen, geringe I/O-Last oder Testumgebungen kann 1GbE ausreichend sein.

Bei mehreren virtuellen Maschinen, Datenbanken oder parallelen Clients wird das Netzwerk jedoch schnell zum Flaschenhals. Eine 1GbE-Verbindung bietet theoretisch rund 125 MB/s brutto. Ein modernes RAID aus mehreren Festplatten kann diesen Wert bei sequenziellen Zugriffen leicht erreichen oder überschreiten.

10GbE für anspruchsvolle Workloads

Für professionelle iSCSI-Umgebungen ist 10GbE deshalb häufig eine sinnvolle Basis.

Ein Beispiel aus dem aktuellen Sortiment ist das QNAP TS-632X 6-Bay NAS mit 2×10GbE SFP+.

Vor dem Einsatz sollte geprüft werden, ob das konkrete NAS-Modell die benötigten iSCSI-, Snapshot- und Virtualisierungsfunktionen in der verwendeten Softwareversion unterstützt.

Weitere Grundlagen finden Sie in unserem Ratgeber 10GbE-Netzwerk im Kleinunternehmen.

10GbE-Netzwerkkarte für den Server

Auch der Server benötigt eine passende Netzwerkschnittstelle. Für Systeme mit PCIe-Slot ist beispielsweise die Intel X520-DA2 Dual-Port 10GbE SFP+ verfügbar.

Zwei Ports können – bei entsprechender Unterstützung der gesamten Infrastruktur – unter anderem für getrennte Pfade oder redundante Storage-Netzwerke verwendet werden.

Weitere Adapter finden Sie in der Kategorie Netzwerkkarten.

Separates Storage-Netzwerk oder VLAN

Produktiv eingesetztes iSCSI sollte nicht unnötig mit normalem Büroverkehr konkurrieren. Eine sinnvolle Architektur kann beispielsweise aus einem eigenen VLAN für Storage, separaten physischen Netzwerkschnittstellen, einem dedizierten Storage-Switch, getrennten IP-Subnetzen sowie Firewall- und ACL-Regeln bestehen.

Das iSCSI-Netzwerk sollte insbesondere nicht direkt aus dem Internet erreichbar sein.

MPIO: mehrere Wege zum Storage

Bei geschäftskritischen Installationen kann Multipath I/O (MPIO) eingesetzt werden. Dabei stehen zwischen Initiator und Storage mehrere Netzwerkpfade zur Verfügung.

Das kann – abhängig von Betriebssystem, NAS und Konfiguration – zusätzliche Redundanz und teilweise auch bessere Lastverteilung ermöglichen. Zwei Netzwerkanschlüsse allein erzeugen jedoch noch keine funktionierende Multipath-Konfiguration.

CHAP und Zugriffsschutz

iSCSI sollte nicht als offener Speicher im LAN betrieben werden. Je nach NAS und Betriebssystem können unter anderem CHAP-Authentifizierung, IP-basierte Zugriffsbeschränkungen, VLANs, Firewall-Regeln und getrennte Management-Netze verwendet werden.

Die verfügbaren Sicherheitsfunktionen unterscheiden sich zwischen Herstellern und Geräten.

Welche HDDs eignen sich für iSCSI?

Bei iSCSI können – insbesondere bei mehreren Clients oder virtuellen Maschinen – dauerhaft hohe Schreib- und Lese-Workloads entstehen. Bei HDD-basierten RAID-Systemen sollten deshalb Laufwerke gewählt werden, deren Einsatzprofil zum NAS und zur erwarteten Arbeitslast passt.

Für RAID- und NAS-Anwendungen ist außerdem die verwendete Aufzeichnungstechnologie relevant. Unser Beitrag CMR vs. SMR bei NAS-Festplatten erklärt die Unterschiede ausführlich.

Seagate IronWolf Pro

Ein Beispiel aus dem aktuellen Sortiment ist die Seagate IronWolf Pro ST6000NT001 6 TB.

Das Modell besitzt 6 TB Kapazität, SATA 6 Gb/s, 256 MB Cache und 7200 U/min.

WD Red Pro

Als weitere Option ist die WD Red Pro WD6003FFBX 6 TB im Sortiment verfügbar.

Unabhängig von Marke und Produktfamilie sollten vor dem Kauf immer Modellnummer, NAS-Kompatibilitätsliste, Kapazität, RAID-Konfiguration und vorgesehene Workload geprüft werden.

Weitere Laufwerke finden Sie unter Interne Festplatten.

Muss eine iSCSI-Umgebung CMR-Festplatten verwenden?

