Speichersysteme: DAS, NAS und SAN, Deduplizierung, Kompression und Zuordnungseinheiten

Speichersysteme: DAS, NAS und SAN, Deduplizierung, Kompression und Zuordnungseinheiten

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Speichersystem, DAS, NAS, SAN, iSCSI, Fibre Channel, IQN, Zuordnungseinheit, Clustergröße, Deduplizierung, Kompression, Replikation

tl/dr; (ca. 25 min Lesezeit): Wo liegen die Daten eines Unternehmens, und wie kommen Server und Clients an sie heran? Der Artikel vergleicht direkt angeschlossenen Speicher (DAS), Netzwerkspeicher (NAS) und Speichernetze (SAN), erklärt iSCSI und Fibre Channel samt Protokollstapel und Adressierung (IQN, WWN), zeigt, wie Du die Kapazität eines neuen Speichersystems planst, wie die Größe der Zuordnungseinheit den belegten Speicher beeinflusst und wie Deduplizierung und Kompression Platz sparen. Zum Schluss grenzt er Replikation, Snapshot und WORM-Speicher von einer Datensicherung ab [AI-Assisted]. (Zuletzt geändert am 28.10.2026)

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Dieser Artikel baut auf der Kann-Liste des Artikels RAID: Festplattenverbünde verstehen, auswählen und berechnen auf (vor allem: Nettokapazität berechnen, TB und TiB umrechnen).

Als Grundlagen zu Speichersystemen kann ich nach Durchlesen des Artikels…

• … Vorteile eines zentralen Speichersystems gegenüber Platten in den einzelnen Servern nennen.

• … DAS, NAS und SAN beschreiben und hinsichtlich Anbindung, Zugriffsebene (Datei oder Block), Protokollen, Adressierung, Übertragungsrate, Entfernung und gemeinsamer Nutzung vergleichen.

• … Vorteile eines NAS gegenüber einem PC als Dateiserver nennen, den administrativen Zugriff auf ein NAS beschreiben und Maßnahmen für einen energieeffizienten Aufbau erläutern.

• … die SAN-Techniken Fibre Channel und iSCSI erläutern, den iSCSI-Protokollstapel den OSI-Schichten zuordnen, einen IQN-Namen bilden und den Aufbau eines SAN skizzieren.

• … Argumente für und gegen ein SAN anstelle eines NAS nennen.

• … die benötigte Nettokapazität eines neuen Speichersystems aus Altbestand, Auslastung und jährlichem Zuwachs berechnen und die Reichweite eines Speichersystems in Jahren ermitteln.

• … den Einfluss der Größe der Zuordnungseinheit (Clustergröße) auf den belegten Speicher erläutern, ihn berechnen und je einen Anwendungsfall für kleine und große Zuordnungseinheiten begründen.

• … Deduplizierung und Kompression (verlustfrei und verlustbehaftet) erläutern, voneinander abgrenzen, ihre Vorteile nennen und die Ersparnis berechnen.

• … Replikation, Snapshot und WORM-Speicher erläutern und begründen, warum sie eine Datensicherung nicht ersetzen.

Darüber hinaus kann ich als Expertenwissen zu Speichersystemen…

• … Zoning und LUN-Masking als Zugriffsschutz im SAN einordnen und redundante Pfade (zwei Fabrics, Multipathing) begründen.

• … Inline- und Post-Process-Deduplizierung sowie feste und variable Blockgrößen vergleichen und abschätzen, für welche Daten sich Deduplizierung lohnt.

Solange ein Unternehmen nur einen Server hat, stecken die Festplatten einfach im Gehäuse. Mit jedem weiteren Server, mit virtuellen Maschinen und wachsenden Datenmengen wird das unübersichtlich: Ein Server ist voll, beim anderen liegen Terabytes ungenutzt herum, und jede Erweiterung bedeutet, ein Gehäuse aufzuschrauben. Speichersysteme lösen das, indem sie Speicher an einer Stelle bündeln und über ein Kabel oder ein Netz bereitstellen. Welche Bauform passt, hängt davon ab, wer auf die Daten zugreift, wie schnell es gehen muss und was es kosten darf.

