Inhaltsverzeichnis

Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Namen der Autoren:
Titel der Arbeit:
Hochschule und Studienort:
Studiengang:
Dozent:
Datum der Abgabe:
Christopher Mattis und Michael Herrmann
Zentrale Datenspeicher im vernetzten Haushalt
FOM Fachhochschule für Oekonomie und Management Essen
Wirtschaftsinformatik
Prof. Dr. Uwe Kern
14.06.2009
Inhaltsverzeichnis
• 1 Einleitung
♦ 1.1 Ziel der Arbeit
• 2 Grundlagen
♦ 2.1 Zentrale Datenhaltung
◊ 2.1.1 Vorteile
◊ 2.1.2 Nachteile
♦ 2.2 RAID
◊ 2.2.1 RAID 0 (Striping - Beschleunigung
ohne Redundanz)
◊ 2.2.2 RAID 1 (Mirroring - Spiegelung)
◊ 2.2.3 RAID 5 (Leistung + Parität)
• 3 Dienste und Anwendungsfelder
♦ 3.1 Media streaming
◊ 3.1.1 DAAP
◊ 3.1.2 DPAP
♦ 3.2 iSCSI
◊ 3.2.1 iSCSI Protokoll
◊ 3.2.2 Vorteile
◊ 3.2.3 Nachteile
◊ 3.2.4 Nutzungsmöglichkeiten
⋅ 3.2.4.1 iSCSI als lokaler Datenträger
• 3.2.4.1.1 Vorteile
• 3.2.4.1.2 Nachteile
⋅ 3.2.4.2 Boot via iSCSI
• 4 Speicher im Netzwerk
♦ 4.1 Storage Area Network (SAN)
♦ 4.2 Network Attached Storage (NAS)
• 5 Praxisteil
♦ 5.1 Hardware
◊ 5.1.1 Systemspezifikationen
⋅ 5.1.1.1 Prozessor
⋅ 5.1.1.2 Motherboard
⋅ 5.1.1.3 Festplatten
◊ 5.1.2 Maßnahmen zur Herabsetzung des
Energiebedarfs
⋅ 5.1.2.1 Deaktivierung
nichtbenötigter Funktionen
Inhaltsverzeichnis
1
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
⋅ 5.1.2.2 Anpassung der
Energieeinstellungen
⋅ 5.1.2.3 Änderung der
CPU-Taktfrequenz
• 5.1.2.3.1 Overclocking
• 5.1.2.3.2 Underclocking und
Undervolting
• 5.1.2.3.3 Formel zur
Berechnung der
Leistungsaufnahme einer
CPU
⋅ 5.1.2.4 Wirksamkeit der
Energieeinspar-Maßnahmen
♦ 5.2 Verwendete Software
♦ 5.3 Installation
◊ 5.3.1 Einrichtung
◊ 5.3.2 Bedienung
♦ 5.4 Bewertung
◊ 5.4.1 Kosten
⋅ 5.4.1.1 Anschaffungskosten
⋅ 5.4.1.2 Betriebskosten
◊ 5.4.2 Erweiterbarkeit
◊ 5.4.3 Größe
◊ 5.4.4 Benutzerfreundlichkeit
• 6 Fazit und Ausblick
• 7 Fußnoten
• 8 Abkürzungsverzeichnis
• 9 Abbildungsverzeichnis
• 10 Literatur- und Quellenverzeichnis
1 Einleitung
Abbildung 01
Anzahl der PCs pro Haushalt
Im menschlichen Leben spielt die Elektronik eine immer größere Rolle. Speziell der Haushalt hat sich in den
1 Einleitung
2
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
letzten Jahrzehnten einem Wandel unterzogen. Waren noch vor einigen Jahren Computersysteme eher selten in
deutschen Haushalten vorzufinden, so geht der Trend heutzutage zum Dritt- oder Viert-PC[1]. Hinzu kommen
mehr und mehr Systeme, welche neben dem ?klassischen? PC genutzt werden. Hierzu zählen etwa Spielkonsolen,
Musikanlagen, digitale Bilderrahmen, Set-Top-Boxen und Andere.
Abbildung 02
Vernetzte Haushalte
Mit dem Einzug der digitalen Medien in den Alltag des Menschen wächst der Bedarf der Vernetzung dieser
Systeme miteinander. Mehr als die Hälfte der deutschen Haushalte mit mehr als einem Computersystem haben
diese miteinander vernetzt[2].
Heutzutage fallen mit steigender Nutzung dieser Geräte und Medien mehr und mehr zu speichernde Daten an,
darunter Emails, Dokumente, Digitalfotos, Heimvideos, Filme, Musik und mehr.
