NAS Arbeitsspeicher – ECC-RAM Funktion und Kaufberatung

Für ein NAS ist ECC-RAM zu empfehlen. ECC steht für Error Correcting Code. Bei Arbeitsspeicher mit ECC liegt die Datenfehlerrate niedriger als bei Speicher ohne ECC. Dies erreicht der ECC-RAM, indem er die einzelnen Bits mit einem Paritätsbit versieht und damit sicherstellt, dass die Datei nicht beschädigt ist.
Sollte ein Bitfehler entstehen, ist der ECC-RAM mit Hilfe des Error Correcting Codes in der Lage, einzelne Bitfehler wieder zu korrigieren.

Was kann ein ECC-RAM?
Um dies zu verstehen, muss man sich vergegenwärtigen, wie ein Computer Daten verarbeitet.
Alle Informationen erhält der Computer in Form von Bits. Bits setzen sich aus Binärcode zusammen, welcher lediglich aus 1 und 0 besteht. Es entstehen je nach Datei ganze Ketten aus Binärcode, zum Beispiel: 10110101.
Eine Fotodatei beispielsweise, ist für den Rechner also nur eine Kette aus vielen Bits aus 1 und 0.
Nun kann es passieren, dass bei einer Datei im Arbeitsspeicher, z.B. einem Foto, ein Bit kippt. Aus der letzten 1 wird eine 0. Ein sogenannter Bitfehler. Verlässt das Foto nun den Arbeitsspeicher wieder, wird es fehlerhaft auf die Festplatte geschrieben.
Im schlimmsten Fall kann man das Foto gar nicht mehr öffnen und die Datei wäre verloren. Dies gilt natürlich nicht nur für Fotos, sondern für alle Daten.
Immer wenn Daten von der Festplatte in den Arbeitsspeicher wandern, kann es zu einem Bitfehler im Arbeitsspeicher kommen. Ein ECC-RAM kann einen Bitfehler erkennen und korrigieren.

Wie macht der ECC-RAM das?
Stark vereinfacht ausgedrückt merkt der ECC-Arbeitsspeicher sich, wie das oben erwähnte Foto aussieht bevor es in den Arbeitsspeicher hineinkommt und notiert diese Information mit Hilfe von Paritäsbits, die er jedem Bit der Datei, in unserem Fall dem Foto, anhängt.
Verlässt das Foto nun den Arbeitsspeicher wieder, würde der ECC-RAM anhand der Paritätsbits erkennen wenn ein Bit gekippt wäre. Bevor das Foto mit dem Bitfehler den Arbeitsspeicher verlassen und falsch auf die Festplatte geschrieben würde, korrigiert der ECC-RAM mit Hilfe des Error Correcting Code den Fehler.

ECC RAM kann Bitfehler korrigieren

Ein ECC-RAM kann lediglich einen Bitfehler korrigieren. Treten mehrere Bitfehler gleichzeitig auf, stoppt der ECC-RAM aber zumindest das System. Somit dürfte ein unbemerkter Datentot durch Bitfehler (Silent Data Corruption), den man eventuell erst nach Jahren feststellt, wohl eher unwahrscheinlich sein.

Nur ECC-Arbeitsspeicher allein reicht nicht.
Es reicht leider nicht aus, lediglich ECC-Arbeitsspeicher zu verbauen. Auch Mainboard und Prozessor müssen ECC unterstützen, damit der ECC-RAM auch im ECC-Modus arbeiten kann.
Bitfehler treten an einem Desktop-Rechner auf Grund der geringeren Datenmenge seltener auf, als in einem Rechenzentrum mit riesigen Datenmengen. Wohl deshalb hat sich ECC bei Consumer-Hardware nicht durchgesetzt. Will man sein NAS mit ECC-RAM ausrüsten, scheidet die meiste Consumer-Hardware mangels ECC-Unterstützung aus.

Fazit
Bitfehler treten zwar selten auf, aber die Möglichkeit besteht grundsätzlich. Je mehr Daten in Bewegung sind, desto größer ist die „Chance“ auf einen Bitfehler.
Leider ist ECC-RAM und -Hardware teurer als Hardware ohne ECC-Unterstützung.
In zwei Fällen kann man jedoch in Erwägung ziehen, auf ECC im NAS zu verzichten.
Erstens: Das NAS dient lediglich als Datengrab oder Mediaserver mit Daten die sich wiederbeschaffen lassen (beispielsweise eine Filmsammlung oder Musik) und man kann daher mit einem Bitfehler, bzw. dem Verlust einzelner Dateien, leben.
Zweitens: Man will alte Hardware ohne ECC-Unterstützung, beispielsweise aus einem alten Desktop, in einem NAS recyclen.