Die Mindmap zeigt, worum es in diesem Artikel geht:

Warum ein zentrales Speichersystem?

Ein zentrales Speichersystem fasst viele Platten (meist als RAID) zusammen und teilt sie den Servern oder Benutzer*innen nach Bedarf zu. Das bringt einige Vorteile:

• Bessere Ausnutzung: Freie Kapazität muss nicht in jedem Server einzeln vorgehalten werden; der Speicher wird dynamisch dort zugeteilt, wo er gebraucht wird.

• Einfache Erweiterung: Hardware-Arbeiten fallen nur an einem System an, oft im laufenden Betrieb (Hot Swap, Erweiterungsgehäuse). Die Server müssen nicht geöffnet werden.

• Zentrale Verwaltung und Sicherung: Rechte, Kontingente (Quotas), Überwachung und Datensicherung werden an einer Stelle eingerichtet.

• Verfügbarkeit: Redundante Netzteile, Controller und Anbindungen lohnen sich für ein System eher als für viele. Fällt ein Server aus, kann ein anderer auf dieselben Daten zugreifen (wichtig für Virtualisierungs-Cluster).

• Gemeinsame Nutzung: Mehrere Server und Clients arbeiten mit denselben Daten.

Dem stehen höhere Anschaffungskosten, ein „Single Point of Failure“ (wenn das zentrale System nicht redundant ausgelegt ist) und zusätzliches Know-how gegenüber.

Drei Bauformen im Überblick

DAS: Direct Attached Storage

Beim DAS (Direct Attached Storage, direkt angeschlossener Speicher) hängt ein Speichergerät mit einer oder mehreren Platten direkt an genau einem Rechner: intern über SATA, SAS oder NVMe, extern über USB, Thunderbolt, eSATA oder ein SAS-Kabel. Der Rechner sieht das Gerät wie eine eigene Platte und spricht es blockweise an; das Dateisystem legt er selbst an.

• Vorteile: einfach, günstig, keine Netzwerkkonfiguration, hohe Übertragungsrate über die direkte Verbindung (USB 3.2 Gen 1 brutto 5 Gbit/s, SAS-3 12 Gbit/s je Lane).

• Nachteile: Nur der angeschlossene Rechner kann den Speicher nutzen; andere greifen über dessen Freigaben zu, fällt er aus, sind die Daten nicht erreichbar. Die Kabel sind kurz (USB passiv etwa 3 m, SAS wenige Meter). Freie Kapazität lässt sich nicht an andere Server weitergeben.

NAS: Network Attached Storage

Ein NAS (Network Attached Storage, netzwerkgebundener Speicher) ist ein eigenständiges Gerät mit eigenem, meist Linux-basiertem Betriebssystem, das direkt am LAN hängt und eine IP-Adresse hat. Es stellt Speicher dateibasiert über Freigaben bereit: SMB/CIFS (Windows, Port 445), NFS (Linux/Unix, Port 2049), oft auch FTP, WebDAV oder Rsync. Das Dateisystem verwaltet das NAS selbst; die Clients sehen Ordner und Dateien, keine Blöcke.

Ein NAS hat gegenüber einem PC, der als Dateiserver eingesetzt wird, mehrere Vorteile:

• geringerer Energiebedarf und kompaktere Bauform, ausgelegt für den Dauerbetrieb,

• vorkonfiguriert: RAID, Benutzerverwaltung, Freigaben und Sicherungsfunktionen sind über eine Oberfläche einzurichten, ohne ein Server-Betriebssystem zu installieren,

• Platteneinschübe mit Hot Swap, Überwachung der Platten (S.M.A.R.T.) und Benachrichtigung per E-Mail,

• weniger Angriffsfläche und Wartung, da nur die nötigen Dienste laufen,

• meist günstiger als ein Server mit vergleichbarer Ausstattung und Lizenzen.

