Einsatz von SSD im NAS/SAN

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Inhaltsverzeichnis 1 Titel 2 Abkürzungsverzeichnis 3 Abbildungsverzeichnis 4 Tabellenverzeichnis 5 Einleitung 5.1 Ziel der Arbeit 5.2 Vorgehensweise 6 Speichertypen 6.1 Schnittstellen 6.1.1 IDE 6.1.2 S-ATA 6.1.3 SCSI 6.2 Magnet-Festplatten 6.3 Solid State Drives 6.3.1 Technik der SSD 6.3.2 Bauarten 6.3.2.1 SSD mit SLC-Flash-Chips 6.3.2.2 SSD mit MLC-Flash-Chips 7 Speicher im Netzwerk 7.1 Einsatzgebiete 7.2 Techniken 7.2.1 Network Attached Storage (NAS) 7.2.1.1 Definition 7.2.1.2 Funktionsweise 7.2.1.3 Vorteile 7.2.1.4 Nachteile 7.2.2 Storage Area Network (SAN) 7.2.2.1 Definition 7.2.2.2 Funktionsweise 7.2.2.3 Vorteile 7.2.2.4 Nachteile 8 Praxistest 8.1 Aufbau des Praxis-Test 8.2 Theoretische Grundlagen der Versuche 8.3 SSD im NAS 8.3.1 Vorteile gegenüber einer Magnetfestplatte 8.3.2 Nachteile gegenüber einer Magnetfestplatte 8.4 Magnetplatte im NAS 8.4.1 Vorteile gegenüber einer SSD 8.4.2 Nachteile gegenüber einer SSD 8.5 SSD im SAN 8.5.1 Vorteile 8.5.2 Nachteile 9 Fazit und Ausblick 10 Anhang 10.1 Fußnoten 10.2 Literatur und Quellenverzeichnis

1 Titel

Namen der Autoren:	Daniel Kirch; Tim Wagener
Titel der Arbeit:	"Einsatz von SSD im SAN/NAS"
Hochschule und Studienort:	FOM Essen

2 Abkürzungsverzeichnis

Abkürzung	Bedeutung
ATA	Advanced Technology Attachment
ATAPI	Advanced Technology Attachment with Packet Interface
BER	bit error rate = Bitfehlerhäufigkeit
bzw.	beziehungsweise
CD-ROM	Compact Disc-Read Only Memory
d. h.	das heißt
DASD	Direct Access Storage Device
DVD	Digital Versatile Disc
eSATA	External Serial Advanced Technology Attachment
eSATAp	External Serial Advanced Technology Attachment Powered
f	fortfolgend
FC	Fibre Channel
FC-AL	Fibre Channel Arbitrated Loop
FC-SW	Fibre Channel Switched Fabric
ff	fortfolgende
GAN	Global Area Network
GB	Gigabyte
GBit/s	Gigabits
IDE	Integrated Device Electronics
iSCSI	internet Small Computer System Interface
KB	Kilobyte
LAN	Local Area Network
MAN	Metropolitan Area Network
MB	MegaByte
Mbs	Megabits pro Sekunde
MLC	Multi-Level-Cell
MP3	Moving Picture Experts Group-1 Audio Layer 3
MTBF	Mean Time Between Failures = mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen
NAS	Network Attached Storage
o. g.	oben genannte
PAN	Personal Area Network
RAM	Random-access memory
s	Sekunde
S.	Seite
SAN	Storage Area Network
SAP R/3	Systeme, Anwendungen und Produkte in der Datenverarbeitung realtime/ drei Schichten
SAS	Serial Attached SCSI
S-ATA	Serial Advanced Technology Attachment
SCSI	Small Computer System Interface
SLC	Single-Level-Cell
SSD	Solid State Drive bzw. Solid State Disk
TByte	Terabyte
TCP/IP	Transmission Control Protocol / Internet Protocol
USB	Universal Serial Bus
vgl.	vergleiche
WAN	Wide Area Network
WD	Western Digital
z. B.	zum Beispiel

3 Abbildungsverzeichnis

Abbildungs-Nr.	Abbildung
1	40-poliger IDE Stecker zum Verbinden von IDE-Controller und IDE-Laufwerk
2	S-ATA Daten- / und Stromkabel
4	SCSI Controller mit SCSI-2 und Ultra-Wide SCSI Anschluss, sowie externem Ultra Wide Anschluss
5	Innenleben einer Magnet-Festplatte mit Schreib-/Lesekopf und den Magnetscheiben
6	Eine SSD der Trenscend mit 32 GB Kapazität in 2,5" Bauart
7	Eine Speicherzelle, verbaut in einer SSD; hier als SD-RAM
8	Schematischer Aufbau eines Floating-Gates
9	Ein NAS-Gerät der Firma Qnap mit guten Erweiterungsmöglchkeiten
10	Logo der Firma Transcend
11	Logo Western Digital
12	Screenshot Intel Perfomance Toolkit
13	Diagramm Datendurchsatz SSD
14	Datendurchsatz einer Magnetplatte im NAS
15	Integration eines San-Cache
16	50-poliger SCSI-2 Anschluss; Unten: 68-poliger Ultra-Wide SCSI Anschluss

4 Tabellenverzeichnis

Tabellen-Nr.	Abbildung
1	Daten Magnetfestplatten
2	Daten der Festplatte TS32GSSD25S-M
4	Technische Beschreibung der Festplatte WD WD5000AAKS
5	Technische Beschreibung des Server
6	Technische Beschreibung eines Clients
7	Messen der lese-Geschwindigkeit der Festplatte TS32GSSD25S-M
8	Schematischer Aufbau eines Floating-Gates
9	Messen der Schreib-Geschwindigkeit bei einer SSD
10	Logo der Firma Transcend
11	Logo Western Digital
12	Screenshot Intel Perfomance Toolkit
13	Diagramm Datendurchsatz SSD
14	Datendurchsatz einer Magnetplatte im NAS
15	Integration eines San-Cache

5 Einleitung

"Eine Investition in Wissen bringt noch immer die besten Zinsen." ^[1]

Wissen ist eines der kostbarsten Dinge, die der Mensch anderen geben kann. Deshalb ist das Speichern von Wissen in der Geschichte der Menschheit schon immer eines der wichtigsten Themen überhaupt gewesen. Wissen kann langfristig nur an die nächste Generation weitergegeben werden, wenn es in Büchern oder sonstigen Medien festgehalten und anderen zur Verfügung gestellt wird. So kann auch das Informations- und Wissensmanagement in einem Unternehmen mittel- bis langfristig großen Nutzen stiften, wenn es sinnvoll aufbereitet und allgemein zugänglich im Unternehmensnetzwerk gespeichert wird. Wissensmanagement wird mittlerweile als Teil des Kapitals gesehen, dabei spielt die sichere und schnelle Verfügbarkeit von Wissen bzw. dessen Daten, die Wissen beinhalten, eine wichtige Rolle^[2].

In den meisten Unternehmen ist die Möglichkeit der Informationsspeicherung leicht zu initialisieren, so ist das Computernetzwerk bereits Bestandteil vieler Firmen. Innerhalb dieses Netzwerkes Informationen abzuspeichern bedarf keines großen Aufwandes. Datenbanken oder einfache Dateiablagesysteme können von allen oder einem Kreis von Mitarbeitern genutzt werden, um Informationen zur Verfügung zu stellen, zu tauschen und auch um die operativen Geschäftsprozesse zu vereinfachen.

Dabei ist die Geschwindigkeit beim Abruf von Daten von wichtiger Bedeutung, z. B. wenn viele Personen in einem Unternehmen auf dieselben Daten zugreifen oder komplexe Anfragen an eine Datenbank gestellt werden. Sowohl das NAS als einfache Speichermöglichkeit, als auch das SAN für große Netzwerke großer Firmen sind gute Investitionen, um das Speichern von Daten zu ermöglichen.

In diesen Speichersystemen wird jeweils auf ein Speichermedium zurückgegriffen, das sich seit mehreren Jahrzehnten als bewährte Technik etabliert hat, die Magnet-Festplatte. Als eine mittlerweile ernst zu nehmende Konkurrenz ist der Flash-Speicher, vielen bereits bekannt als Datenspeicher in Digitalkameras, USB-Sticks und MP3-Playern. Diese Technik kann auch in einem Solid State Drive verbaut werden und dies mit einer sehr viel höheren Speicherkapazität, als man sie von o.g. Geräten kennt. Auch die Geschwindigkeit dieser SSDs ist durch verbesserte Techniken zur Magnet-Festplatte vergleichbar und in manchen Bereichen besser.

5.1 Ziel der Arbeit

Ziel diese Ausarbeitung soll es sein, zu prüfen, ob der Einsatz einer Solid State Disk sinnvoll ist. Dabei werden technische Aspekte, wie die Zugriffzeit oder auch die Datentransverrate, als auch wirtschaftliche Faktoren berücksichtigt und ausgewertet. Außerdem soll die Arbeit zeigen, wann es sinvoll sein kann, auf eine SSD umzusteigen und die möglichen Einsatzgebiete dieser aufzeigen. Ebenfalls wird die weitere Entwicklung der SSD beleuchtet und ihr Marktpotenzial aufgezeigt.

5.2 Vorgehensweise

Zuerst werden die Grundlagen in der Laufwerks-Technologie beschrieben sowie die Grundlagen im SAN, NAS Bereich und der dazu gehörigen Netzwerktechnologie. Danach wird der praktische Versuch beschrieben und dessen Ergebnisse, welche die Grundlage für alle weiteren Erkenntnisse darstellen. Dieser Versuch beruht auf der Grundlage eines kleinen Netzwerkes und soll ein NAS darstellen. Danach wurden verschiedene Tests, einmal mit einer SSD und einmal mit einer Magnet-Festplatte durchgeführt. Die kritische Betrachtung einer SSD in einem SAN wurde auf Grundlage theoretischen Wissens und aus den Ergebnissen das Praxis-Versuches hergeleitet.

6 Speichertypen

In einem NAS- bzw. SAN-System kommen in aller Regel Magnet-Festplatten als Speichermedium zum Einsatz. Um das Verständnis zu erhöhen, werden sowohl Funktionsweise, Gemeinsamkeiten, als auch die Unterschiede zwischen den klassischen Magnetplatten und den neuen Solid State Drives aufgezeigt.

6.1 Schnittstellen

Im Folgenden sollen zunächst die verschiedenen Möglichkeiten vorgestellt werden, mit denen man in einem NAS bzw. SAN die Speichermedien - Magnet-Festplatten und Solid State Drives - an das jeweilige System anschließen kann. Dabei gibt es für beide Laufwerksarten verschiedenste Anbieter, die alle gängigen Schnittstellen zum Anschließen anbieten. Die drei etablierten Schnittstellen werden detaillierter erklärt.