CMR ist bei klassischen HDD-RAID-Workloads häufig die besser planbare Wahl. Trotzdem sollte nicht pauschal angenommen werden, dass jede NAS-HDD automatisch CMR verwendet oder dass ausschließlich ein bestimmter Festplattentyp technisch möglich ist.

Entscheidend sind das konkrete HDD-Modell, das NAS, der RAID-Level und das Zugriffsmuster. Für intensive Virtualisierungs- oder Datenbank-Workloads können außerdem Enterprise-HDDs oder SSD-basierte Storage Pools sinnvoll sein.

Snapshots sind wichtig – aber kein Backup

Viele moderne NAS-Systeme bieten Snapshot-Funktionen für LUNs oder Storage Pools. Snapshots können beispielsweise dabei helfen, einen früheren Speicherzustand wiederherzustellen.

Sie sind besonders praktisch bei Fehlkonfigurationen, versehentlich veränderten Daten, Tests und Updates sowie für eine schnelle Wiederherstellung.

Ein Snapshot ist jedoch kein vollständiger Ersatz für ein unabhängiges Backup. Wenn NAS, Storage Pool oder Administratorkonto kompromittiert werden, können je nach System auch Snapshots gefährdet sein.

Deshalb sollte eine iSCSI-Umgebung weiterhin Teil einer echten Backup-Strategie sein. Mehr dazu finden Sie in unserem Beitrag zur 3-2-1-Backup-Strategie.

USV für iSCSI-Storage

Bei Block Storage ist ein kontrolliertes Herunterfahren besonders wichtig. Verliert das NAS während aktiver Schreibvorgänge unerwartet die Stromversorgung, können offene Schreiboperationen, Dateisystem oder Anwendungen beeinträchtigt werden.

Eine USV ist deshalb für produktive iSCSI-Systeme sehr empfehlenswert. Unser Leitfaden Warum ein NAS-Server eine USV benötigt erklärt die wichtigsten Zusammenhänge.

Jumbo Frames: sinnvoll oder unnötig?

Jumbo Frames können in manchen Storage-Netzwerken sinnvoll sein, sind aber kein Muss für iSCSI. Wichtiger ist, dass die MTU auf dem gesamten Datenpfad konsistent konfiguriert wird.

NAS, Server, Switch und alle beteiligten Netzwerkinterfaces müssen zueinander passen. Eine teilweise konfigurierte Jumbo-Frame-Umgebung kann mehr Probleme verursachen als Nutzen bringen.

iSCSI oder SMB – welche Lösung ist besser?

Es gibt keinen pauschalen Sieger.

SMB eignet sich besonders für:

• gemeinsame Dokumente,
• Benutzerfreigaben,
• zentrale Dateiablagen,
• normale Office-Arbeit.

iSCSI eignet sich besonders für:

• Block Storage,
• bestimmte Server-Anwendungen,
• Virtualisierung,
• lokale Dateisysteme auf zentralem Storage.

In vielen Unternehmen werden beide Technologien parallel verwendet.

Praxis-Checkliste vor der Einrichtung

1. Unterstützt das NAS die benötigten iSCSI- und LUN-Funktionen?
2. Ist das verwendete RAID für die erwartete Workload geeignet?
3. Reicht 1GbE oder wird 10GbE benötigt?
4. Ist das Storage-Netz vom normalen LAN getrennt?
5. Sind Zugriffe auf Initiatoren eingeschränkt?
6. Wird CHAP oder eine vergleichbare Zugriffskontrolle verwendet?
7. Gibt es eine aktuelle Backup-Strategie?
8. Ist das NAS gegen Stromausfälle abgesichert?
9. Werden Snapshots regelmäßig getestet?
10. Wird bei kritischen Systemen MPIO benötigt?

Fazit

iSCSI auf dem NAS ermöglicht es, zentralen Netzwerkspeicher als Block Storage für Server und Workstations bereitzustellen.

Besonders interessant ist das für Virtualisierung, Datenbanken und Anwendungen, die nicht mit klassischen Netzwerkfreigaben arbeiten sollen oder können.

Für eine professionelle Installation reicht es jedoch nicht, lediglich ein LUN anzulegen. RAID, Laufwerke, Netzwerk, Zugriffsschutz, Backup und Stromversorgung müssen als Gesamtsystem betrachtet werden.

Eine leistungsfähige Basis besteht typischerweise aus einem geeigneten NAS-System, passenden NAS- oder Enterprise-Festplatten und – bei anspruchsvollen Workloads – einem separaten 10GbE-Storage-Netz.