Administrativer Zugriff: Ein NAS wird über eine Weboberfläche verwaltet. Du rufst im Browser die IP-Adresse oder den Hostnamen des NAS auf (möglichst über HTTPS, z. B. https://192.168.10.20:5001) und meldest Dich mit einem Administrationskonto an. Die IP-Adresse findest Du über die Hersteller-App, die DHCP-Tabelle des Routers oder das Display des Geräts. Daneben gibt es oft SSH für die Kommandozeile und eine App des Herstellers. Das Standardkennwort wird bei der Ersteinrichtung geändert, und der Verwaltungszugang sollte nicht aus dem Internet erreichbar sein.

Energieeffizienter Aufbau: Ein NAS läuft rund um die Uhr. Strom sparen lässt sich unter anderem durch:

• Platten mit niedriger Drehzahl (5.400 statt 7.200 min⁻¹) oder SSDs für kleine Datenmengen; 2,5″- statt 3,5″-Platten,

• wenige große statt vieler kleiner Platten und ein RAID-Level mit gutem Verhältnis von Netto- zu Bruttokapazität,

• Ruhezustand der Platten (Spin-down) bei Inaktivität und zeitgesteuertes Ein- und Ausschalten,

• eine Hot-Spare-Platte, die erst bei Bedarf hochfährt,

• ein effizientes Netzteil (z. B. 80 PLUS) und eine stromsparende Plattform.

SAN: Storage Area Network

Ein SAN (Storage Area Network) ist ein eigenes Netz nur für Speicherverkehr. Die Server sind über einen Host-Bus-Adapter (HBA) an SAN-Switches angeschlossen, daran hängen die Speichersysteme (Disk-Arrays). Ein SAN überträgt Blöcke, wie eine lokale Platte: Das Speichersystem stellt logische Laufwerke bereit (LUN, Logical Unit Number), die der Server formatiert und wie eine eigene Platte nutzt. Damit eignet sich ein SAN besonders für Datenbanken und für die Datenspeicher von Virtualisierungs-Clustern, bei denen mehrere Hosts auf dieselben LUNs zugreifen.

Zwei Techniken sind verbreitet:

Fibre Channel und iSCSI im Vergleich

	Fibre Channel (FC)	iSCSI (Internet Small Computer System Interface)
Medium	eigene LWL-Verbindungen (auch Kupfer auf kurzen Strecken), eigene FC-Switches	normales Ethernet und TCP/IP, Standard-Switches (sinnvoll: eigenes VLAN oder eigenes Netz)
Geschwindigkeit	16, 32, 64 Gbit/s; sehr geringe Latenz, verlustfrei	abhängig vom Ethernet: 10, 25, 100 Gbit/s
Kosten, Know-how	teuer, Spezialwissen nötig	günstiger, vertraute Netzwerktechnik
Adressierung	WWN (World Wide Name), 64 Bit, z. B. 50:06:01:60:3b:20:1e:a4	IQN (iSCSI Qualified Name) und IP-Adresse, TCP-Port 3260
Zugriffsschutz	Zoning in den Switches, LUN-Masking im Array	LUN-Masking, CHAP-Authentifizierung, getrenntes Netz

Bei iSCSI werden SCSI-Befehle in TCP/IP-Pakete verpackt. Im OSI-Modell sieht der Protokollstapel auf Server- und Speicherseite so aus:

Der Server heißt bei iSCSI Initiator, das Speichersystem Target. Jedes iSCSI-Gerät hat einen weltweit eindeutigen Namen, meist im IQN-Format (RFC 3720/RFC 7143, Namensregeln in RFC 3721):

iqn.<JJJJ-MM>.<umgekehrter Domänenname>[:<frei wählbarer Name>]
iqn.2016-04.de.csb-rad:nas-sen-lun1

• iqn. kennzeichnet das Format,

• JJJJ-MM ist ein Monat, in dem die Organisation die Domäne bereits besaß (z. B. Registrierung),

• danach folgt der Domänenname in umgekehrter Reihenfolge (csb-rad.de → de.csb-rad),

• nach dem Doppelpunkt ein eindeutiger Name für Gerät oder LUN, den die Organisation selbst vergibt.

Mehr über Schichten und Protokolle findest Du im Artikel zu den Netzwerk-Grundlagen.