6.1.1 IDE

Der "Integrated Device Electronics" (IDE) Anschluss gilt seit über zwei Dekaden als der Standardanschluss, um in handelsüblichen Computern Festplatten und andere Laufwerke betreiben zu können. Zum Betrieb wird das ATAPI-Protokoll genutzt, welches eine parallele Datenübertragung ermöglicht. Zum Anschluss eines IDE-Laufwerkes benötigt man deswegen ein 40-poliges IDE-Kabel)^[3]. Die Besonderheit ist, dass sich an einem Kabelstrang zwei Laufwerke die Bandbreite teilen können bzw. müssen. Seit der Einführung des IDE-Standards hat sich die Bauweise von Steckern und Kabeln nicht verändert. Lediglich das Protokoll ATA wurde weiterentwickelt, um höhere Kapazitäten, schnellere Busübertragungen zu ermöglichen und andere Laufwerksformen anschließen zu können (z.B. CD-ROM-Laufwerk, DVD Laufwerk)^[4]. Übliche Controller besitzen einen primären und eine sekundären Anschluss für IDE-Kabel. Somit können an einem Controller bis zu vier Geräte angeschlossen werden. Die derzeit aktuelle Übertragungsgeschwindigkeit von IDE liegt bei 133 MB pro Sekunde, weshalb man diesen Stand auch als ATA/133 bezeichnet. Allerdings kann diese Geschwindigkeit nur mit einem 80-poligen Kabel erreicht werden. Zurzeit findet auf dem Markt eine Verdrängung der IDE-Schnittstelle zu Gunsten des S-ATA Anschlusses statt, was aber nicht heißen soll, dass für diesen Anschluss keine Laufwerke mehr produziert werden.

6.1.2 S-ATA

Der "Serial Advanced Technology Attachment" (S-ATA) ist die Weiterentwicklung des ATA Protokoll, das auch bei der IDE-Schnittstelle zur Geltung kommt. Man kann S-ATA deshalb auch als Nachfolger bezeichnen. Wie die Bezeichnung bereits erahnen lässt, findet bei S-ATA die Datenübertragung seriell, d.h. nacheinander, statt. Im Gegensatz zur parallelen Übertragung kann man hier physikalische Nachteile wie z. B. die Lornetzkraft, die Einfluss auf die Datenübertragung der Nachbardrahtader hat, ausschliessen^[5]. Um trotzdem einen hohen Übertragungsdurchsatz zu erhalten, wurde die Taktung der Datenübertragung erheblich gesteigert. Derzeit werden Übertragungsraten von bis zu 300 MB/s erreicht (S-ATA 3.0 Gbit/s). Höhere Geschwindigkeiten sind in der Entwicklung bzw. auch schon standardisiert^[6] . Da der herkömmliche IDE Anschluss mit seiner Übertragungsrate von 133MB/s bald an seine Grenzen, gerade im Hinblick auf SSD, stoßen wird, ist die Betrachtung von S-ATA (siehe auch Kapital 6.1) sehr wichtig im späteren Versuchsaufbau . Ein weiterer entscheidender Vorteil ist das "Hot-Plugin" (ab S-ATA 3.0 Gbit/s), das es erlaubt, die angeschlossenen Laufwerke während des Betriebes an- und abzuschliessen. Dies ist sowohl im NAS-, als auch im SAN-Betrieb sehr wichtig, um z. B. fehlerhafte Laufwerke zu ersetzten, ohne das Gerät herunterfahren zu müssen. Desweiteren gibt es eine Erweiterung der Spezifikation von S-ATA für das externe Anschließen von Laufwerken, genannt eSATA^[7]. Hierbei wurde extra auf eine höhere Schirmung des Kabels geachtet, und die Stecker der internen Kabel lassen sich durch inkompatible Steckertypen nicht für eSATA nutzen. Zurzeit wird an einer Version gearbeitet, die es erlaubt, Strom über den ATA-Port zu liefern, damit das angeschlossene Gerät nicht auf eine weitere Stromquelle angewiesen ist. Hier besteht noch Nachholbedarf gegenüber anderen Anschlussmöglichkeiten, wie z. B. USB und Firewire Diese neue Erweiterung nennt sich eSATAp^[8].

Dadurch, dass sowohl die IDE-, als auch die neuere S-ATA-Schnittstelle mit demselben Übertragungsprotokoll arbeiten, ist es sehr leicht möglich, durch einen einfachen Adapter auch ältere Geräte mit einem IDE-Anschluss an einem neuen S-ATA Controller zu betreiben.

6.1.3 SCSI

Ebenfalls wie der IDE Anschluss gibt es das "Small Computer System Interface" (SCSI) schon seit Ende der 1970er Jahre. Im Laufe der Entwicklungsgeschichte gab es viele Erweiterungen und verschiedenste Versionen, die auch mit neuen Steckersystemen einhergingen. Dabei können bis zu 14 Geräte an einen Controller angeschlossen werden. Generell wurde SCSI entwickelt, um jede Art von Peripheriegeräten an einen Computer anschliessen zu können^[9]. So gibt es auch Scanner, Bandlaufwerke und weitere Steuerungseinheiten für den SCSI Anschluss^[10].

Wichtig ist, dass die SCSI-Schnittstelle bisher ebenfalls mit einer parallelen Datenübertragung arbeitet und somit in der Entwicklungsstufe "Ultra-320" mit einer Transferrate von 320MB/s an ihre physikalischen Grenzen stösst. SCSI kommt vor allem in Servern und in Highend-Workstations zum Einsatz, da sowohl die Controller, als auch die Festplattentechnologie gegenüber IDE und S-ATA einige Vorteile bietet, gleichzeitig aber auch preislich höher liegen: Der SCSI-Controller entlastet die CPU, bzw. das gesamte Computersystem, da Schreib- und Lesebefehle vom Controller selbst durchgeführt werden. Auch die MTBF^[11] bei SCSI Festplatten liegt sehr viel höher als bei Festplatten für S-ATA bzw. IDE. SCSI beherrscht schon immer die Möglichkeit des "Hot-Plugin", d. h. es können während des Betriebes die Geräte an- und abgeschlossen werden. Und letztlich bietet SCSI Datenkabellängen von bis zu 16 Metern, was vor allem in Servern mit einem großen Festplattenverbund sehr wichtig ist^[12].

Da zur weiteren Übertragungsratensteigung nur noch eine serielle Datenübertragung in Frage kommt, wurde Serial Attached SCSI (SAS) entwickelt. Diese Technologie bietet gegenüber S-ATA vor allem für den Serverbereich, ähnlich wie schon SCSI selbst, einige Vorteile. Das Protokoll des SCSI Standards wird auch bei SAS verwendet. Ebenso ist SAS Hot-Plugin fähig. Es erlaubt eine größere Kabellänge, und die Festplatte kann mit einem zweiten Anschluss an einen weiteren Controller angeschlossen werden, das sogenannte Dual-Porting, so dass eine höhere Ausfallsicherheit gegeben ist^[13]. Ebenfalls ist ein großer Vorteil, dass SAS kompatibel ist zu S-ATA. Das heißt, es können auch preisgünstigere Festplatten an einem SAS Controller angeschlossen werden. Dies erlaubt es z. B. eine schnelle SAS Festplatte für den operativen Betrieb zu nutzen und eine günstige S-ATA Festplatte zur Datensicherung^[14].

Eine weitere Entwicklung des SCSI Protokolls ist iSCSI (Internet SCSI). So gelingt der Austausch von Daten über das TCP/IP-Protokoll, also dem Standardprotokoll in Netzwerken und auch im Internet^[15]. Dabei steht es in direkter Konkurrenz zu Fibre-Channel. Das iSCSI erlaubt es, dass ein Computer, der "Initiator" im Netzwerk auf eine Festplatte in einem anderen Computer, genannt "Target" zurückgreift. Dabei wird die Festplatte, bzw. der Netzwerkspeicher so vom "Initiator" angesprochen, als wenn die Festplatte im eigenen Gehäuse verbaut wäre^[16]. Dieses Protokoll erfährt zurzeit im Serverbereich, und hier vor allem im SAN, immer größerer Beliebtheit, da es im Gegensatz zu Fibre-Channel sehr kostengünstig und ohne großen Aufwand in gegebene Netzwerkstrukturen integriert werden kann. Fibre-Channel bietet mit seiner Lichtwellenübertragung zwar bis jetzt die höhere Bandbreite, doch sobald eine 10Gbit Übertragung über Kupferkabel möglich ist, ist dieser Vorteil wieder wett gemacht.

6.2 Magnet-Festplatten

Magnet-Festplatten, im Englischen auch "Hard Disk Drives" (HDD) genannt, bilden im Computerbereich das gängigste Speichermedium. Auch im Einsatz eines NAS bzw. SAN ist die Magnet-Festplatte das wichtigste Instrument zur Speicherung von Daten, sieht man einmal von der Langzeitarchivierung mit Magnetbändern ab. Wie der Name bereits hergibt, werden mit Hilfe der Magnetisierung Daten gespeichert. Dies geschieht, indem ein winziger Schreib-/Lesekopf über einer sich rotierenden Magnetplatte platziert wird und so binäre Daten entweder durch Magnetisierung auf die Magnetscheibe schreibt oder das so erzeugte Restmagnetfeld wieder liest. Dabei ist es wichtig, dass dieser Magnetkopf die Scheibe nicht berührt^[17]. In einem Abstand von heutzutage nur noch wenige Nanometern gleitet er über die Magnetscheibe, um Daten zu schreiben bzw. zu lesen^[18]. Die aktuell größte Magnet-Festplatte, d. h. mit dem meisten Speichervolumen, wird von der Firma Western Digital produziert und beträgt zwei TByte^[19]. Dies wird allerdings nur erreicht, indem mehrere einzelne Magnetscheiben übereinandergelegt werden. In einem einzigen Festplattengehäuse werden somit mehrere Scheiben verbaut. Eine Scheibe hat dabei zurzeit eine Kapazität von ca. 500 GByte (je nach Hersteller). Jede Scheibe besitzt dabei einen eigenen Schreib-/Lesekopf. Je nach Anzahl verbauter Magnetscheiben ergibt sich die Gesamtspeicherkapazität. Die Rotationsgeschwindigkeit der Magnetscheiben hat entscheidenden Einfluss auf die Schreib-/Lesegeschwindigkeit einer Festplatte. Gängige Magnet-Festplatten drehen sich mit einer Geschwindigkeit von 7.200 Umdrehungen pro Minute (rpm). Diese werden meist in normalen Computern im Home- und Officebereich verbaut. Benötigt man allerdings eine höhere Transferrate auf die Daten der Magnet-Festplatten, wie es sehr schnell im Serverbetrieb eines SANs vorkommen kann, werden auch Magnet-Festplatten mit 10.000 oder gar 15.000 rpm eingesetzt. Diese sind im Preis deutlich teurer und werden nur in Verbindung mit SCSI, SAS oder Fibre-Channel als Schnittstellenanschluss angeboten. Die schnelle Rotation erlaubt auch einen schnelleren Zugriff auf die Daten. D. h. wie lange die Magnet-Festplatte für eine Anfrage braucht, um mit dem Datenlesen zu beginnen. Dies nennt sich Zugriffszeit und wird in Millisekunden (ms) angegeben. Aktuelle Magnet-Festplatten sollten eine Zugriffszeit von weniger als zehn ms haben. Die schnellsten Magnet-Festplatten brauchen weniger als drei ms. Entscheidend sind in Serverbereich aber die Transferraten. Hier werden derzeit Geschwindigkeiten von bis zu 125 MB/s laut Herstellerangaben erreicht^[20].

