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?

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Was ist ein NAS?

Network Attached Storage lässt sich mit „netzgebundener Speicher“ übersetzen und bezeichnet ein dediziertes Speichergerät, das in ein lokales Netzwerk eingebunden ist und sich im Vergleich zu anderen Datenablage-Lösungen durch einen günstigen Anschaffungspreis und geringen Administrationsaufwand auszeichnet. In deutschsprachigen Ländern hat sich neben NAS die Alternativbezeichnung Netzwerkspeicher etabliert.

NAS-Systeme werden von Herstellern wie Synology, Seagate Technology, Netgear, QNAP, Buffalo, ZyXEL oder Western Digital in der Regel als sofort einsatzfähiges Komplettgerät inklusive aller benötigten Hard- und Software-Komponenten angeboten. Zielgruppen sind der Mittelstand, Selbstständige sowie private Nutzer.

Grundsätzlich ist ein NAS wie ein normaler Rechner aufgebaut. Unter dem Gehäuse mit Netzteil und Lüfter finden sich CPU, RAM und Mainboard. Darüber hinaus verfügt der Netzwerkspeicher über Schnittstellen wie LAN, USB und WLAN. Zentrale Hardware-Bestandteile für die Speicherfunktion sind eine bestimmte Anzahl an Massenspeichermedien in Form von Festplatten oder SSDs (Solid State Drives) sowie ein RAID-Controller (Redundant Array of Independent Disks) zur Organisation mehrerer physischer Speichermedien zu einem logischen Laufwerk. Softwareseitig werden ein Betriebssystem (in der Regel Linux) und die NAS-Software bereitgestellt.

Funktionsweise eines NAS-Systems

Bei einem NAS-System handelt es sich im Grunde um einen Fileserver, der für die Datenspeicherung in lokalen Netzen optimiert wurde. Der Zugriff im LAN erfolgt über das Windows-Netzwerkprotokoll SMB (Server Message Blocks). Als Übertragungsprotokolle für Linux-basierte Systeme kommen NFS (Network File System) oder FTP (File Transfer Protocol) zum Einsatz. Apple-Hardware setzt auf AFP (Apple Filing Protocol). Zudem lassen sich viele NAS-Systeme als Ziel für Time-Machine-Back-ups einbinden. Eine zentrale Funktion von Network Attached Storage ist die Zugriffskontrolle auf gespeicherte Daten. Gerade der Einsatz im professionellen Umfeld erfordert eine Datenhaltung, bei der Dateien unterschiedlicher Nutzer abgeschirmt voneinander auf der gleichen Speicherplattform abgelegt werden können. Gruppenarbeit wird durch Freigaben ermöglicht.

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Mit vergleichsweise geringen Anschaffungskosten spricht Network Attached Storage neben Privatnutzern das Marktsegment SOHO (Small Office, Home Office) an und überzeugt im Vergleich zu Alternativlösungen durch einen geringen Administrationsaufwand, hohe Ausfallsicherheit und eine gute Energiebilanz.

Administration
Anders als bei herkömmlichen Fileservern wird für den Betrieb eines NAS-Systems vergleichsweise wenig Fachwissen benötigt. Alle Einstellungen am Netzwerkspeicher erfolgen über eine grafische Konfigurationsoberfläche, die sich im Webbrowser eines Client-Geräts im gleichen Netzwerk aufrufen lässt. Für einen bequemen Zugriff auf den Netzwerkspeicher lassen sich NAS-Systeme auf Endgeräten wie PCs und Laptops als Laufwerk einbinden. Spezielle Programme für den Datentransfer werden nicht benötigt. Smartphones, netzwerkfähige Stereoanlagen und Smart-TVs, die eine einfache Dateifreigabe nicht unterstützen, greifen über einen in die Software integrierten Streaming-Server wie TwonkyMedia auf Musik, Fotos oder Videos zu. So lässt sich ein NAS auch Zuhause ideal als zentraler Medienspeicher einsetzen.

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.

Kosten und Energieverbrauch
Auf dem Markt finden sich NAS-Systeme inklusive Festplatten sowie als Leergehäuse. Bei letzteren haben Nutzer die Möglichkeit, selbst zu entscheiden, wie viel Speicherkapazität sie benötigen. Freie Slots bieten die Option, den Netzwerkspeicher nachträglich zu erweitern. Während Einsteigergeräte schon für unter hundert Euro zu haben sind, kann ein leistungsstarkes Businessmodell inklusive Speichermedien mehrere tausend Euro kosten. Gerade im Unternehmenseinsatz kann sich eine solche Investition jedoch rechnen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Servern verbrauchen moderne NAS-Systeme deutlich weniger Strom. Grund dafür ist die Reduktion auf die Speicherfunktion. Viele Geräte unterstützen ausgereifte Stromsparstrategien. So sorgt beispielsweise ein Netzwerk-Standby selbst bei Dauerbetrieb für einen geringen Energieverbrauch, da das Gerät bei längeren Leerlaufzeiten in den Ruhezustand versetzt wird. Dank Wake-on-LAN-Funktion lässt sich selbst ein ausgeschaltetes NAS-System über das Netzwerk in den betriebsbereiten Zustand hochfahren.

Erweiterbarkeit
Die Installation zusätzlicher Software ist bei einem NAS-System in der Regel nicht möglich, viele Geräte bieten neben der zentralen Datenspeicherung jedoch Zusatzfunktionen wie die Inbetriebnahme des Geräts als Druckserver. Manche NAS-Systeme ermöglichen zudem einen Fernzugriff über das Internet und lassen sich als Web-, FTP- oder E-Mail-Server betreiben.

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