Network Attached Storage (NAS): Grundlagen zum Netzwerkspeicher

Die zentrale Bereitstellung von Dateien ist die Grundlage computergestützter Teamarbeit. Viele Unternehmen stellen ihren Mitarbeitern ein lokales Rechnernetz (Local Area Network, LAN) mit gemeinsamer Speicherplattform zur Verfügung. Eine solche Datenhaltung bietet zahlreiche Vorteile gegenüber dezentralen Ansätzen, bei denen an Einzelrechner angeschlossene Festplatten (Direct Attached Storage, DAS) als Datenspeicher fungieren. Zentrale Datenbestände ermöglichen Mitarbeitern die gemeinsame Arbeit an Dokumenten oder Tabellen, ohne dass verschiedene Versionen einer Datei erstellt und ausgetauscht werden müssen. Zudem gestaltet sich die Administration von Daten-Back-ups bei einer gemeinsamen Speicherplattform weniger aufwendig als bei einer Vielzahl einzelner Festplatten.

Die technische Grundlage für die zentrale Dateiablage stellen je nach Größe des Unternehmens Fileserver, SAN-Systeme (Storage Area Networks) oder sogenannte NAS-Systeme (Network Attached Storage) dar. Letztere erfreuen sich seit einigen Jahren auch bei Privatanwendern großer Beliebtheit. Diese schätzen die Freiheit, Inhalte wie Fotos, Videos oder die eigene Musiksammlung zentral zu verwalten und über diverse Endgeräte abrufen zu können. Anders als Fileserver und SAN-Lösungen, die sich mit kostspieligen Hard- und Software-Komponenten an Businesskunden richten, wird das NAS-System für Zuhause als leicht administrierbare Komplettlösungen bereits zu überschaubaren Preisen angeboten. Doch was ist ein NAS genau? Und für wen eignet sich dieses Speicherkonzept?

Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit
Entscheidender Kostenfaktor bei der Anschaffung eines Netzwerkspeichers ist die Anzahl der Speichermedien. Während sich Einstiegsgeräte mit ein oder zwei Festplatten an private Anwender richten, finden sich auf dem Markt auch Businesslösungen mit bis zu 12 Speicherslots. Diese Profigeräte ermöglichen komplexe Speicherarchitekturen, die durch Redundanz für eine hohe Ausfallsicherheit und einen großen Datendurchsatz sorgen. Dabei setzen Hersteller auf sogenannte RAID-Systeme, bei denen Daten gespiegelt über mehrere physische Speichermedien verteilt werden, sodass die Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit des NAS-Systems selbst bei einem Ausfall einzelner Festplatten sichergestellt werden können. Übliche RAID-Level im Umgang mit Network Attached Storage sind RAID-0, RAID-1, RAID-5 und RAID-10.

• RAID-0: Streng genommen handelt es sich bei diesem Speicherkonzept nicht um ein RAID-System, sondern lediglich um ein „Array of Independent Disks“, zu Deutsch: eine Anordnung unabhängiger Festplatten. Diese lassen sich so konfigurieren, dass sie die Arbeit untereinander aufteilen. Dadurch werden Zugriffe auf die zusammengeschlossenen Festplatten parallel durchgeführt, wodurch sich der Datendurchsatz erhöht. Datenredundanz lässt sich mit RAID-0 nicht realisieren.
• RAID-1: Bei RAID-1 werden Daten vom RAID-Controller parallel auf zwei Speichermedien abgelegt. Eine solche Spiegelung erfordert mindestens zwei Festplatten. Nutzern steht bei diesem Speicherkonzept nur die Hälfte der eigentlichen Kapazität zur Verfügung. Dafür bleiben die gespeicherten Daten auch dann erhalten, wenn eine der beiden Festplatten ausfällt.
• RAID-5: Stehen einem NAS-System mindestens drei Festplatten zur Verfügung, bietet sich eine Datenspeicherung nach RAID-5 an. Ein solcher Aufbau verbindet eine redundante Datenhaltung mit dem erhöhten Datendurchsatz durch den parallelen Betrieb mehrerer Festplatten. Wird dieses Speicherkonzept gewählt, erstellt der Controller bei jedem Speichervorgang Prüfsummen der zu schreibenden Datenblöcke und speichert diese sogenannte Parität getrennt auf eine benachbarte Festplatte. Dabei geht der Controller so vor, dass Daten und Prüfsummen gleichmäßig über alle Speichermedien verteilt werden. Fällt eine Festplatte aus, lassen sich die verlorenen Informationen aus den vorhandenen Datenblöcken rekonstruieren. Die Paritätsdaten belegen dabei maximal ein Drittel der Gesamtkapazität. Aufgrund des geringen Kostenaufwands und der hohen Ausfallsicherheit erfreut sich RAID-5 großer Beliebtheit.
• RAID-01 und RAID-10: Bei diesen Speicherkonzepten handelt es sich um Kombinationen beliebter RAID-Level, die sich ab einem Einsatz von mindestens vier Festplatten umsetzen lassen. Ein RAID-01-System verteilt Daten wie bei einem RAID-0 über mindestens zwei Festplatten, die anschließend gemäß RAID-1 von einer gleichen Anzahl an Festplatten gespiegelt werden. Bei RAID-10 hingegen werden die Daten erst gespiegelt und anschließend verteilt. In Bezug auf die Datensicherheit ist ein RAID-10 einem RAID-01 vorzuziehen, da dieses nicht nur eine höhere Ausfallsicherheit, sondern auch eine schnellere Rekonstruktion bietet. Bei beiden RAID-Systemen steht Nutzern die Hälfte der Speicherkapazität zur Verfügung.

Verzichten Anwender darauf, ihrem NAS ein RAID-Level zuzuweisen, spricht man von JBOD („Just a Bunch of Disks“). In diesem Fall steht die gesamte Speicherkapazität aller Festplatten zur Verfügung, es werden jedoch weder Maßnahmen zur Erhöhung der Ausfallsicherheit noch zur Beschleunigung des Datendurchsatzes realisiert.

Auch Anwender, die redundante Speicherstrategien nutzen, sollten regelmäßige Daten-Back-ups einplanen. Geräte für den Unternehmenseinsatz stellen dazu die standardisierte Schnittstelle NDMP (Network Data Management Protocol) zu Verfügung. Diese ermöglicht es, die Datensicherungsoptionen eines NAS-System über eine Back-up-Software zu steuern. Üblich ist eine regelmäßige Datensicherung in Form einer Synchronisation mit einem zweiten NAS-System sowie mit USB-Festplatten oder der Cloud.