Nachfolgend zeigt eine Tabelle die maximal möglichen Transferraten verschiedener Magnet-Festplatten inkl. der Zugriffszeiten mit der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit und der Schnittstelle^[21].

Hersteller	Bezeichnung	Lesegeschwindigkeit	Zugriffszeit	Rotationsgeschwindigkeit	Schnittstelle
Seagate	Barracuda ST31000528AS	125 MB/s	5,9 ms	7.200 rpm	S-ATA (3.0 GB)
Western Digital	VelociRaptor WD3000GLFS	122 MB/s	4,3 ms	10.000 rpm	S-ATA (3.0 GB)
Samsung	SP F1R HE103UJ	124 MB/s	6,4 ms	7.200 rpm	S-ATA (3.0 GB)
Hitachi	DS 7K1000.B HDT721010SLA360	116 MB/s	5,6 ms	7.200 rpm	S-ATA (3.0 GB)
Samsung	EcoGreen F2 HD502HI	111 MB/s	8,1 ms	5.400 rpm	S-ATA (3.0 GB)
Western Digital	Caviar Green WD10EADS	97 MB/s	6,9 ms	5.400 rpm	S-ATA (3.0 GB)

Tabelle 1: Daten Magnetfestplatten

Um die Zugriffsgeschwindigkeit auf die Daten einer Magnet-Festplatte weiter zu erhöhen, wird ebenfalls ein Cache auf dem Festplattengehäuse verbaut. Dieser Cache wird als Buffer genutzt, um häufig angefragte Daten zwischen zu speichern bzw. die Magnet-Festplatte ahnt gewisse Datenzugriffe voraus und speichert diese ebenfalls im Cache zwischen. Ein Zugriff auf genau diese Daten kann somit schneller erfolgen, da die Geschwindigkeit, mit der auf den RAM im Cache zugegriffen werden kann, wesentlich kürzer ist. Ebenfalls wird ein Cache für das Schreiben auf die Magnet-Festplatte verbaut. Die Daten, die sich im Cache ansammeln, können dann "in einem Rutsch" auf die einzelne Magnetscheibe geschrieben werden. Das geschickte Management von Schreiben und Lesen erhöht die Gesamtperformance der Magnet-Festplatte. Aktuell werden je nach Speichergröße bis zu 64MB als Cache verbaut^[22]. Gängig sind allerdings 16 - 32 MB.

Eine weitere Entwicklung sind sogenannte Hybrid-Festplatten. Diese werden mit einem Solid State Speicher - vergleichbar mit dem Cache - produziert. Dieser Speicher ist allerdings deutlich größer. Bis zu 3,2 GB bieten somit die Möglichkeit, die Geschwindigkeitsvorteile von Flash-Speicher und "billigem" Magnet-Speicher zu kombinieren^[23]. Letztlich muss sich allerdings noch zeigen, ob sich diese hybride Technik auf Dauer etablieren kann oder ob sie nur ein Übergang hin zur Solid State Drive ist.

6.3 Solid State Drives

Seit einigen Jahren befinden sich Solid State Drives, auch Solid State Disks genannt, auf dem Computermarkt. Der wesentliche Unterschied zu einer Magnet-Festplatte ist, dass die zu speichernden Daten nicht mehr auf einer Magnetscheibe gespeichert werden, sondern in einem Nicht-flüchtigem Speicher. Die drei größten Vorteile gegenüber einer Magnet-Festplatte sind die Zugriffsgeschwindigkeit auf die Daten, die Robustheit und dass die SSD nicht mehr auf einen rotierenden Speicher angewiesen ist, und somit viel Energie eingespart werden kann. Nachteil ist der zurzeit noch sehr hohe Preis für SSDs. Eine Wirtschaftlichkeitsprüfung macht die Vorteile schnell wieder zunichte. Durch den anhaltenden Preisverfall werden SSDs allerdings zunehmend attraktiver und werden zunächst aufgrund der kleinen Baugröße und der Stromersparnis in Mobiltelefonen, Camcordern, MP3-Playern und kleinen Notebooks verbaut. Derzeit erkennen sowohl Hersteller bisher konventioneller Magnet-Festplatten, als auch Hersteller von Flash-Speichern das Marktpotenzial der SSD und bringen in nur sehr kurzen Zeitabständen neue Modelle auf den Markt^[24]. Langfristig könnte so die SSD die Magnet-Festplatte vollständig ersetzen.

6.3.1 Technik der SSD

Die rasante Fortschreitung der Weiterentwicklung der SSDs und der rasche Preisverfall machen dieses Medium zunehmend auch für den Desktopbereich interessant. Um ein tieferes Verständnis zu erlangen, wird im Folgenden auf den Aufbau der SSD eingegangen und die Vorteile, die sich für den Nutzer ergeben, aufgezeigt. Zur Speicherung der Daten werden Flash-Speicherbausteine im Gehäuse der SSD verbaut. Dabei gibt es zwei gängige Flasharten, die eingesetzt werden: SLC-Flash und MLC-Flash^[25]. Auf den Unterschied wird näher in Kapitel 4.3.2 eingegangen. Ebenfalls befindet sich ein Controller im Gehäuse und organisiert die Lese- Schreib- und auch Löschvorgänge^[26]. Durch die direkte elektronische Anbindung vom Controller auf die Daten in den einzelnen Flash-Speicherbausteinen ist eine sehr kurze Zugriffzeit möglich. Diese kann sich bei modernen SSDs bis auf unter 0,1 ms belaufen, was einen deutlichen Vorteil gegenüber der Magnet-Festplatte darstellt. Dies ist neben der Robustheit der größte Vorteil der SSD. Je nachdem welcher Flash-Chip verbaut wird, ist die Datentransferrate ebenfalls sehr hoch. Hier bewegt man sich mittlerweile auf gleichem Niveau wie bei Magnet-Festplatten, wobei das Entwicklungspotenzial immer noch als sehr hoch einzuordnen ist. So sind beim Lesen bis zu 163 MB/s möglich^[27]. Beim Schreiben reduziert sich die Geschwindigkeit auf nur noch die Hälfte, da vor dem Schreiben neuer Daten die alten Daten gelöscht werden müssen. Auf diesen Schritt kann eine Magnet-Festplatte verzichten, da sie die Daten überschreibt. Desweiteren ist das Schreiben von sequenziellen Daten sehr viel effektiver als das zufällige Schreiben auf den Datenträger. Dies ist vor allem dadurch ein Nachteil, da die modernen SSDs auf das sogenannte "Wear Levelling" zurückgreifen müssen. Flash-Speicherchips können Daten nicht unendlich oft löschen bzw. neu schreiben. Bei jedem Lösch- oder Schreibvorgang nutzt sich die Oxidschicht des Halbleitertransistors, dem "Floating-Gate" in einer Speicherzelle ab. Je nachdem, welche Technologie (MLC/SLC bzw. Nand-/Nor-Speichertechnik) zum Einsatz kommt, kann die Speicherzelle mit einer bestimmten Anzahl an Lösch-/Schreibvorgängen mit Daten gefüllt werden. Aktuell sind es bei bis zu fünf Millionen Schreibzyklen, die eine SSD übersteht^[28].

Nachfolgend verdeutlicht die Tabelle der Transferraten verschiedener SSDs bei sequenziellem und zufälligem Zugriff^[29]:

Hersteller	Bezeichnung	Lesegeschwindigkeit(sequenziell)	Lesegeschwindigkeit(zufällig)	Schreibgeschwindigkeit (sequenziell)	Schreibgeschwindigkeit (zufällig)
Intel	X25-E	226 MB/s	150 MB/s	198 MB/s	13 MB/s
OZC Technology	OCZSSD2-1VTX120G Vertex Series	214 MB/s	47,6 MB/s	123 MB/s	8,0 MB/s
Patriot Memory	PE256GS25SSDR Warp Series SSD v3	147 MB/s	21,6 MB/s	72,6 MB/s	0,02 MB/s
Samsung	MMDOE56G5MXP	201 MB/s	k.a. (nicht messbar)	180 MB/s	k.a. (nicht messbar)

Tabelle 2: Daten SSDs

Damit im Laufe des Produktlebenszyklus alle Speicherzellen gleichmäßig abgenutzt werden, greift das o.g. "Wear Levelling" in die Koordination der zu belegenden Speicherzellen ein. Der Controller weiß um den Altersstatus einer bestimmten Speicherzelle und so können die zu speichernden Daten auf der gesamten SSD verteilt werden, um eine gleichmäßige Abnutzung der Speicherzellen zu gewährleisten^[30]. Diese absichtliche Fragmentierung der Daten hat nur beim Schreiben einen negativen Einfluss auf die Geschwindigkeit, nicht aber beim Lesen. Kommt es schließlich doch einmal zu einem Ausfall einer Speicherzelle bzw. einem bestimmten Block in der Speicherzelle, so wird dieser als "Bad-Block" d.h. nicht mehr benutzbar markiert. Gängige SSDs haben schon von Herstellerseite aus Reserve-Blocks, die einen frühzeitigen Verlust ausgleichen können. Ebenfalls werden zur Speicherung eine Bytes 10 Bit zugeordnet. So sind für jedes Byte zwei Reservebits vorgesehen, weshalb die Umrechnung von ein KB in 1024 Byte entfallen kann und man direkt mit ein KB gleich 1000 Byte arbeiten kann.

SSDs werden in verschiedensten Baugrößen angeboten. Kapazitäten bis 512 GB können in 1,8 oder 2,5 Zoll Laufwerken oder auch als Express- bzw. Compact Flash Card für den mobilen Einsatz realisiert werden. Generell ist die Bauart sehr flexibel anpassungsfähig, da die Speicherzellen nach keinem geometrischem Prinzip aufgebaut werden müssen. So können auch individuelle Bauarten z.B. fest installiert in einem Camcorder verwirklicht werden.

6.3.2 Bauarten

Wie bereits unter 4.3.1 erwähnt gibt es zwei verschiedene Controller- bzw. Speicherzellenarten, die in SSDs verbaut werden können: "Multi Level Cell" (MLC) und "Single Level Cell" (SLC). Bisher waren SLC-Flash-Chips die schnellere Alternative, da jedes Bit pro Speicherzelle einzeln angesprochen werden kann. Dies hat natürlich auch Auswirkungen auf den Preis. Die SLC-Technologie ist deutlich teurer als eine SSD mit MLC-Technologie. So kostet eine SSD der Firma Transcend mit 32 GB Speicher und gleiche Baugröße mit SLC das dreifache von dem mit MLC-Technologie^[31] . Beide Speicherverfahren arbeiten vorzugsweise mit der sogenannten NAND-Technologie. Diese bietet gegenüber der NOR-Technologie einige wesentliche Vorteile, speziell für die Verwendung in einer SSD. Die einzelnen Speicherzellen sind kleiner, dadurch ist eine höhere Speicherkapazität bei gleicher Größe möglich. Die Leistungsaufnahme ist geringer, die Lese-/ und Schreibgeschwindigkeit ist wesentlich höher und letztlich sind sowohl Controller als auch die Speicherzellen selbst günstiger im Vergleich zur NOR-Technologie. Nachteilig sind der relativ hohe Aufwand zur Steuerung und Adressierung der Speicherzellen, und dass das Eingreifen des Bad Block Managements, das zur Verlängerung der Lebensdauer beiträgt.