Redundanz im SAN: Wird das SAN für den Betrieb gebraucht, baut man es doppelt auf: zwei getrennte Fabrics (SAN-Switches A und B), jeder Server mit zwei HBA-Ports, jedes Speichersystem mit zwei Controllern. Fällt ein Switch, ein Kabel oder ein HBA aus, läuft der Verkehr über den anderen Pfad weiter (Multipathing).

DAS, NAS und SAN im Vergleich

Die Grenzen verschwimmen: Viele NAS-Geräte bieten zusätzlich iSCSI-LUNs an (Unified Storage), und große Speichersysteme liefern Dateien und Blöcke aus einem Gerät.

Argumente für ein SAN anstelle eines NAS: sehr hohe Leistung und geringe Latenz, kein Einfluss des übrigen Netzverkehrs, Blockzugriff für Datenbanken und Virtualisierung, mehrere Server greifen auf mehrere Speichersysteme zu (gut skalierbar), große Entfernungen und Spiegelung zwischen Standorten möglich. Argumente dagegen: hohe Kosten (Switches, HBAs, Arrays, Lizenzen), höherer Planungs- und Verwaltungsaufwand, Spezialwissen; für reine Dateiablage oft unnötig.

Kapazität eines neuen Speichersystems planen

Bei der Beschaffung rechnest Du von den Daten zum Speicher. Wie das allgemein geht, steht im Artikel Speicherbedarf und Datenmengen berechnen; wie viele Platten daraus werden, im Artikel zu RAID. Typisch sind diese Schritte:

1. Altbestand: Kapazität des alten Systems mal Auslastung (z. B. 12\,\mathrm{TiB} \cdot 0{,}9).

2. Zuwachs über die Laufzeit addieren, ggf. eine Reserve aufschlagen.

3. In die gewünschte Einheit umrechnen (1 TiB = 1.024 GiB) und sinnvoll aufrunden, weil der Speicher sonst zu klein ist.

4. Daraus über das RAID-Level die Zahl und Größe der Platten bestimmen; Herstellerangaben in TB in TiB umrechnen.

Oft wird auch umgekehrt gefragt: Wie lange reicht ein Speichersystem? Viele Betreiber legen eine maximale Auslastung fest (z. B. 80 %), damit Snapshots, Dateisystem und Rebuild genug Luft haben.

Geg.: neues System 40\,\mathrm{TiB} netto, höchstens zu 75\,\% belegen; Altbestand 18\,\mathrm{TiB} bei 90\,\% Auslastung; Zuwachs 1.000\,\mathrm{GiB} pro Jahr

Ges.: Reichweite in vollen Jahren

\text{Jahre} = \frac{S_{nutzbar} - S_{Bestand}}{\text{Zuwachs pro Jahr}} = \frac{40 \cdot 1.024\,\mathrm{GiB} \cdot 0{,}75 - 18 \cdot 1.024\,\mathrm{GiB} \cdot 0{,}9}{1.000\,\frac{\mathrm{GiB}}{\mathrm{Jahr}}} = \frac{30.720\,\mathrm{GiB} - 16.588{,}8\,\mathrm{GiB}}{1.000\,\frac{\mathrm{GiB}}{\mathrm{Jahr}}} \approx 14{,}131\,\mathrm{Jahre}

Das Ergebnis wird abgerundet: Das System reicht \underline{\underline{14\ \text{volle Jahre}}}, im 15. Jahr wird die Grenze überschritten.

Zuordnungseinheiten: warum eine kleine Datei viel Platz belegt

Ein Dateisystem (NTFS, ext4, exFAT …) verwaltet den Speicher nicht byteweise, sondern in Zuordnungseinheiten, auch Cluster (Windows) oder Blöcke (Linux) genannt. Eine Zuordnungseinheit ist der kleinste Platz, den eine Datei belegen kann. Eine Datei belegt immer ganze Zuordnungseinheiten; der Rest der letzten Einheit bleibt ungenutzt (Verschnitt, engl. slack space).

Wie stark der Verschnitt von der Größe der Zuordnungseinheit abhängt, zeigt eine einzelne Datei mit 10 KiB:

Die Größe legst Du beim Formatieren fest, z. B. 512 Byte bis 64 KiB; NTFS verwendet standardmäßig 4.096 Byte, neuere Windows-Versionen erlauben bis 2 MiB.