Betreibt man ein NAS ohne ECC sollte man umso mehr Wert auf regelmäßige und viele Backups legen, um im Fall einer Silent Data Corruption keinen Datenverlust zu erleiden.
Läuft das NAS unter ZFS würde ich, damit ZFS seine Vorteile voll ausspielen kann, ECC-RAM bevorzugen.
Immer dann, wenn auf die Unversehrtheit der Daten extrem Wert gelegt wird, was wohl meistens der Fall sein dürfte, kommt nur ECC-Hardware in Frage.
Im Businessbereich dürfte ein Ausfall von Daten sowieso stets teurer sein, als die Mehrkosten die durch ECC-Hardware entstehen.
Aber auch im privaten Bereich können durch einen Bitfehler korrupt gewordene Dateien extrem schmerzhaft werden. Vielleicht bemerkt man bei einer Silent Data Corruption erst nach Jahren, weil man die betroffenen Dateien erst dann wieder verwenden will, das Dateien fehlerhaft sind und sich nicht mehr nutzen lassen. Es ist mehr als ärgerlich wenn beispielsweise Teile des Familienfotoalbums aufgrund einen Bitfehlers für immer verloren sind.
Ob Business oder Privat, ich würde immer das geringste Risiko wählen und in einem NAS nur ECC-Hardware verbauen.

Was meint Ihr, ECC ja oder nein?

Links:

Wikipedia.org – Bitfehler

Heise.de – ECC-RAM im Heim-Server: ja oder nein?

Elektronik-kompendium.de – ECC – Error Correcting Code

24/7 NAS-Dauerbetrieb oder runterfahren?

24/7 NAS-Dauerbetrieb oder runterfahren?

Ob man sein NAS 24/7 laufen lässt oder für mehrere Stunden am Tag herunterfährt lässt sich anhand verschiedener Fragen je nach Einsatzszenario beantworten. Werden die Daten rund um die Uhr benötigt ist die Antwort einfach, ein 24/7 Betrieb ist unausweichlich. Die meisten Homeanwender werden jedoch nicht 24/7 auf ihre Daten zugreifen müssen.
Auch im Homeoffice-Betrieb kann das NAS nach Feierabend regelmäßig über Nacht herunterfahren. Der private NAS- Mediaserver muss in der Regel erst hochfahren, wenn man zuhause ist und kann in der Nacht oder während der Arbeitszeit ebenfalls wieder heruntergefahren werden.




Benötigt man also seine Daten nicht 24/7, stellt sich die Frage welche Betriebsdauer mit Blick auf den Verschleiß für das NAS, den Geldbeutel und die Umwelt am Besten geeignet ist. Bezüglich des Stromverbrauchs ist klar, je länger das NAS heruntergefahren wird, je mehr spart dies natürlich auch Strom.
Aber was ist mit der Haltbarkeit der NAS-Hardware, insbesondere den Festplatten, wenn das NAS regelmäßig heruntergefahren wird?

Das wichtigste und zugleich größte Verschleißteil der NAS-Hardware sind die Festplatten.
Vor allem zwei Faktoren haben Auswirkungen auf den Verschleiß der Festplatten. Die Betriebsdauer, die von den Herstellern in MTBF angegeben wird und die maximale Zahl der Lade-/Entladezyklen.

MTBF (MTBF = Mean Time Between Failures)

Mit MTBF (MTBF = Mean Time Between Failures) wird die Zahl der Betriebsstunden angegeben, die die Festplatte läuft, bis mit Fehlern gerechnet werden muss.
Die MTBF wird bei den beiden führenden Festplattenherstellern und ihren für den NAS-Betrieb ausgelegten Produktlinien mit 1 Mio. Betriebsstunden angegeben.
Ähnlich wie bei Autos ist allerdings zu beachten, dass diese Betriebsdauer sich unter Umständen lediglich in optimalen Testsituationen realisieren lässt und im realen Alltagsgebrauch die MTBF niedriger liegen könnte. In der folgenden Rechnung gehe ich daher einfach mal von der Hälfte der angegebenen MTBF aus. Bei einem 24/7 Betrieb des NAS wären das dann 8.760 Stunden pro Jahr. Gehen wir von nur 500.000 Betriebsstunden aus, dann könnte die Festplatte über 57 Jahre durchlaufen.