6.3.2.1 SSD mit SLC-Flash-Chips

Bei dieser Technik wird vom Controller in einer Zelle bzw. in einem Floating-Gate mit einem Transistor genau ein Bit gespeichert. D. h. es gibt nur zwei Zustände des Spannungsniveaus, nämlich 0 und 1. Dadurch wird das Floating-Gate zum einen schonender behandelt, was einen längeren Produktlebenszyklus zulässt. Zum zweiten ist die Zugriffsrate, als auch die Datengeschwindigkeit deutlich höher als bei den MLC-Flash-Speichern. Es entscheidet letztlich das Einsatzgebiet und die Wirtschaftlichkeit, ob eine SSD mit dem SLC-Verfahren zum Einsatz kommen sollte oder nicht.

6.3.2.2 SSD mit MLC-Flash-Chips

Die MLC-Technologie hat den Vorteil, dass auf nur einem Floating-Gate mehrere Bits gespeichert werden können. Dies wird durch unterschiedliche Spannungsniveaus erreicht. Zurzeit können bis zu vier Bits in nur einem Floating-Gate dauerhaft gespeichert werden^[32]. Dadurch erhöht sich zwar die Speicherkapazität einer Speicherzelle, - dies erklärt auch den wesentlich niedrigeren Preis - doch dies geschieht auf Kosten der Datengeschwindigkeit und auch der Datensicherheit, da es sehr viel schneller zu Lesefehlern kommen kann. Somit haben SSDs mit MLC-Flash eine höhere BER als welche mit SLC-Flash. Die erfordert auch ein höheres Fehlerkorrekturverfahren, was die Geschwindigkeit zusätzlich reduziert.

7 Speicher im Netzwerk

Damit Computer eine schnellere Kommunikation bzw. einen Austausch von Daten zulassen, wurde in der Vergangenheit fast zeitgleich mit der Entwicklung des Computers eine Möglichkeit zum Datenaustausch von mindesten zwei Computern geschaffen. Diese Struktur nennt man Netzwerk und kommt in der heutigen Form kabelgebunden oder auch als Funknetz vor. Vor allem in Unternehmen ist das Netzwerk von entscheidendem Vorteil für die Kommunikation und den Datenaustausch^[33].

Auch das gemeinsame Nutzen von Peripheriegeräten (z.B. Druckern oder Scannern) ist möglich. Es liegt demnach auch Nahe, Informationen, die von genereller Bedeutung sind oder auf die mehrere Personen gleichzeitig zugreifen müssen, an einem gesammeltem Ort zu speichern. Die erste Stufe eines Netzwerkausbaus ist das LAN^[34] . Meist beschränkt dessen Ausbreitung auf nur ein Gebäude oder Gebäudekomplex. Schon hier werden hierarische Strukturen aufgebaut, um eine sinnvolle Nutzung der Bandbreite zu gewährleisten. So können z. B. die Computer einer Etage in einem Bürogebäude untereinander mit 100 Mbit/s vernetzt sein, während die Etagen wiederum mit 1000 Mbit/s miteinander vernetzt sind. Die zweite Ausbaustufe ist das MAN. Hierbei breitet sich die Netzwerkstruktur über ein größeres Gebiet, z.B. einer Stadt aus. So können auch größere Werksgelände eines Unternehmens, wie z.B. das ThyssenKrupp-Produktionsgelände in Duisburg als MAN angesehen werden. Schließlich gibt es noch das WAN, welches ganze Länder, Kontinente oder sogar die gesamte Welt umspannt. Das Internet ist hierfür das beste Beispiel. Auch hier kann allgemeiner Speicherplatz, auf den sämtliche Benutzer Zugriff haben, zur Verfügung gestellt werden. Es gibt noch weitere Größendefinitionen wie z. B. das PAN oder auch das GAN. Der Fokus liegt allerdings auf den bereits genannten Netzwerkgrößen.

7.1 Einsatzgebiete

Seit etwa Ende der 1970er / Anfang der 1980er Jahre werden Netzwerke in Unternehmen eingesetzt. Bis dahin übernahmen Großrechner die Aufgabe des Netzwerkes, wenn es darum ging, Daten zu speichern^[35]. Die Mitarbeiter konnten von ihren Bildschirmarbeitsplätzen, einem sogenannten Terminal, arbeiten. D. h. alle Mitarbeiter arbeiteten an nur einem Rechnersystem. Schließlich wurde erkannt, dass es günstiger ist, einzelne Computer an jedem Arbeitsplatz aufzustellen und diese miteinander zu vernetzten. So hielt das Netzwerk Einzug in die Unternehmen^[36].

Allgemein formuliert muss ein LAN folgende Funktionen erfüllen^[37]:

• Datenverbund: Die angeschlossen Computer müssen in der Lage sein, miteinander kommunizieren zu können.

• Funktionsverbund: Angeschlossene Peripheriegeräte müssen allgemein nutzbar sein. Dazu gehört z.B. auch ein sicherer Internetzugang.

• Verfügbarkeitsverbund: Im Falle eines Ausfalls von einzelnen Komponenten müssen andere Geräte den Verlust ausgleichen können, um eine Mindestleistung aufrecht erhalten zu können.

• Leistungsverbund: Gemeinsam können mehrere Computer an einem Problem arbeiten und so ihre Kapazitäten bündeln.

• Lastverbund: Eine Funktion, die nur üblich ist, wenn in einem Netzwerk ein Großrechner komplexe Aufgaben berechnet und auf die Ressourcen nicht ausgelasteter Computer im Netzwerk zurückgreift.

Für Unternehmen bieten diese Funktionen auch eine erhebliche Anzahl an Vorteilen. Durch die Vernetzung wird die Nutzung gemeinsamer Ressourcen ermöglicht und das mit einer wesentlich höheren Zuverlässigkeit, auch bei Ausfall einzelner Komponenten. Dadurch ergeben sich auch Synergie-Effekte und somit Einsparpotenziale. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die leichte Erweiterungsmöglichkeit, sowohl von der Kostenseite her, als auch vom technischen Aufwand. Zum Vergleich: Es ist sehr viel einfacher im Netzwerk zusätzlichen Speicher zur Verfügung zu stellen, z.B. durch einen weiteren Server, als bei einem zentralen Rechnersystem, bei dem im Zweifelsfall die komplette Hardware ersetzt werden muss^[38]. Letztlich kann im Unternehmen ein sogenanntes Intranet installiert werden, über das die Mitarbeiter Zugriffe auf Informations- und Datenbanksysteme haben. Dies kann z. B. über SAP R/3 erfolgen oder auch über webbasierte Anwendungen. Weitere Services, wie Telefonbuchsuche, firmenrelevante Newsmeldungen, sowie ein Ideen- und Wissensmanagement sind ebenfalls möglich. Und natürlich kann auch Datenspeicher angeboten werden, so dass der einzelne Mitarbeiter z.B. ein persönliches Datenarchiv anlegen kann, oder es wird Speicher zur Verfügung gestellt, mit der eine Abteilung gemeinsam arbeiten kann.

Ebenfalls hat sich seit Mitte der 90er Jahre das Netzwerk in Haushalten etabliert. Die Technik ist vom Prinzip her dieselbe, nur sind die Ziele eines Aufbaus weniger umfangreich. Hier geht es weniger um Ausfallsicherheit, sondern vielmehr darum, einen Internetanschluss für alle Computer im Haushalt zugänglich zu machen und gemeinsamen Speicherplatz für z.B. die MP3- oder Fotosammlungen zur Verfügung zu stellen. In modernen Haushalten wird durch die einfachere Installation vorzugsweise mit WLAN gearbeitet^[39]. In Unternehmen ist dies aufgrund gegebener Sicherheitsrisiken in der Regel weniger verbreitet.

In privaten Haushalten wird zur Speicherung von Daten deshalb bei professioneller Einrichtung auf ein NAS zurückgegriffen. Dies ist ebenfalls in Unternehmensnetzwerken möglich. Bei großen Unternehmen mit vielen Desktop-Computern, Workstation und auch Servern kommt eher ein SAN zum Einsatz.

7.2 Techniken

Die Netzwerktechniken, die in beiden Fällen zum Einsatz kommen, sind fast identisch. Lediglich bei einem SAN wird für den höheren Datentransfer auch das Fibre Channel eingesetzt. Die einfachsten Netzwerkstrukturen in heutigen Unternehmen werden mit Ethernet realisiert. Dabei gibt es verschiedene Geschwindigkeitsstufen. Der erste Standard, der für Firmen, als auch für Privatanwender interessant war, ist der 10BaseT Anschluss. Dabei wird mit achtadrigen Kupferkabeln und 8P8C Steckern bzw. Buchsen ein Bussystem aufgebaut^[40]. Dabei kommunizieren die angeschlossenen Computer über ein Hub oder Switch miteinander. Das 10Base2 Verfahren konnte sich nicht durchsetzten, da die Technik sehr schnell an ihre physikalischen Grenzen stößt. So ist eine Erweiterung des Netzwerkes mit Hilfe des erforderlichen Koaxialkabels ab einem bestimmten Punkt nicht mehr möglich. Der 10BaseT-Anschluss ermöglicht eine Übertragungsgeschwindigkeit von 10 MBit/s^[41]. Durch die Weiterentwicklung dieser Technik etablierte sich schnell die 100BaseT-Übertragung. Neuere Netzwerkkarten, sowie neue Switsches erleichterten den schnellen Umstieg, da die verlegten Kabel und Steckersysteme weiter benutzt werden konnten. Mittlerweile hält das 1000BaseT, dem Gigabit-Ethernet, Einzug in die Unternehmen. Aufgrund der Geschwindigkeit von 1000 MBit/s ist es möglich, auf Dateien zuzugreifen, die auf einem Server, beispielsweise in einem SAN, abgespeichert sind, ohne einen merklichen Geschwindigkeitseinbruch beim Zugriff auf die Datei zu haben. Das derzeitige Schlußlicht der Entwicklung bildet 10GBaseT, das eine Geschwindigkeit von 10 Gbit, also 10.000 Mbit anbietet. Der große Verteil ist, daß auch diese Geschwindigkeit über Kupferkabel realisiert werden kann^[42]. Zwar werden an die Abschirmung des Kabels immer höhere Anforderungen gestellt, doch man ist nicht auf die teurere Glasfasertechnik angewiesen. 10GBaseT ist damit eine sehr ernst zu nehmende Konkurrenz zu Fibre Channel, das eine Übertragungsrate von vier bis acht GBit erlaubt. Als Standard zur Kommunikation in Netzwerken hat sich das TCP/IP-Protokoll entwickelt. Zuvor war das von der Firma Novell-Netware entwickelte Protokoll IPX/SPX Standard doch mit Abschwung des Unternehmens und mit der Integration von Internet-Services in das Firmen-LAN etablierte sich das Internet-Protokoll zum Standard. Das Protokoll arbeitet mit vier Ziffern, die die Werte 1 bis 255 annehmen können. Diese Werte dienen als IP-Adresse und stellen eine eindeutige Identifizierung im Netzwerk dar. Das größte Netzwerk ist dabei das Internet. Deshalb sind bestimmte Bereiche dieser Werte für den privaten Gebrauch und damit auch für Unternehmen reserviert. So können jeweils in einem Unternehmen folgende Werte verteilt werden^[43]:

• 10.0.0.0 bis 10.255.255.255

• 172.16.0.0 bis 172.31.255.255

• 192.168.0.0 bis 192.168.255.255

Insgesamt könnten also somit in einem einzigen Unternehmen 17.825.792 Computer mit einer IP-Adresse ausgestattet werden, ohne dass es zu IP-Konflikten durch eine Zweifachbelegung kommt. Allerdings müssen hierfür weitere technische Hürden genommen werden.