Geg.: 24.000 Konfigurationsdateien zu je 900\,\mathrm{Byte}

Ges.: belegter Speicher bei 4-KiB- und bei 64-KiB-Clustern

Jede Datei passt in einen Cluster, belegt also genau einen:

S_{4\,\mathrm{KiB}} = 24.000 \cdot 4\,\mathrm{KiB} = 96.000\,\mathrm{KiB} = \underline{\underline{93{,}750\,\mathrm{MiB}}}

S_{64\,\mathrm{KiB}} = 24.000 \cdot 64\,\mathrm{KiB} = 1.536.000\,\mathrm{KiB} = \underline{\underline{1.500\,\mathrm{MiB}}}

Die Nutzdaten sind nur 24.000 \cdot 900\,\mathrm{Byte} \approx 20{,}6\,\mathrm{MiB} groß. Bei großen Dateien fällt der Verschnitt dagegen kaum ins Gewicht: Im Mittel geht je Datei eine halbe Zuordnungseinheit verloren, bei 25.000 Fotos mit je 6 MiB und 64-KiB-Clustern also rund 25.000 \cdot 32\,\mathrm{KiB} \approx 781\,\mathrm{MiB} von rund 146 GiB, etwa 0,5 %.

Die Wahl hängt also von der Art der überwiegend gespeicherten Daten ab. Für gemischte Daten bleibt der Standardwert meist die beste Wahl.

Speicherplatz sparen: Kompression und Deduplizierung

Kompression

Bei der Kompression (auch Komprimierung) codiert ein Verfahren die Daten so um, dass Redundanz innerhalb der Daten wegfällt und die Information in kürzerer Form vorliegt. Das spart Speicher, Übertragungszeit und Bandbreite, kostet aber Rechenzeit beim Packen und Entpacken.

• Verlustfreie Kompression (z. B. ZIP, gzip, LZ4, PNG, FLAC): Aus den komprimierten Daten lassen sich die Originaldaten exakt wiederherstellen. Pflicht für Programmdateien, Texte, Datenbanken und Sicherungen; Speichersysteme komprimieren oft automatisch mit LZ4 oder zstd.

• Verlustbehaftete Kompression (z. B. JPEG, MP3, H.264/H.265): Das Verfahren lässt Informationen weg, die das Auge oder Ohr kaum bemerkt. Das spart viel mehr Platz, die Originaldaten sind aber nicht mehr exakt herstellbar. Geeignet für Bild-, Audio- und Videodaten.

Deduplizierung

Die Deduplizierung (engl. data deduplication) sucht nicht innerhalb einer Datei, sondern über viele Dateien hinweg nach gleichen Inhalten und speichert jeden Inhalt nur einmal:

1. Die Daten werden in Abschnitte zerlegt: ganze Dateien (Single Instance Storage) oder Blöcke bzw. Chunks fester oder variabler Größe (z. B. 4 KiB bis 128 KiB).

2. Für jeden Abschnitt wird ein Hashwert (z. B. SHA-256) berechnet und in einem Index nachgeschlagen.

3. Ist der Hashwert neu, wird der Abschnitt gespeichert. Ist er schon bekannt, wird nur ein Verweis auf die vorhandene Kopie abgelegt.

Beispiele: Eine E-Mail mit gleichem Anhang an 50 Empfänger*innen liegt auf dem Mailserver nur einmal; 30 virtuelle Maschinen mit demselben Betriebssystem teilen sich die gleichen Blöcke; tägliche Vollsicherungen unterscheiden sich nur in wenigen Prozent.

Vorteile: weniger belegter Speicher und damit geringere Kosten für Platten, Strom und Stellfläche; weniger zu übertragende Daten, dadurch schnellere Sicherungen und Replikation über WAN-Strecken; mehr Sicherungsstände auf demselben Speicher.

