Die NAS-FAQ

Alles, was man über Netzwerkspeicher wissen muss - Die richtigen Festplatten verwenden

In Kooperation mit Toshiba / QNAP

Wieso sollte man NAS-taugliche Festplatten verwenden?

Keine Desktop-Festplatten im NAS verwenden, das weiß mittlerweile jedermann. Seit mehr als zehn Jahren gibt es nun spezialisierte Festplatten für NAS-Systeme. Doch warum ist dies so wichtig? Eine normale Desktopfestplatte hat keine Freigabe für den Dauerbetrieb. Eine tägliche Nutzung wird für maximal 8-16 Stunden empfohlen. Ein NAS läuft aber oftmals 24 Stunden, 7 Tage die Woche, 365 Tage im Jahr - entsprechend sind an die Festplatten Anforderungen an eine längere Laufzeit zu stellen.

Auch werden im NAS sogenannte RV-Sensoren benötigt, welche die Schwingungen der laufenden Festplatten messen und dabei helfen diese zu verringern. Durch die von laufenden Festplatten emittierten Vibrationen können andere Festplatten im Betrieb gestört werden. Dies ist besonders wichtig, wenn man in einem Rechenzentrum ein NAS einsetzt und 24 Festplatten gleichzeitig in einem System stecken. 

NAS-Festplatten sind für derartige Zwecke ausgestattet und zertifiziert, und auch Garantiezeiträume sind entsprechend daraufhin abgestimmt. 

Welche Arten von NAS-Festplatten gibt es?

Im Großen und Ganzen wird bei NAS-Festplatten zwischen drei verschiedenen Arten unterschieden. Zum einen die normalen NAS-Festplatten wie die N300-Serie von Toshiba. Diese Festplatten besitzen bereits eine Freigabe zum Dauerbetrieb, haben jedoch einen maximum-rated-Workload (MRW) von 180 TB/Jahr. Wichtig ist auch, dass diese Festplatten nur in Geräten mit bis zu acht Einschüben verwendet werden dürfen. Mit 3 Jahren Garantie sind sie die richtige Wahl für Anwendungen im kleinen NAS-Bereich oder Desktop-RAID. Gerade im Heim- und Small-Office-Bereich wird man wohl nicht über die Kennzahlen kommen und kann diese NAS-Festplatten somit ohne Probleme einsetzen. 

Die zweite Gruppe umfasst die NAS-"Pro"-Festplatten. Diese besitzen eine MRW von 300 TB/Jahr und eignen sich für den Betrieb in leistungsfähigen NAS-Geräten mit bis zu 24 Festplatten-Einschüben. Dieser Bereich wird in Europa von Toshiba mit der MG-Serie abgedeckt.

Als dritte Gruppe von Festplatten zählen Enterprise-Laufwerke, die eigentlich für den Betrieb in größeren Storage-Servern gedacht sind. Sie verfügen über eine MRW von 550 TB/Jahr und dürfen somit nicht nur rund um die Uhr laufen, sondern auch rund um die Uhr schreiben und lesen. Die Enterprise-Festplatten der MG-Serie von Toshiba verfügen auch über eine entsprechende Garantie und bieten sich daher auch für Projekte mit großen Arbeitslasten und Geräten mit mehr als 24 Einschüben an.

Was ist CMR und SMR? Luft oder Helium? Welche Technologien sind zu beachten?

Neben der konventionellen Aufnahmemethode, auch genannt "CMR" (engl. für conventional magnetic recording), gibt es bei Festplatten auch eine Methode des überlappenden Schreibens, "SMR" (shingled magnetic recording). Hierbei schreibt die Festplatte alle anfallenden Daten in einen begrenzten Bereich, welcher ähnlich der Aufnahmemethode CMR arbeitet. Sobald dieser Bereich gefüllt ist, werden die Daten im eigentlichen Speicherbereich der Festplatte überlappend geschrieben. Hierbei muss die Festplatte fortwährend überprüfen, ob die Daten integer sind und oder ältere Daten überschrieben wurden oder fehlerhaft sind. Somit kann die Festplatte nicht bei einer anfallenden Operation durchschreiben, sondern muss nach Füllung des Zwischenspeichers zwischen Schreiben, Prüfen und Wiederherstellen wechseln. 