Als neuen Standard und als Konkurrenz zu Fibre-Channel kann das iSCSI avancieren. Wie bereits in Kapitel 4.1.3 erwähnt, wird dies vor allem im Bereich des SANs eingesetzt, da es hier kostengünstig und auch mit wenig Zeitaufwand installiert werden kann. Der Begriff des „iSAN“ ist hierbei als neue Wortkreation entstanden. Das Besondere an dem Protokoll iSCSI ist, dass es auf TCP/IP aufsetzt und somit ein Protokoll im Protokoll ist. Deshalb ist die Installation dieses Protokolls in einem Unternehmensnetzwerk so vorteilhaft^[44].

Allerdings gibt es auch Bestrebungen das Protokoll des Fibre Channel über TCP/IP zu ermöglichen. Leider gibt es Ansätze für Fibre-Channel over TCP/IP, als auch TCP/IP over Fibre-Channel, was schnell Verwirrungen stiften kann und somit den Vorzug zu iSCSI beschleunigen könnte^[45].

Sowohl bei SAN, als auch bei NAS spricht man von sogenannten Serverdiensten. In vielen Netzwerken in Unternehmen werden Server als Verwalter – man spricht auch von dem Host eines Netzwerks, was sinnhaft einem Diener gleichkommt – im Netzwerk eingerichtet, die die Organisation übernehmen und Dienste, die jedem Client zur Verfügung stehen, anbietet. Einfache Anwendungen sind z.B. E-Mail, Archivierung, gemeinsamer Internetzugang oder weitere Applikationen und Speicherung von Datenbanken. In größeren Unternehmen kommen ganze Serverfarmen zum Einsatz. Ganze Räume oder sogar Etagen werden genutzt, um eine Vielzahl von Servern unterzustellen und ins Netzwerk einzubinden^[46]. Meist kommt dabei die Technik von Blades zum Einsatz. Diese werden in einem Rack verbaut und teilen sich gewisse Komponenten wie z.B. das Netzteil. Blade-Server haben den großen Vorteil, dass jeder Computer aus der gleichen Hardware besteht, was eine Wartung der Systeme unwahrscheinlich vereinfacht^[47]. z.B. können einzelne Blades schnell ersetzt werden, da der neu eingebaute Blade genau die gleiche Hardware verbaut hat und somit das Betriebssystem keine neuen Treiber benötigt.

7.2.1 Network Attached Storage (NAS)

Das NAS bietet die Möglichkeit, in einem eigenständigen Gerät, das über einen Anschluss mit dem Netzwerk des Unternehmens oder auch im privaten Haushalt verbunden ist, Daten von anderen Computern zu speichern. Dabei ist die wichtigste Abgrenzung zu den „Direct Attached Storage Devices“ (DASD), also im Computer verbaute Festplatten, aber auch externe Laufwerke, die z.B. über USB oder eSATA angeschlossen sein können, dass im Gerät selbst ein eigenes Betriebssystem läuft, dass die Speicherung der Daten übernimmt.

7.2.1.1 Definition

In einem NAS-Gerät können eine oder auch mehrere Festplatten, die als Speicherplatz in Netzwerken angeboten werden können, verbaut werden. Dabei ist es gerätespezifisch abhängig, welche Art von Anschluss – S-ATA, IDE oder auch SCSI – oder auch wie hoch die Kapazität der Festplatte sein darf. Die Netzwerkanbindung erfolgt zumeist über 1000BaseT, da dieser genug Bandbreite liefert, um ohne spürbare Verzögerung auf die Dateien zuzugreifend. Ältere Geräte haben aber auch 100BaseT Anschlüsse verbaut.

Das NAS bietet somit die Möglichkeit, große Speichermengen im Unternehmensnetzwerk zur Verfügung zu stellen. Dabei kann das Gerät leicht in die bestehenden Strukturen integriert werden. Dabei können innerhalb des NAS verschiedene RAID-Konfigurationen zum Einsatz kommen, die zum einen Redundanzen der Dateien anfertigen, sogenanntes „Mirroring“, und/oder die Performance der Festplattenzugriffe und Geschwindigkeiten steigern, dem „Striping“. Durch das rudimentäre Betriebssystem, das im NAS eingerichtet ist, lassen sich wichtige Dienste, wie z.B. die Vergabe von Speicherplatz, verschiedene Freigabeebenen für die Mitarbeiter oder auch Dateiverschlüsselung realisieren.

7.2.1.2 Funktionsweise

Um das NAS mit seinem Betriebssystem betreiben zu können, benötigt es nicht nur einen einfachen Festplattencontroller, sondern es werden sogar CPUs verbaut, die Grundlage für die schnelle Abwicklung von Dateizugriffen sind^[48]. Dabei geschieht der Zugriff dateibasiert. D.h. der Computer, der eine Datei anfragt, gibt diese Anfrage weiter an das NAS-Gerät. Der Computer selbst weiß somit nicht, auf welcher und wo genau die Datei im NAS gespeichert ist. Nur das NAS selbst kennt den genauen Speicherort – der Zugriff erfolgt hier blockbasiert – und stellt die Datei für den Computer zur Verfügung. Dadurch lässt sich sogenanntes „Filesharing“ realsieren. Mehrere Benutzer, bzw. Computer haben die Möglichkeit, auf ein und dieselbe Datei zuzugreifen. Allerdings sind die Möglichkeiten von NAS-Systemen nicht unendlich. Letztlich macht der Einsatz nur bis zu einem gewissen Speichervolumen Sinn. Da z.B. der „Protokoll-Overhead“, also Informationen, die nur durch den Versand über das Netzwerk vonnöten sind, wie z.B. die IP-Adresse, den Datenfluss unnötig ausbremsen^[49].

7.2.1.3 Vorteile

• Einfache Installation
  • Direkte Integration ins bestehende Netzwerk
  • Betriebssystem im NAS ist auf seine Kernfunktionen beschränkt.

• Einfache Anwendungen werden direkt vom Gerät erfüllt
  • Automatisiertes Backup von Computern im Netzwerk
  • Automatisierte Downloads, z.B. Bittorrent
  • Verschlüsselung von wichtigen Dateien

• Leichter administrativer Aufwand
  • Einfache Installation durch Wizards, die im Betriebssystem verankert sind
  • Zuweisung von Speicherplatz für den einzelnen Computer/Benutzer möglich

• Weitere Vorteile:
  • Druckerserver
  • Geringerer Stromverbrauch im Vergleich zum konventionellen Server
  • Günstig im Vergleich zum SAN, aber auch im Vergleich zum Server, bei dem angebotene Dienste aufwändig installiert werden müssen
  • Weitere Geräte, wie z.B. DVD-Lqaufwerke mit Schreibfunktion, können zur Langzeitdatenarchivierung verbaut sein

7.2.1.4 Nachteile

• Nicht erweiterbar
  • Nur eine gewisse Anzahl von Festplatten kann verbaut werden
  • Bandbreite wird vom Netzwerk abgegriffen, was eine Erweiterung von weiteren NAS Geräten wiederrum erschwert

• Anbindung an das Netz ist zurzeit nur mit 1000MBit/s möglich. Hier kann zukünftig das 10 GB-Netzwerk oder auch Fibre-Channel Abhilfe schaffen

7.2.2 Storage Area Network (SAN)

Vor allem in großen Unternehmen entwickelt sich die Netzwerkstruktur ständig weiter. Neue Gebäude werden verkabelt und an das Netzwerk angebunden, weitere Computer im Netzwerk installiert. Bei solchen Erweiterungen kann das NAS nur unzureichend als Speichermedium herhalten, da es zum einen nicht die nötigen Kapazitäten bieten kann, zum zweiten wird das Netzwerk durch zu viele Datenverbindungen überlastet und zum dritten bietet das NAS oder auch einfach Serversysteme nur eine unzureichende Flexibilisierung, einhergehend mit einer höheren Effizienz, der Speicherkapazitäten. In Firmen mit großen Netzwerken bietet sich hierfür ein sogenanntes "Storage Area Network" (SAN) an. Dieses SAN ist in einfachen Worten zu verstehen als ein Netzwerk im Netzwerk, das nur dazu dient, Datenspeicher zur Verfügung zu stellen und ein effizientes Speicher- und Zugriffsmanagement durchzuführen (siehe auch Abbildung 11).

7.2.2.1 Definition

Das SAN ist dabei isoliert von den übrigen Netzwerktopologien und darauf optimiert Daten von und zu den Speichermedien zu bewegen. Dabei hat sich das Fibre Channel als Anbindung der Speichermedien etabliert und ist zum Quasi-Standard geworden. Dies erlaubt einen Zugriff auf die Daten von bis zu 8 Gbit/s und kann eine Reichweite von bis zu 10 km realisieren^[50]. Dabei wird auf das SCSI-Protokoll zurückgegriffen, welches bereits in Kapitel 4.1.3 behandelt wurde. Der Zugriff von einzelnen Computern im Netzwerk erfolgt über einen Server, dem sogenannten Backbone. Dies ist der Knotenpunkt zwischen dem normalen LAN des Unternehmensnetzwerkes und dem separaten SAN-Netzwerk. Dabei können mehrere Backbones, die alle einen Zugriff auf das SAN ermöglichen installiert werden. Durch diesen dedizierten Aufbau und der Möglichkeit, dass die einzelnen Server auch untereinander kommunizieren können, man spricht dabei von "Server to Server", "Storage to Storage" oder auch "Server to Storage", macht das System sehr stabil und flexibel^[51]. Dabei wird auch die Geschwindigkeit der Datenübertragung, als auch der Datenzugriff gesteigert. Auch im SAN können RAID-Systeme eingebaut werden und automatisierte Backupsysteme realisiert werden. Dies erhöht die Redundanz der Daten und damit die Datensicherheit ungemein.