Nachteile und Grenzen: Der Index braucht Arbeitsspeicher und Rechenleistung; bei Inline-Deduplizierung (vor dem Schreiben) kann das bremsen, bei Post-Process-Deduplizierung (nachträglich) wird zunächst mehr Platz belegt. Geht ein mehrfach referenzierter Block verloren, sind viele Dateien betroffen; die Platten darunter brauchen daher ein RAID und die Daten weiterhin eine Sicherung. Bei bereits komprimierten oder verschlüsselten Daten (Fotos, Videos, verschlüsselte Container) findet die Deduplizierung kaum gleiche Blöcke.

Die Ersparnis wird als Deduplizierungsrate angegeben, z. B. 10 : 1 (logisch 10 TiB, physisch 1 TiB belegt).

Geg.: 14 tägliche Vollsicherungen zu je 500\,\mathrm{GiB}, davon täglich 3\,\% neue Daten

Ges.: physisch belegter Speicher mit Deduplizierung, Deduplizierungsrate

S_{ohne} = 14 \cdot 500\,\mathrm{GiB} = 7.000\,\mathrm{GiB}

S_{mit} = 500\,\mathrm{GiB} + 13 \cdot 0{,}03 \cdot 500\,\mathrm{GiB} = 500\,\mathrm{GiB} + 195\,\mathrm{GiB} = \underline{\underline{695\,\mathrm{GiB}}}

\text{Rate} = \frac{7.000\,\mathrm{GiB}}{695\,\mathrm{GiB}} \approx \underline{\underline{10{,}072 : 1}}

Kompression und Deduplizierung abgrenzen

Kompression und Deduplizierung

	Kompression	Deduplizierung
sucht Redundanz …	innerhalb einer Datei bzw. eines Datenstroms	zwischen Dateien bzw. Blöcken
Ergebnis	kürzere Codierung derselben Daten	gleiche Abschnitte nur einmal, sonst Verweise
verlustbehaftet möglich?	ja (Bild, Ton, Video)	nein, immer verlustfrei
lohnt sich bei …	Texten, Logs, Datenbanken, Rohdaten	vielen Kopien: Sicherungen, VMs, Mailanhänge

Beides lässt sich kombinieren. Die Reihenfolge ist dabei wichtig: erst deduplizieren, dann komprimieren, zuletzt verschlüsseln. Verschlüsselte oder vorher komprimierte Daten sehen für die Deduplizierung wie Zufallsdaten aus.

Replikation, Snapshot und WORM: kein Ersatz für die Sicherung

Speichersysteme bringen weitere Funktionen mit, die oft mit einer Datensicherung verwechselt werden:

• Replikation: Der Datenbestand wird laufend auf ein zweites System, oft an einem anderen Standort, übertragen; synchron (jeder Schreibvorgang wird erst bestätigt, wenn beide Systeme ihn haben, nur über kurze Entfernungen) oder asynchron (mit kurzem Zeitversatz). Das schützt vor dem Ausfall eines ganzen Systems und vor Datenverlust zwischen zwei Sicherungen. Aber: Auch versehentliches Löschen oder Verschlüsseln durch Ransomware wird sofort mitrepliziert.

• Snapshot: ein Abbild des Datenbestands zu einem Zeitpunkt, das in Sekunden entsteht, weil nur Verweise eingefroren und danach nur Änderungen gespeichert werden. Snapshots eignen sich, um schnell einen älteren Stand zurückzuholen oder eine konsistente Sicherung zu erstellen (Datenbank kurz anhalten, Snapshot, Datenbank weiterlaufen lassen, vom Snapshot sichern). Ein Snapshot auf demselben Speichersystem ist aber keine verlässliche Datensicherung: Er liegt auf denselben Platten und hängt von denselben Verwaltungstabellen ab. Ein Hardwaredefekt, ein Fehler in den Zuordnungstabellen, Brand oder Diebstahl vernichtet Original und Snapshot zugleich.

• WORM-Speicher (Write Once Read Many): Daten können einmal geschrieben und danach nur noch gelesen, aber bis zum Ablauf einer Aufbewahrungsfrist weder geändert noch gelöscht werden; als WORM-Platte bzw. -Band oder per Software (Objekt-Sperre, Immutable Storage). WORM dient der revisionssicheren Archivierung und schützt Sicherungen vor Ransomware.