Anzahl der Lade-/Entladezyklen

Immer wenn das NAS ausgeschaltet wird oder die Festplatte in den Schlafmodus fällt wird ein Lade-/Entladezyklus durchlaufen. Der Lese-Schreibkopf der Festplatte wird in eine Parkposition gefahren.
Die Anzahl der garantierten Lade-/Entladezyklen wird bei den Marktführern und ihren NAS-Festplatten mit 600.000 Lade-/Entladezyklen angegeben.
Läuft das NAS 365 Tage im Jahr für 12 Stunden und die Festplatten fallen alle 10 Minuten in den Schlafmodus, z.B. durch einen Energiesparmodus, wären über 11 Jahre Betrieb möglich, bis 300.000 Lade-/Entladezyklen erreicht wären (auch hier gehe ich lediglich von der Hälfte der Herstellerangaben aus).
Während durch ein tägliches Ein- und Ausschalten gerade mal 365 Lade-/Entladezyklen im Jahr anfallen, fällt die Summe der Lade-/Entladezyklen durch den Energiesparmodus im obigen Beispiel mit 26.280 pro Jahr deutlich höher aus.

Fazit

Die Lebensdauer einer NAS-Festplatte wird wohl weniger durch die Betriebsstunden, als durch die Lade-/Entladezyklen limitiert.
Daraus ergibt sich theoretisch, dass ein 24/7-Betrieb ohne Energiesparmodus weniger belastend für die Festplatte ist, als z.B. ein kurz gesetzter Energiesparmodus, der die Festplatten alle 10 Minuten in den Schlafmodus schickt. Allerdings steigen dann auch die Stromkosten.
Ein tägliches Ein- und Ausschalten des NAS verbraucht lediglich einen Lade-/Entladezyklus pro Tag. Dieser ist meiner Meinung nach zu vernachlässigen.
Da ich meine Daten vor allem im täglichen Homeoffice-Einsatz und nicht in der Nacht benötige, läuft mein NAS daher 12/7.
Den Energiesparmodus habe ich so konfiguriert, dass er die Festplatten erst nach 180 Minuten in den Schlaf schickt. So gehe ich einen Mittelweg zwischen Verschleiß und Stromkosten.

Im obigen Beispiel würden die Lade-/Entladezyklen die Lebenszeit einer NAS-Festplatte mit über 11 Jahren Einsatzzeit als Erstes begrenzen. Liebt man seine Daten, wird man wohl kaum eine NAS-Festplatte 11 Jahre nutzen, ohne diese auszutauschen.
Letztlich sind MTBF und Lade-/Entladezyklen so großzügig ausgelegt, dass ich die Chance auf andere Defekte, z.B. verbrauchtes Schmiermittel, Lagerschaden oder einen Motorschaden für größer halte.

Ich finde es daher wichtig, den Festplatten ein angenehmes „Arbeitsklima“ etwa durch ideale Temperatur und eine erschütterungsfreie, entkoppelte Montage der Festplatten im Gehäuse zu schaffen.
Auch das Risiko von Spannungsschwankungen aus dem Stromnetz versuche ich durch entsprechende Geräte, wie z.B. einer USV, zu verringern.




Artikel im Netz:
Wikipedia – Mean Time Between Failures
Heise – Ausfallraten von SATA-Festplatten im harten Server-Einsatz
PC Welt – Begrenzte Haltbarkeit von Festplatten

NAS-Systeme im Überblick

Die verschiedenen NAS-Systeme im Überlick

Das eigene NAS lässt sich auf verschiedene Arten realisieren. Je nach Budget, technischen Anforderungen und eigenem technischen Geschick sind unterschiedliche Hardware- Komponenten und Software denkbar. Grob lassen sich die verschiedenen NAS Systeme wie folgt beschreiben.





Einstiegsklasse: Router und externe Festplatte mit NAS Funktion
Fast alle Router der neueren Generationen haben einen USB-Anschluss und lassen sich durch das Anstecken einer externen Festplatte oder USB-Sticks zu einem NAS erweitern. Vom Preis sicherlich der günstigste Aufbau.

Router und Festplatte ergeben ein NAS.