7.2.2.2 Funktionsweise

Der Zugriff aus dem LAN von einem Computer erfolgt nicht dateibasiert, sondern blockbasiert. D. h. beim Zugriff auf bestimmte Daten "weiß" der Computer, wo diese Daten auf der Festplatte abgespeichert sind. Dies ist natürlich nicht ganz richtig, denn erst der Server übersetzt diese Anfrage und kennt schließlich die genaue Position der Daten im NAS-System. Der Vorteil bei dieser Art von Anfrage ist, dass die zur Verfügung stehenden Kapazitäten von Speicher von NAS-System selbst verwaltet werden und nicht, wie beim SAN, ein fester Prozentsatz an Speicher dem einen Rechner zugeordnet ist. Dabei findet eine Vitalisierung des Datenspeichers statt. Der Computer denkt somit, auf eine normal verbaute Festplatte zuzugreifen^[52]. Auch die Nutzlast des Netzwerkes innerhalb des SANs ist dadurch besser ausgelastet. Um Gegensatz zum NAS, dessen Nutzlast nur bei 60% liegt, kann das SAN 90% seiner Übertragungskapazitäten nutzen, um die eigentlichen Daten zu transportieren^[53]. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Übertragung zwischen Server und Speicher oder auch zu zwei Servern untereinander zu realisieren. Zunächst gibt es die Point to Point-Topologie, die eine Full-Duplex Datentransferrate von 200Mbit/s erlaubt. Das Fibre Channel erlaubt aber auch eine andere Aufbaumöglichkeit, wie das Arbitrated Loop (FC-AL) oder auch das Switched Fabric (FC-SW). Bei ersterem wird das FC-Netzwerk in Form einer Schleife (Loop) aufgebaut und kann so bis zu 126 Knoten haben^[54]. Beim FC-SF wird das Netzwerk in einer Bus-Topologie aufgebaut und die Daten unter Zuhilfenahme eines FC-Switches verteilt. Theoretisch können so bis zu ca. 16 Millionen Knoten in nur einem Netzwerk realisiert werden^[55].

7.2.2.3 Vorteile

• Flexibler und damit kostengünstiger Einsatz von Speicherkapazitäten
• Umfangreiche Daten und Übertragungssicherheit durch dedizierte Netzwerktopologien und Redundanzen der Daten
• Große Netzwerke über mehrere Kilometer Reichweite können realisiert werden
• Leichte Erweiterungsmöglichkeiten für zusätzlichen Speicher
• Keine realistischen Kapazitätsgrenzen
• Hardware verschiedenster Hersteller lassen sich in einem SAN installieren
• Einfaches Management der SAN-Administration

7.2.2.4 Nachteile

• Sehr hohe administrativer Erstaufwand
• Hohe Kosten bei der Erstinstallation
• Höherer Energiebedarf der Komponenten im Vergleich zum NAS-System
• Noch kein einheitlicher Standard, der die Kommunikation der einzelnen Komponenten verschiedener Hersteller in einem SAN garantiert

8 Praxistest

8.1 Aufbau des Praxis-Test

Mit diesem Praxis-Test soll dargestellt werden, welche Vorteile eine SSD im Netzwerkeinsatz bringt. Es wird ein Netzwerk aufgebaut mit einem Server und fünf Clients. Es soll in verschiedenen Test ergründet werden, ob eine SSD einen Performance-Vorteil gegenüber einer Magnet-Festplatte hat. Im folgenden werden die technischen Daten der SSD dargestellt, die die Grundlage dieses Testes bildet. Es wurde eine SSD von der Firma Transcend verwendet.

Die genaue Produktbezeichnung lautet TS32GSSD25S-M In der folgenden Tabelle finden Sie die Angaben des Herstellers.

Bezeichnung	Eigenschaft
Schnittstelle	SATA ||
Kapazität	32GB
max. Geschwindigkeit lesen	150 MB/s
max. Geschwindigkeit schreiben	90 MB/s

^[56]

Tabelle 2 Daten der Festplatte TS32GSSD25S-M

Da die Firma Transcend selber keine Magnetfestplatten herstellt, wurde eine Magnet-Festplatte der Firma Western Digital verwendet, um die Tests durchzuführen. Es wurde eine WD WD5000AAKS verwendet.Wie schon in den voran gegangenen Kapitel beschrieben wurde, nutzt die Magnet-Festplatte einen Cache. Dieser ist dazu gedacht, die langsamen Schreib- und Lese-Geschwindigkeiten, die physikalisch bei einer Magnet-Festplatte bedingt sind, zu beschleunigen. Die technischen Merkmale stehen in der nachfolgenden Tabelle.

Bezeichnung	Eigenschaft
Schnittstelle	SATA ||
Kapazität	500GB
max. Geschwindigkeit lesen/schreiben (Buffer to Disk)	70 MB/s
max. Geschwindigkeit lesen/schreiben (Buffer to Host)	3 GB/s

^[57]

Tabelle 3: Technische Beschreibung der Festplatte WD WD5000AAKS

Im nachfolgenden wird der Aufbau des Netzwerkes beschrieben, welches als Grundlage für die nachfolgenden Tests dient. Zuerst werden die technischen Details des Servers beschrieben, diese stehen in der nachfolgenden Tabelle. Aus mangelnder Relevanz für die nachfolgenden Tests wird die Perepherie des Servers sowie der Clients nicht beschrieben, auch optische Laufwerke werden nicht mit aufgeführt. Die beiden Festplatten, die zu dem Test zur Verfügung stehen, werden jeweils an den gleichen SATA || Port in den Server angeschlossen.

Bezeichnung	Eigenschaft
OS	Windows Server 2003 Service Pack 2 Ver 5.2.3790[58]
Festplatten	TS32GSSD25S-M oder WD5000AAKS
Mainboard	Intel S5500WB[59]
CPU 2x	Intel Xeon 3.0 Ghz je Kern, 4 Kerne vorhanden[60]
Arbeitsspeicher	8GB Kingston KVR600/D3[61]

Tabelle 5: Technische Beschreibung des Server

Der Server stellt einen einfachen Datenspeicher da, ein NAS. Auf der Grundlage des OS Windows 2003 Server wird eine einfache Dateifreigabe erstellt werden, mit Hilfe von Laufwerksverknüpfungen der einzelnen Clients werden Datei-Zugriffe ermöglicht. In der nachstehenden Tabelle sind die technischen Details eines der Clients beschrieben.

Bezeichnung	Eigenschaft
OS	Windows Vista Business Service Pack 2[62]
Festplatten	WD5000AAKS
Mainboard	Asus P5K-PL[63]
CPU	Intel DualCore E8400[64]
Arbeitsspeicher	4GB Kingston KVR533/D2[65]

Tabelle 6: Technische Beschreibung eines Clients

Die fünf Clients sind im Netzwerk über ein Linksys EtherFast 10-/100 Switch verbunden. Alle Clients sind mit einem ca 10m langen Cat 5 LAN Kabel an dem Switch angeschlossen. Der Datendurchsatz soll mit der Software HD-Tune in der Version 3.5 Pro durchgeführt werden^[66]. Mit Hilfe dieser Software soll einmal eine reine Geschwindigkeitsmessung durchgeführt werden d.h. die Herstellerangaben, hinsichtlich Geschwindigkeit lesen und schreiben, soll überprüft werden.

8.2 Theoretische Grundlagen der Versuche

In dem ersten Versuch soll nur gezeigt werden, ob die Herstellerangaben der einzelnen Festplatten der Wahrheit entsprechen. In diesem Fall werden die einzelnen Festplatten an einen SATA || Port des Mainbords Intel S5500WB angeschlossen. Die Geschwindigkeit dieser Schnittstelle ist mit 3GB/s angegeben^[67]. Danach soll mit Hilfe des Programms HD Tune 3.5 Pro ein Benchmark durchgeführt werden. Das Programm simuliert Lesen- und Schreib- Zugriffe auf die Festplatte. Dabei wird das Test-Programm direkt auf dem Server installiert.

In einem zweiten Versuch sollen Zugriffe über das Netzwerk simuliert werden. Dabei sind die beiden Festplatten wieder an einem Sata || Port angeschlossen. Das Programm ist aber jetzt auf einem Client installiert. Die Eigenschaften des Clients wurde in dem vorigen Kapitel beschrieben. Es soll die Geschwindigkeit beim Lesen und Schreiben, über das Netzwerk gemessen werden. Wenn man rein die Zahlen betrachtet, die laut Herstellerangaben zur Verfügung stehen, sollte es keinen Geschwindikeitsvorteil der Transcend SSD gegenüber der Magnetfestplatte von Western Digital geben. Der so genannte "Flaschenhals" ist in dem Falle die langsame Netzwerkverbindung. Die Geschwindikeit der Netzwerkverbinung beträgt nur 100Mit/s, Die Lese- und Schreib- Geschwinigkeit der Magnetfestplatte theoretisch aber 3Gbit/s. Bei der SSD 150Mbit/s lesen. Somit müsste der Zugriff über das Netzwerk die ganzen 100Mbit/s beanspruchen. Zu dem Zeitpunkt des Test wird, von keinem weiteren Programm Traffic über das Netzwerk generiert

In einem dritten Test sollen verteilte Zugriffe über das Netzwerk simuliert werden. Das Programm Intel NAS Performance Toolkit wird auf 5 Clients installiert^[68]. Alle fünf Clients haben ein Lese- und Schreib-Zugriff auf ein Laufwerk, welches die jeweiligen Festplatten darstellen. Die Beschreibung des Clients befindet sich im vorigen Kapitel. Das Programm kann eine Datei einer bestimmten Größe erzeugen, man kann wählen zwischen HD-Video Files oder Fotodatenbanken, die Software emulieren soll. Die unten stehende Grafik zeigt einen Screenshot des Programms. Dies wird File-Benchmark genannt. Es wurden folgende Tests durchgeführt: File copy to Nas, File Copy from NAS, Dir Copy to Nas und Dir copy from NAS. Die Datei wird auf das Netzlaufwerk des Servers geschrieben, dabei wird die Geschwindigkeit gemessen. Auch hier ist der "Flaschenhals" wieder das Netzwerk.

8.3 SSD im NAS

Beide Festplatten wurden unter den gleichen Bedingungen den gleichen Versuchen, mit der gleichen Software durchfegührt. In dem ersten Versuch wurden die Geschwindigkeitsangaben des Herstellers überprüft. Zuerst wurde die Geschwindigkeit Lesen untersucht. Die nachfolgende Tabelle zeigt das Ergebnis.

Bezeichnung	Eigenschaft
Festplatte	TS32GSSD25S-M
Art des Versuchs	Messen der Lese-Geschwindigkeit
Transferrate max.	104.5MB/s
Transferrate Durchschnitt	95.8MB/s
Zugriffszeit	0.2ms

Tabelle 7: Messen der Lese-Geschwindigkeit der Festplatte TS32GSSD25S-M
In der nächsten Tabelle stehen die Ergebnisse des Geschwindigkeit-Tests Schreiben. Dafür müssen alle Partitionen des Magnet-Festplatte gelöscht werden.