• Backup as a Service (BaaS): Sicherung zu einem Dienstleister in dessen Rechenzentrum; liefert die externe Kopie der 3-2-1-Regel ohne eigene Hardware.

Wie Sicherungsarten, Generationenprinzip und Archivierung zusammenspielen, beschreibt der Artikel Datensicherung und Archivierung.

Typische Fehler in Aufgaben

• NAS und SAN verwechselt: NAS liefert Dateien über das LAN (SMB/NFS, IP-Adresse), SAN liefert Blöcke über ein eigenes Speichernetz (FC mit WWN oder iSCSI mit IQN).

• DAS „schneller oder langsamer?“ pauschal beantwortet: Vergleiche die konkreten Schnittstellen. USB 3.2 Gen 1 mit 5 Gbit/s ist schneller als ein NAS an 1-Gbit/s-Ethernet, ein NAS an 10 Gbit/s dagegen schneller.

• TB und TiB vermischt: Herstellerangaben sind dezimal (1 TB = 10^{12} Byte), Betriebssysteme rechnen oft binär (1 TiB = 2^{40} Byte).

• Reichweite aufgerundet: Ein Speicher, der rechnerisch 7,4 Jahre reicht, reicht 7 volle Jahre; der Bedarf für eine Beschaffung wird dagegen aufgerundet.

• Clustergröße und Dateigröße verwechselt: Eine Datei mit 1 Byte belegt eine ganze Zuordnungseinheit, eine Datei mit 4.097 Byte bei 4-KiB-Clustern zwei.

• Deduplizierung = Kompression: Deduplizierung entfernt doppelte Abschnitte zwischen Dateien und ist immer verlustfrei.

• Snapshot oder Replikation als Backup: Beide liegen zu nah am Original bzw. übernehmen Fehler sofort.

Leitfragen

1. Welche Vorteile hat ein zentrales Speichersystem gegenüber Platten in jedem einzelnen Server? Antwort

Freier Speicher wird dynamisch dort zugeteilt, wo er gebraucht wird; Erweiterungen fallen nur an einem System an; Rechte, Überwachung und Sicherung werden zentral verwaltet; mehrere Server nutzen dieselben Daten, und Redundanz lohnt sich eher, siehe Abschnitt „Warum ein zentrales Speichersystem?“.

2. Wie unterscheiden sich DAS, NAS und SAN in Anbindung, Zugriffsebene, Protokollen und Adressierung? Antwort

DAS hängt direkt an einem Server (USB, SAS) und liefert Blöcke. Ein NAS hängt am LAN, hat eine IP-Adresse und liefert Dateien über SMB oder NFS. Ein SAN ist ein eigenes Speichernetz, über das Server per HBA Blöcke abrufen, mit Fibre Channel (WWN) oder iSCSI (IQN und IP-Adresse), siehe Vergleichstabelle.

3. Wann ist ein DAS schneller als ein NAS, und warum kann trotzdem nur ein Server darauf zugreifen? Antwort

Wenn die direkte Schnittstelle schneller ist als die Netzanbindung, z. B. USB 3.2 Gen 1 (5 Gbit/s) gegenüber einem NAS an 1-Gbit/s-Ethernet. Das DAS ist aber nur mit einem Rechner verbunden; andere erreichen die Daten nur über dessen Freigaben.

4. Welche Vorteile hat ein NAS gegenüber einem PC als Dateiserver, und wie greifst Du administrativ darauf zu? Antwort

Ein NAS braucht weniger Strom, ist kompakt, vorkonfiguriert (RAID, Freigaben, Benutzer), hat Hot-Swap-Einschübe und Plattenüberwachung und braucht weniger Wartung. Verwaltet wird es über eine Weboberfläche: IP-Adresse oder Hostname im Browser (HTTPS) aufrufen und mit einem Administrationskonto anmelden; alternativ SSH oder Hersteller-App.

5. Wie lässt sich ein NAS energieeffizient aufbauen? Antwort

Mit Platten niedriger Drehzahl, 2,5″-Platten oder SSDs, wenigen großen Platten und einem RAID-Level mit gutem Verhältnis von Netto- zu Bruttokapazität, Spin-down und Zeitsteuerung, einer Hot Spare, die erst bei Bedarf läuft, und einem effizienten Netzteil.