Während dieses Verhalten im Zusammenhang mit Einsparungen für eine einfache Desktopfestplatte akzeptabel ist, würde dies den Betrieb am RAID-Controller mit mehreren Festplatten erheblich stören. Aus diesen Gründen ist die korrekte Verwendung von geeigneten Festplatten im NAS obligatorisch. Toshiba bietet daher auch keine Festplatten mit SMR-Aufnahmemethode für den NAS-Einsatz an.

Hinsichtlich Helium- oder Luftfüllung sind zum heutigen Stand Festplatten mit einer Kapazität von 12 TB oder mehr Speicherkapazität nur realisierbar, wenn man das Gehäuse der Festplatte mit Helium befüllt und somit den Reibungswiderstand, in Verbindung mit einer geringeren Flughöhe der Schreib-/Leseköpfe über dem Platter, reduzieren kann. So können sowohl die Anzahl der in einem Gehäuse verbauten Platter als auch die Spurdichte erhöht werden. Qualitäts- oder größere Performance-Unterschiede gibt es jedoch nicht und es spricht nichts dagegen, kleinere Festplatten einzusetzen, wenn man keine größeren Kapazitäten benötigt.

Sind SSDs eine Alternative?

Auch SSDs sind für den Betrieb im NAS geeignet. Hierbei muss man aber zwei Anwendungsfälle unterscheiden. SSDs können zum einen als extra Zwischenspeicherlaufwerke (engl. Cache) genutzt werden, um ein bereits bestehendes Festplatten-Bündel (Array) zu beschleunigen. Stellt man beispielsweise im Betrieb fest, dass auf bestimmte Daten immer wieder zugegriffen wird und die Performance eines NAS nicht ausreicht, kann ein SSD-Cache helfen. 

Andererseits ist auch ein NAS verwendbar, welches nur SSDs als Speicherlaufwerke einsetzt. Hier werden die enorm höhere IOPS-Leistung sowie der niedrigere Verbrauch an elektrischer Leistung allerdings auch mit enormen Anschaffungskosten erkauft. Und auch sehr hohe Kapazitäten lassen sich mit SSDs noch nicht wirklich abbilden. Insofern lohnen sich solche All-Flash-NAS nur in bestimmten Anwendungszwecken in Unternehmensbereichen.

Toshiba N300 als Beispiel für eine NAS-Festplatte

Mit der N300-Serie hat Toshiba Festplatten extra für die Nutzung im NAS im Angebot. Diese Festplatten-Serie richtet sich an Anwender von NAS-Systemen mit bis zu acht Einschüben und einer maximalen jährlichen Transferrate von 180 TB. Mit der Freigabe zum Dauerlauf und den verbauten Sensoren zur Vibrationserkennung können die Festplatten auch im RAID-Betrieb eine gute Leistung erzielen. Dank 7.200 rpm und, je nach Modell, einem Cache von bis zu 512 MB, liegt die maximale sequenzielle Übertragungsrate - auch der kleineren Modelle - bei weit über 200 MB/s. Als leistungsfähige RAID-Festplatten verfügen alle Modelle der N300-Serie über die konventionelle Aufnahmemethode (CMR).

Bis einschließlich 10 TB kommen die Festplatten mit einer Luft-Füllung aus, ab 12 TB sind die Gehäuse mit Helium gefüllt und profitieren von geringerer elektrischer Leistungsaufnahme sowie einem reduziertem Betriebsgeräusch.

Die kleineren Modelle mit einer Speicherkapazität von 4 TB bis 8 TB wurden bereits im Rahmen der Modellpflege durch neue Modelle ersetzt und verfügen über eine Angabe von korrigierbaren Lesefehlern je gelesenem Bit von 1 je 10^15, was dem aktuellen Stand der Technik entspricht. Mit ihren 1,6 TB an Speicherplatz je Platter (8 TB - 4 TB) erreichen sie gegenüber ihren Vorgängern eine erheblich höhere Leistungsfähigkeit.

In Kooperation mit Toshiba / QNAP