Einstiegsklasse: Router und Festplatte lassen sich oft zu einem NAS kombinieren.

Diese Varianten sind durch ihre Hardware regelmäßig in ihrer Leistung stark begrenzt und eignen sich nicht wirklich zum NAS-Betrieb. Ernsthafte Backup-Strategien werden sich auch softwareseitig kaum realisieren lassen.

Mittelklasse: Fertige NAS-Systeme
Es gibt eine handvoll Hersteller die fertige NAS-Systeme anbieten.
Je nach Preis haben diese Systeme bereits Festplatten an Bord oder können mit Festplatten erweitert werden. Fertig NAS-Systeme haben in der Regel eine eigene Herstellersoftware.
Einerseits ist man damit softwareseitig auf einen Hersteller, bzw. dessen Firmware festgelegt, anderseits hat man mit dem Hersteller eigenen Support stets einen kompetenten Ansprechpartner.
Diese Systeme bieten sich an, wenn man technisch/handwerklich nicht in der Lage ist, ein System selbst aufzubauen oder einfach keine Lust hat, sich intensiv mit dem Thema zu beschäftigen und z.B. einfach eine schnelle Backuplösung möchte.

Oberklasse: Der maßgeschneiderte Eigenbau NAS-Server
Hier muss man sich um Hardware und Software selbst kümmern. Dafür bekommt man ein maßgeschneidertes System mit Performance und Features welches perfekt auf die eigenen Bedürfnisse abgestimmt ist.

Nas und Nas-Serversysteme

Mittel- und Oberklasse: Je nach Budget und Anforderungen lassen sich
verschiedene NAS-Systeme zusammenstellen.




Als Hardware eigenen sich PC-Bestandteile. Diese lassen sich oft aus alten Desktop-Rechnern recyclen.
Auch softwareseitig stehen viele Möglichkeiten offen. Von Open Source Nas-Software bis zu Server Distributionen sollte für jeden Anspruch etwas dabei sein.
Beim Preis besteht ebenfalls viel Spielraum. Man kann sich einen richtigen Server als NAS-Grundgerüst konfigurieren und viel investieren. Genauso ist es aber auch möglich mit relativ wenig Budget einen guten NAS-Server mit Oberklasse-Features zu bauen.
Wer ungenutzte Hardware, etwa aus alten Desktop-PCs zuhause hat, kann hier sogar unter den Einstiegspreisen von Mittelklasse-fertig-NAS-Systemen landen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass man relativ herstellerunabhängig ist und alle Hardware-Komponenten, sowie die Software frei austauschen kann.

NAS Festplatten – Marktübersicht und Kaufberatung

Nas-Festplatte, Marktüberswicht und Kaufberatung

Die Festplatten eines NAS-Systems sind wohl die wichtigsten und sensibelsten Hardware- Komponenten und gleichzeitig auch das verschleißanfälligste Bauteil. Fällt eine Festplatte durch einen Defekt aus, können die Daten im schlimmsten Fall unwiderruflich verloren sein. Es lohnt sich daher bei der Festplatte nicht zu sparen und auf Qualität zu achten.




Grundsätzlich ist jede Festplatte auch in einem NAS einsetzbar. Es gibt aber auch spezielle Festplatten, die extra auf NAS-Bedürfnisse zugeschnitten sind.
Um ein NAS ausfallsicher betreiben zu können, werden mindestens 2 Festplatten benötigt. Dann lassen sich die Daten komplett spiegeln (RAID) und der Defekt einer Festplatte führt nicht zum Datenverlust.
Im wesentlichen gibt es drei Festplatten-Gattungen. Desktop-Festplatten, NAS-Festplatten (Consumer Hardware) und Festplatten für den professionellen Einsatz (Enterprise).

Desktop-Festplatten

Desktop-Festplatten sind heute weitgehend von Solid State Drives (SSD) abgelöst worden.
Desktop-Festplatten sind für einen 8 Stunden Betrieb ausgelegt und sind gleichzeitig mit hohen Umdrehungszahlen auf Schnelligkeit und weniger auf Energiesparen optimiert.
Desktop-Festplatten eigenen sich für einen NAS-Betrieb vor allem dann, wenn kein 24/7 Betrieb erforderlich ist, weil dann der Stromverbrauch und die längere Nutzungszeit nur geringe Auswirkungen haben.