Bezeichnung	Eigenschaft
Festplatte	TS32GSSD25S-M
Art des Versuchs	Messen der schreib-Geschwindigkeit
Transferrate max.	82.2MB
Transferrate Durchschnitt	48.1MB/s
Zugriffszeit	0.2ms

Tabelle 8: Messen der Schreib-Geschwindigkeit
Ein dritter Test soll Verteilte-Zugriffe simulieren, einmal beim lesen der Daten und einmal beim schreiben. Das Ergebnis des Lesen-Tests befindet sich in der unten stehenden Tabelle.

transfer size in KB	operations / s in OPS	durchschnittliche Zugriffszeit in ms	durschnittliche Geschwindigkeit in MB/S
512 bytes	5045OPS	0,2 ms	2.464 MB/s
4kb	4061 OPS	0.23 ms	16.646 MB/s
64kb	1165 OPS	0.86 ms	72.866 MB/s
1MB	115 OPS	8.7ms	115.400 MB/s
Random	221 OPS	4.5 ms	110.610MB/s

Tabelle 10:Test-Ergebnisse Lesen SSD
Die nächste Tabelle zeigt die verteilten Zugriffe beim schreiben.

transfer size in KB	operations / s in OPS	durchschnittliche Zugriffszeit in ms	durschnittliche Geschwindigkeit in MB/S
512 bytes	5OPS	178ms	0.003 MB/s
4kb	5 OPS	195 ms	0.020 MB/s
64kb	4OPS	203 ms	0.307 MB/s
1MB	4 OPS	208ms	4.785 MB/s
Random	4 OPS	205 ms	2.430MB/s

Tabelle 11: Verteilte Zugriffe schreiben SSD.
Da die Stärke der SSD eigentlich in verteilten Zugriffen liegen sollte und das Schreiben schneller gehen sollte als das Lesen, wurde dieser Test zwei mal durchgeführt und der zweite bestätigte die Ergebnisse die in der oberen Tabelle.

Der folgende Test wurde mit einem Freeware-tool der Firma Intel durchgeführt, dem Intel NAS Performance toolkit. Die untere Grafik zeigt den Datendurchsatz in MB/s im Verhältnis zu der Zeit, gemessen in Sekunden. Die Grafik stellt den Datendurchsatz auf der Festplatte dar, während die fünf Clients darauf zugegriffen haben, jeweils mit Schreib- und Lesezugriffen; die Grafik zeigt das mittel daraus.

8.3.1 Vorteile gegenüber einer Magnetfestplatte

In dem Kapitel zuvor zeigt die Grafik den entscheidenden Vorteil gegenüber einer Magnetfestplatte. Man kann deutlich erkennen, dass die Kurve nicht ansteigt, wie es bei der Magnetfestplatte der Fall ist. Da die gemessenen Zugriffszeiten bei unter 2ms liegen, sind Zugriffe schneller als bei einer Magnetfestplatte. Nun hat dieser Test gezeigt, dass bei max 10MB/s das Netzwerk den Datendurchsatz begrenzt.

8.3.2 Nachteile gegenüber einer Magnetfestplatte

Der wohl größte Nachteil einer SSD gegenüber einer Magnetfestplatte ist ihre geringe Speicherkapazität, bzw. wenn die SSD größer als 128GB sein soll, ihre hohen Kosten. Gerade wenn man einen File-Server in einem kleinen bzw. Heimnetzwerk aufbauen möchte eignet sich eine SSD eher weniger für diesen Einsatz.

8.4 Magnetplatte im NAS

In dem ersten Versuch wurden die Geschwindigkeitsangaben des Herstellers überprüft. Zuerst wurde die Geschwindigkeit Lesen untersucht. Die nachfolgende Tabelle zeigt das Ergebnis.

Bezeichnung	Eigenschaft
Festplatte	WD5000AAKS
Art des Versuchs	Messen der Lese-Geschwindigkeit
Transferrate max.	82.7 MB/s
Transferrate Durchschnitt	46.2 MB/s
Zugriffszeit	14.2 ms

Tabelle 12: Messen der lese-Geschwindigkeit der Festplatte WD5000AAKS

In der nächsten Tabelle stehen die Ergebnisse des Geschwindigkeit-Tests schreiben. Dafür müssen alle Partitionen des Magnet-Festplatte gelöscht werden.

Bezeichnung	Eigenschaft
Festplatte	WD5000AAKS
Art des Versuchs	Messen der Schreib-Geschwindigkeit
Transferrate max.	93 MB/s
Transferrate Durchschnitt	73,2 MB/s
Zugriffszeit	12,3 ms

Tabelle 13: Magnet-Festplatte Test schreiben.

Ein dritter Test soll verteilte Zugriffe simulieren. Das Ergebnis für verteilte Zugriffe Lesen steht in der nachfolgenden Tabelle.

transfer size in KB	operations / s in OPS	durchschnittliche Zugriffszeit in ms	durschnittliche Geschwindigkeit in MB/S
512 bytes	81 OPS	12ms	0.040MB/s
4kb	80 OPS	12ms	0.315 MB/s
64kb	74OPS	13ms	4.635MB/s
1MB	37OPS	26ms	37.677MB/s
Random	52OPS	19ms	26.166MB/s

Tabelle 14: Verteile Zugriffe Schreiben Magnet-Festplatten Die nächste Tabelle zeigt die Ergebnisse des Test Verteile Zugriffe-schreiben.

transfer size in KB	operations / s in OPS	durchschnittliche Zugriffszeit in ms	durschnittliche Geschwindigkeit in MB/S
512 bytes	157 OPS	6.4 ms	0.077MB/s
4kb	137 OPS	7.3ms	0.538 MB/s
64kb	124 OPS	8 ms	7.798 MB/s
1MB	39 OPS	25ms	39.823 MB/s
Random	61 OPS	16ms	30.499 MB/s

Tabelle 16: Magnet-Festplatte verteilte Zugriffe Schreiben
Die unten stehende Grafik zeigt den Datendurchatz im Netzwerk. Auch die Magnet-Festplatte hat die 10MB/s, die zur Verfügung stehen ausgereizt.

8.4.1 Vorteile gegenüber einer SSD

Der wohl größte Vorteil gegenüber einer SSD ist die Speicherkapazität, die im Verhältnis zu einem sehr geringen Preis im Handel zu bekommen ist. Gerade in dem Storage-Bereich wird die Magnet-Festplatte ihre Bedeutung nicht so schnell verlieren.

8.4.2 Nachteile gegenüber einer SSD

Die Nachteile im Netzwerk sind deutlich in der Abbildung 13 zu erkennen. Die Magnetplatte braucht eine Anlaufzeit, um auf die Anfrage des Clients zu reagieren und zwar deutlich länger als die SSD. Dies macht bei einem Zugriff nicht viel aus, doch gerade bei verteilten Zugriffen bringt dies einen erheblichen Geschwindigkeitsvorteil, wie die Test in Kapitel 6.3 gzeigt haben.

8.5 SSD im SAN

Dieses Kapitel wird nur theoretisch behandelt.

Bei einem SAN wird in der Fachpresse oft angegeben, dass die Kosten in €/GB angeben sind. Das ist bei einem SAN nicht ganz zutreffend. Es sollte sich die Zugriffe in der Sekunde angeschaut werden (IOPS).

In der aktuellen Presse wird den SSD eine große Bedeutung zugemessen. Sie sollen auf Dauer die Magnetfestplatten ablösen. Auch hier wird wieder der große Performance-Vorteil gennant, die die SSD gegenüber den Magnet-Festplatten haben. Da die Magnet-Festplatten mit ihren enormen Speichermengen aber immer noch einen Kostenvorteil den Flash-Speichermedien gegenüber haben, wird empfohlen, die SSD nur als Cache in ein SAN zu integrieren, als Puffer für schreib-intensive Prozesse. Der "San-Cache" sollte automatisiert werden und intelligent auf Auslastungspitzen reagieren können, d.h. wenn eine Applikation gerade intensive Schreib-Lese-Prozesse benötigt schaltet das San automatisch diese Prozesse auf das SSD Array um^[69]. Die Abbildung 15 soll den Einsatz einess SAN-Caches verdeutlichen.

Außerdem sollte das SSD Array in einem SAN über Fibre-Channel mit dem Rest verbunden sein. Nur so kann ein optimaler Performance Ausgleich zwischen den einzelnen Systemen gewährleistet werden, gerade bei Cluster Servern macht es Sinn, z.B. key Files oder Log Files auf ein SSD-Array auszulagern. Dies sind Dateien die von jedem einzelnen Server des Clusters benötigt werden und intensive Schreib-Lese-Prozesse benötigen. Gerade an dieser Stelle können Zugriffszeiten verringert werden und somit die Performance des gesamten Systems gesteigert werden^[70].

8.5.1 Vorteile

In der Betrachtung €/GB ist die Magnetfestplatte im Moment klar im Vorteil gegenüber einer SSD, doch schaut man sich gerade im Enterprisebereich eine SSD genauer an, stellt man fest, dass eine SSD im Bereich der IOPS Vorteile gegenüber der Magnetfestplatte besitzt. Ein Anwendungsbeispiel für eine SAN-Technologie auf Basis der SSD ist, die Auslagerungsdatei von Photoshop in ein SAN auszulagern. Die Firma Adobe empfiehlt, um die Geschwindigkeit von Photoshop CS 4 zu steigern die so genannte Scratch Datei auf eine zweite Festplatte auszulagern. Bei einigen Geräten, wie z.B. Notebooks ist es schwer eine zweite Festplatte zu verbauen, eine externe Festplatte würde die Mobilität einschränken. Die Firma TMS hat ein FC-SAN entwickelt, das RamSan-500. Dieses FC Raid SAN benutzt 3,5 Zoll SSD Festplatten, welche den Handelsüblichen 2,5 Zoll Festplatten, die in heutigen Notebooks gängig sind, allerdings nicht ähneln. Laut Hersteller-Angaben sollen sie eine konstante Geschwindigkeit von 2,7 Gbit/s liefern, wobei heutige Glasfasernetze nicht mehr als 400Mbit/s leisten. Auch werden die Kosten, die ein Umstieg von Ethernet auf FC bedarf, nicht im Verhältnis zu dem Geschwindigkeitsgewinn liegen^[71].

8.5.2 Nachteile

Der größte Nachteil eines SAN ist sein mangelnder Standard. Jeder Hersteller hat seine eigene Technologie entwickelt. Deswegen dürfte es lange dauern bis die SSD in den Markt für große Speichersysteme vorgedrungen sind. Ein anderer Nachteil dürfte der Preis sein. Ein GB kostet bei Magnetfestplatten ca 0,20 €, wobei ein GB bei Flash-Medien ca 3,00 € kostet^[72]. Auch die Einführung eines SAN-Caches wird noch einge Zeit dauern.

9 Fazit und Ausblick

An Flash-Speichermedien wird in der Zukunft wohl niemand mehr herum kommen, doch haben die Versuche gezeigt, dass gerade die Consumer-Produkte noch einer Verbesserung bedürfen. Allerdings stoßen die Magnet-Festplatten mit ihren Datenmengen und Zugriffszeiten an die physikalischen Grenzen. Deswegen suchen die Hersteller nun nach einem Nachfolger für die Magnet-Festplatte.