6. Was unterscheidet Fibre Channel von iSCSI, und wie sieht der Protokollstapel bei iSCSI aus? Antwort

Fibre Channel nutzt eigene LWL-Verbindungen und Switches, ist sehr schnell, aber teuer; iSCSI überträgt SCSI-Befehle über TCP/IP und normales Ethernet und ist günstiger. Der iSCSI-Stapel lautet von oben: Dateisystem, SCSI, iSCSI, TCP, IP, Ethernet, Netzwerk-Hardware.

7. Wie ist ein IQN-Name aufgebaut, und wofür steht WWN? Antwort

iqn. + Jahr und Monat, in dem die Domäne bereits im Besitz war + Domänenname in umgekehrter Reihenfolge + Doppelpunkt + frei gewählter Name, z. B. iqn.2016-04.de.csb-rad:nas-sen-lun1. WWN (World Wide Name) ist die 64-Bit-Adresse eines Fibre-Channel-Geräts oder -Ports.

8. Welche Argumente sprechen für, welche gegen ein SAN anstelle eines NAS? Antwort

Dafür: hohe Leistung im eigenen Netz, Blockzugriff für Virtualisierung und Datenbanken, gute Skalierbarkeit, große Entfernungen. Dagegen: hohe Kosten, mehr Planungs- und Verwaltungsaufwand, Spezialwissen; für reine Dateiablage unnötig.

9. Wie berechnest Du die Nettokapazität für ein neues Speichersystem und wie viele Jahre ein Speicher reicht? Antwort

Bedarf = Altkapazität · Auslastung + Zuwachs pro Jahr · Laufzeit (ggf. mit Reserve), aufgerundet. Reichweite = (nutzbare Kapazität · maximale Auslastung − Bestand) : Zuwachs pro Jahr, abgerundet auf volle Jahre, siehe Abschnitt „Kapazität eines neuen Speichersystems planen“.

10. Warum belegen viele kleine Dateien bei großen Zuordnungseinheiten viel mehr Platz, und welche Größe passt zu welchen Daten? Antwort

Jede Datei belegt ganze Zuordnungseinheiten; eine 900-Byte-Datei belegt bei 64-KiB-Clustern 64 KiB. Kleine Einheiten passen zu vielen kleinen Dateien (Texte, Konfiguration, Logs), große zu großen Dateien (Videos, Bilder, Sicherungen, VM-Images).

11. Wie funktioniert Deduplizierung, worin unterscheidet sie sich von Kompression, und wann lohnt sie sich nicht? Antwort

Daten werden in Abschnitte zerlegt, für jeden wird ein Hashwert berechnet; bekannte Abschnitte werden nur als Verweis gespeichert. Kompression codiert dagegen Daten innerhalb einer Datei kürzer und kann verlustbehaftet sein. Deduplizierung lohnt sich kaum bei einmaligen, bereits komprimierten oder verschlüsselten Daten.

12. Warum ersetzen Snapshot, Replikation und WORM-Speicher keine Datensicherung? Antwort

Ein Snapshot liegt auf demselben System und geht mit ihm verloren; die Replikation überträgt Löschungen und Ransomware sofort mit; WORM-Speicher schützt vor Veränderung, ist aber Archiv- bzw. Sicherungsziel, nicht selbst ein Sicherungskonzept mit mehreren Generationen und getrennten Kopien, siehe Abschnitt „Replikation, Snapshot und WORM“.

Links und weitere Informationen

• RAID: Festplattenverbünde verstehen, auswählen und berechnen

• Speicherbedarf und Datenmengen berechnen

• Datensicherung und Archivierung

• Netzwerk-Grundlagen

• Übungsaufgaben zu Speichersystemen

• RFC 7143: Internet Small Computer System Interface (iSCSI) Protocol (Consolidated)

• RFC 3721: iSCSI Naming and Discovery

• Microsoft Learn: Standardgröße der Zuordnungseinheit für NTFS, FAT und exFAT

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