NAS-Festplatten (Consumer-Hardware)

NAS-Festplatten sind oft besonders stromsparend und für den 24/7 Betrieb ausgelegt. Dies erreichen sie durch niedrige Umdrehungszahlen und sind daher oft langsamer als Desktop- Festplatten.
Im Gegensatz zu Desktop-Festplatten kommt es bei NAS-Speicher aber selten auf Geschwindigkeit an, da die Übertragungsgeschwindigkeit der Netzwerkverbindung meistens das Nadelöhr ist und Festplatten mit hohen Schreib- und Lesegeschwindigkeiten sowieso ausbremsen würde.

Server-Festplatten (Enterprise)

Server-Festplatten haben unter anderem die selben Eigenschaften wie Consumer NAS-Festplatten, jedoch sind sie meistens mit besseren Komponenten, bzw. noch robuster ausgestattet.
So können Enterprise-Festplatten regelmäßig auch mit mehr als 8 Festplatten in einen Server eingebaut werden, weil sie besser gegen Schwingungen entkoppelt sind als Consumer-Hardware. Auch werden Enterprise-Festplatten gerne mit einem SAS-Controller ausgestattet.

 

Die Hersteller

Den Festplattenmarkt teilen sich nur noch 3 Hersteller. Das macht den Markt übersichtlich, schränkt ihn aber leider auch ein. Seagate, Western Digital und deren Tochterunternehmen HGST haben jeweils eine eigene NAS-Produktlinie.

Western Digital hat die Red Festplatten, welche sich noch in die Normalen (Consumer-Hardware) und Pro (Enterprise) untergliedern.
Seagate nennt seine NAS-Produktlinie Iron Wolf und bietet diese ebenfalls in einer Standard (Consumer-Hardware) und Pro (Enterprise) Variante an.
HGST, ehemals Hitachi, gehört mittlerweile zu Western Digital. Auch HGST hat mit der Deskstar eine eigene NAS-Produktlinie.
Toshiba bietet keine speziell auf NAS-Systeme abgestimmte Produktlinie an.

Welche Festplatte sollte ich verbauen?

Gibt es keine Budgetgrenze, würde ich immer NAS-Festplatten verbauen.
Der Mehrpreis für eine stromsparende NAS-HDD kann sich auch über die Stromkosten amortisieren und ist letztlich auch aus ökologischen Gründen sinnvoll.
Besonders bei einem 24/7 Betrieb dürften NAS-Festplatten auch mehr Ausfallsicherheit als Desktop-Festplatten bieten.

Sind aber bereits alte Desktop-Festplatten vorhanden, z.B. aus einem ausgeschlachteten Altrechner, kann man diese besonders wenn kein Dauerbetrieb gefordert ist in einem NAS „recyclen“.

Zur Enterprise-Festplatte würde ich jedoch wegen der deutlich höheren Anschaffungskosten nur greifen, wenn ich das Mehr an Leistung, etwa den Einsatz von über 8 Festplatten in einem System, auch wirklich benötige. Für Heimanwender, im Home-Office und in kleinen bis mittleren Firmennetzwerken wird eine Consumer NAS-Festplatte regelmäßig ausreichen.

Will man ein Fertig-NAS-System bestücken bzw. aufrüsten, sollte man auch auf die Kompatibilitätslisten des jeweiligen NAS-Herstellers achten.

Jeder Hersteller liefert sicherlich gute Festplatten, leider schwanken die Ausfallraten je nach Model und Baujahr.
Um sich einen Überblick zu verschaffen welche aktuellen Modelle gerade besonders ausfallsicher sind, bietet sich die jeweils aktuelle Statistik von Backblaze an.
Backblaze ist ein Cloud-Speicherplatz-Anbieter der vierteljährlich Zahlen zu den Ausfallquoten der von ihm verwendeten Festplatten veröffentlicht.

Besonders interessant sind die Zahlen von Backblaze deshalb, weil das Unternehmen ausschließlich Consumer-Festplatten einsetzt, da Backblaze den hohen Mehrpreis für Enterprise-Festplatten für unwirtschaftlich erachtet.

Generell würde ich eher wenige Festplatten mit großer Kapazität verbauen, als viele kleine. Das verbraucht weniger Strom, senkt die Anschaffungskosten und eine gute Ausfallsicherheit lässt sich bereits mit 2 Festplatten (RAID) erzielen.




Artikel im Netz:
Heise.de Festplatten für NAS
Backblaze.com Blog