Leider sind gerade die Kosten im Vergleich zu dem Magnetplatten immer noch zu hoch und der Performance-Gewinn zu niedrig. Die Tests im Netzwerk haben gezeigt, dass nicht die Festplatten der "Flaschenhals" sind, sondern das Netzwerk selber. Nur liegen wohl in den meisten kleinen Unternehmen und Privathaushalten CAT 5 Netzwerkkabel, so dass eine Umrüstung auf Gigabit-Ethernet bei den meisten mit einem zu großen Aufwand verbunden wäre, auch die FC-Technologie wird sich aus Kosten-Gründen in den nächsten Jahren nicht im breiten Markt etablieren. Dementsprechend sind SSDs nur bei wirklich reaktionssschnellen Speicherprozessen von Vorteil, wie z.B. bei einer Datenbank oder Webserver, wo möglichst viele unterschiedliche Benutzer auf möglichst viele unterschiedliche Daten zugreifen müssen. Da die SSD aber noch zwei entscheidende Vorteile haben, werden die SSD sich in Notebooks oder anderen mobilen Geräten durchsetzen. SSDs sind unempfindlich gegenüber Stößen und verbrauchen weniger Energie als Magnet-Festplatten, das macht sie zu einem guten mobilen Begleiter. Auch die Lärmreduzierung vom Computersystem - eine SSD macht absolut keine Geräusche - ist schon jetzt für manche Personen ein Kaufargument. Für große Datenmengen wie z.B. Backups oder anderen Archiv-Dateien wird auch in Zukunft weiterhin auf herkömmliche Technologien, wie die Magent-Festplatten, als auch Magnetbandsicherung gesetzt werden.

Die Fertigungstechnologien der Speicherchips werden, genau wie bei den Prozessoren, ständig verbessert. Zurzeit wird an der 34-Nano-Tehnologie gearbeitet, die noch kleinere Fertigungsstrukturen und damit mehr Speicher auf weniger Fläche ermöglicht. Auch an anderen Technologiemöglichkeiten, die in SSDs verbaut werden können, wird geforscht^[73]. Alleine das Engagement von Chip-, als auch Festplattenherstellern zeigt, dass die SSD gerade erst am Beginn ihres Siegeszuges ist.

Kurzfristig gibt es andere Wege, die Performance eines Systems zu steigern, denn gerade bei der Programmierung und der Datenspeicherung gibt es noch großes Verbesserungspotential. So ist z. B. das Opensource Projekt "memcache" auf die Optmierung von Datenbanken ausgelegt. Es beschleunigt diese, indem es ein intelligentes Load-Balancing durchführt und Seiten die oft gebraucht werden, in ein Cache lädt, oder auf möglichst viele Server verteilt, wobei Seiten, die seltener gebraucht werden, nicht in diesen Cache mit aufnimmt^[74].

10 Anhang

10.1 Fußnoten

1. ↑ Zitat: Benjamin Franklin
2. ↑ Vgl. Willke (2001) S. 99
3. ↑ Vgl. http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0501021.htm
4. ↑ Vgl. http://www.incits.org/ InterNational Committee for Information Technology Standards
5. ↑ Vgl. http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0808061.htm
6. ↑ Vgl. http://www.sata-io.org/developers/naming_guidelines.asp
7. ↑ Vgl. http://www.sata-io.org/technology/esata.asp
8. ↑ Vgl. http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/1308071.htm
9. ↑ Vgl. http://www.t10.org/scsi-3.htm
10. ↑ Vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Scsi
11. ↑ MTBF bedeutet Zeit zwischen den Ausfällendes Gerätes; je höher der Wert, desto geriner die Ausfallzeit.
12. ↑ Vgl. http://www.tecchannel.de/ueberblick/archiv/401833/index2.html
13. ↑ Vgl. http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/1105071.htm
14. ↑ Vgl. http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/1105071.htm
15. ↑ Vgl. http://www.searchstorage.de/iscsi/
16. ↑ Vgl. c‘t Heft 8/2009 Seite 168 ff.
17. ↑ Vgl. Mamun, A; Guo, G.; Bi, C (2006) S. 8
18. ↑ Vgl. Mamun, A; Guo, G.; Bi, C (2006) S. 8
19. ↑ Vgl. http://www.tecchannel.de/storage/komponenten/445213/test_sata_festplatten_hdd_vergleich_drives_laufwerke_benchmarks_transferrate/
20. ↑ Vgl. http://www.tecchannel.de/storage/komponenten/445213/test_sata_festplatten_hdd_vergleich_drives_laufwerke_benchmarks_transferrate/ hier: Samsung Spinpoint F1 RAID Class HE103UJ
21. ↑ Vgl. http://www.tecchannel.de/_misc/galleries/detail.cfm?pk=30303&fk=378286&resize=no
22. ↑ Vgl. http://www.computerbase.de/news/hardware/laufwerke/massenspeicher/2009/april/2-tb-platte_wd_64_mb_cache/ hier: Western Digital RE4-GP 2 GB mit 64 MB Cache
23. ↑ Vgl. http://www.hybridfestplatte.com/
24. ↑ vgl. http://www.tecchannel.de/storage/komponenten/1764425/ssd_solid_state_disks_fordern_festplatten_heraus/index13.html
25. ↑ vgl. C't Heft 21/2008 S.122
26. ↑ vgl. C't Heft 21/2008 S.123
27. ↑ vgl. Herstellerangeben der Firma http://www.transcend.de/products/ModDetail.asp?ModNo=177&LangNo=20&Func1No=1&Func2No=171
28. ↑ Vgl. http://www.tecchannel.de/storage/komponenten/1764425/ssd_solid_state_disks_fordern_festplatten_heraus/index2.html
29. ↑ Vgl. c't Heft 10/2009 S. 100 ff
30. ↑ Vgl. c't Heft 21/2008 S.125
31. ↑ Vgl. Transcend Online Shop: http://shop.transcend.de/
32. ↑ Vgl. http://www.heise.de/newsticker/MirrorBit-Quad-Vier-Bits-pro-Flash-Speicherzelle--/meldung/78683
33. ↑ Vgl. Tanenbaum (1997)
34. ↑ Vgl. Schauffels, F.-J. (2003) S. 1153
35. ↑ Vgl. Tanenbaum, A. (1997) S. 20
36. ↑ Vgl. Tanenbaum, A. (1997) S. 19
37. ↑ Vgl. Schauffels, F.-J. (2003) S. 144 f
38. ↑ Vgl. Tanenbaum, A. (1997) S. 18
39. ↑ Vgl. Köhre, T. (2005) S. 77
40. ↑ Vgl. Traeger, D (2001) S. 40
41. ↑ Vgl. Traeger, D (2001) S. 99
42. ↑ Vgl. Traeger, D (2001) S. 108
43. ↑ Vgl. http://tools.ietf.org/html/rfc1918
44. ↑ Vgl. http://www.snia.org/home
45. ↑ Vgl. http://tools.ietf.org/html/rfc3821 und http://www.faqs.org/rfcs/rfc2625.html
46. ↑ Vgl. Traeger, D (2001) S. 344
47. ↑ Vgl. http://www.tecchannel.de/server/hardware/474185/blades_revolutionieren_die_herkoemmliche_server_technologie/
48. ↑ Vgl. c't Heft 13/2009 S. 124
49. ↑ Vgl. Clark, T.(1999) S. 18 ff
50. ↑ Vgl. Clark, T. (1999) S. 20
51. ↑ Vgl. Robbe, B. (2001) S. 30
52. ↑ Vgl. http://www.tecchannel.de/storage/san/445645/speichernetze_mit_nas_und_san/index8.html
53. ↑ Vgl. http://www.tecchannel.de/storage/san/445645/speichernetze_mit_nas_und_san/index4.html
54. ↑ Vgl. Robbe, B. (2001) S. 33
55. ↑ Vgl. Robbe, B. (2001) S. 34
56. ↑ Vgl. Biedienungsanleitung der Festplatte TS32GSSD25S-M
57. ↑ Vgl. Bedienungsanleitung Festplatte WD5000AAKS
58. ↑ Vgl. http://www.microsoft.com
59. ↑ Vgl. http://www.intel.com
60. ↑ Vgl. http://www.intel.com
61. ↑ Vgl. http://www.kingston.de
62. ↑ Vgl. http://www.microsoft.de
63. ↑ Vgl. http://www.asus.de
64. ↑ Vgl. http://www.intel.de
65. ↑ Vgl. http://www.kingston.de
66. ↑ Vgl.http://www.hdtune.com
67. ↑ Vgl. http://www.intel.com/products/server/motherboards/S5500WB/S5500WB-overview.htm
68. ↑ Vgl. http://www.intel.com/design/servers/storage/NAS_Perf_Toolkit.htm
69. ↑ Vgl.http://findarticles.com/p/articles/mi_m0BRZ/is_4_20/ai_62409011/
70. ↑ Vgl.http://findarticles.com/p/articles/mi_m0BRZ/is_4_20/ai_62409011/
71. ↑ Vgl. http://www.heise.de/newsticker/RAM-Disk-im-SAN-beschleunigt-Photoshop--/meldung/108751
72. ↑ Vgl. c't Heft 10/2009 S.104
73. ↑ Vgl. http://www.computerwoche.de/knowledge_center/notebook_pc/1866333/index11.html#d2e2259
74. ↑ Vgl. http://danga.com/memcached/

10.2 Literatur und Quellenverzeichnis

Clark, T. (1999)	Clark, T.: Designing Storage Area Networks, Addison Weslay Longman, Inc., Reading Massachusetts USA, 1999.
Feddern, B. (2009)	Feddern, B.: Platten-Karussell - Festplatten bis 2 Terabyte. c't Heft 10, Jahrgang 2009, S. 104 - 107.
Feddern, B. (2009)	Feddern, B.: Entdeckungsreise - Solid-State Disks mit bis zu 256 GByte. c't Heft 11, Jahrgang 2009, S. 100- 104.
Feddern, B. (2009)	Feddern, B.: Zentralorgane - Netzwerkspeicher mit Gigabit-Ethernet für kleine Netze. c't Heft 13, Jahrgang 2009 S. 124 - 129.
Feddern, B., & Benz, B. (2008)	Feddern, B., & Benz, B.: Überflieger - Solid State Disks für den Massenmarkt. c't Heft 21, Jahrgang 2008 S. 122 - 127.
Kauffels, F. (2003)	Kauffel, Dr. F.: Lokale Netze - Nachrichtentechnik und klassische LAN-Standards, 15. Auflage, mitp-Verlag, Bonn, 2003.
Köhre, T. (2005)	Köhre, T.: Das vernetzte Haus, Markt + Technik Verlag, München, 2005.
Mamun, A.; Guo, G.; Bi,C. (2006)	Mamun, A.; Guo, G.; Bi,C.: Hard disk drive: mechatronics and controls, CRC Press, Danvers Maryland USA, 2006.
Robbe, B. (2001)	Robbe, B.,: SAN - Storage Area Network - Technologie und Konzepte komplexer Speicherumgebungen, Carl Hanser Verlag, München/Wien, 2001.
Tanenbaum, T. (1996)	Tanenbaum, T.: Computer networks, 3. Auflage, Prentice Hall Inc., New Jersey USA, 1996.
Traeger, D. (2001)	Traeger, D.; Volk, A.: LAN - Praxis lokaler Netze, 3. Auflage, B.G. Teubner GmbH, Stuttgart/Leipzig/Wiesbaden, 2001.
Violka, K. (2009)	Violka, K.: Ferne Festplatte - Festplatten via iSCSI einbinden. c't Heft 8, Jahrgang 2009, S. 168 - 171.
Willke (2001)	Willke, H.: Systemisches Wissensmanagement, 2. Auflage, Lucius & Lucius, Stuttgart, 2001.