Hinzu kommt, dass diese Daten, da sie oftmals auf unterschiedlichen Systemen genutzt werden, lokal gespeichert
werden. Es wird durch die teilweise mehrfach vorhandenen Daten nicht nur tendenziell mehr Speicherplatz
verbraucht, sondern es geht auch zunehmend der Überblick verloren, auf welchem Gerät welche Daten welcher
Aktualität vorliegen.
Ein viel größerer Nachteil liegt jedoch in der Tatsache, dass sich die Daten lokal auf dem Gerät befinden. Falls
beispielsweise ein Datenträger eines solchen Gerätes einen Defekt erleidet, sind die Daten verloren - und im
schlimmsten Fall - nicht noch woanders vorhanden.
1.1 Ziel der Arbeit
Diese Fallstudie soll zeigen, welchen Nutzen ein zentraler Datenspeicher dem Heimanwender bietet und welche
Zusatzfunktionen dem Anwender durch die kombinierte Nutzung der Geräte zur Verfügung stehen.
Des Weiteren wird ein Kosten-/Nutzen-Vergleich zwischen einer Do-It-Youself-Lösung in Form eines Servers
und einem modernen NAS-Gerät durchgeführt.
1.1 Ziel der Arbeit
3
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
2 Grundlagen
2.1 Zentrale Datenhaltung
Unter zentraler Datenhaltung versteht man das Ablegen von Dateien im Netzwerk auf ein zu diesem Zweck
dediziertes System.
2.1.1 Vorteile
Durch zentraler Datenhaltung entgeht man Nachteilen der lokalen Datenhaltung, da nun mehrere Benutzer
gleichzeitig auf Daten zugreifen können. Des Weiteren tauchen durch das Filesharing weniger redundante Daten
auf, es wird eine bessere Übersicht über die im Netzwerk vorhandenen Dateien gewonnen und es besteht weniger
Verwaltungsaufwand für die gespeicherten Daten. Insgesamt betrachtet, sinken so die Transaktionskosten, da
weniger Organisationsaufwand für die Datenhaltung notwendig ist.
Neben der verbesserten Strukturierung des Datenbestandes, wird auch den Gefahren der lokalen Datenhaltung aus
dem Weg gegangen.
Lokal gespeicherte Daten verfügen oftmals über unzureichende bis gar keine Maßnahmen zur Steigerung der
Datensicherheit. Bei einem Hardwaredefekt gehen hierbei wichtige Daten verloren, bzw. ist die
Wiederherstellung der Daten sehr aufwändig und kostenintensiv.
2.1.2 Nachteile
Eventuelle Nachteile sind die zusätzlichen Kosten für einen zentralen Datenspeicher und die nötige Infrastruktur
in Form eines - jedoch oftmals schon vorhandenen - Netzwerkes. Ein weiterer Nachteil wäre die Geschwindigkeit
des Datenzugriffes, falls die Infrastruktur nicht ausreichend ausgebaut ist. Dies kann auch vorkommen, wenn
viele Benutzer auf die Daten zugreifen.
2.2 RAID
Unter einem RAID [3] versteht man einen Festplattenverbund von mindestens zwei Festplatten. Es wird entweder
aus Gründen der Performancegewinnung oder der Datensicherheitsgewinnung erstellt. Die unterschiedlichen
Arten des RAID werden Level genannt. Die im Projekt vorzufindenden RAID-Level 0, 1 und 5 werden nun näher
erläutert.
2.2.1 RAID 0 (Striping - Beschleunigung ohne Redundanz)
2 Grundlagen
4
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Abbildung 03
RAID 0
Bei einem RAID des Levels 0 werden zwei oder mehr physikalische Festplatten zu einer logischen verbunden.
Die Daten werden hierbei in eine festgelegte Größe zerlegt und auf die Festplatten gleichmäßig verteilt. Somit
steigt der Datendurchsatz beim Lesen oder Schreiben auf dem Datenträger, da von allen Festplatten gleichzeitig
gelesen werden kann. Theoretisch ver-n-facht sich die Lese-/Schreibgeschwindigkeit. Die Speicherkapazität
entspricht hier der Gesamtkapazität aller eingesetzten Festplatten, solang sie die gleiche Größe aufweisen.
Ansonsten entspricht sie der Kapazität der kleinsten Festplatte, multipliziert mit der Anzahl eingesetzter
Festplatten.
2.2.2 RAID 1 (Mirroring - Spiegelung)
Abbildung 04
RAID 1
Hier wird zwecks Datensicherheit die Primärfestplatte ?gespiegelt?. Das heißt, dass alle Daten, die auf einer
Festplatte geschrieben werden, auch auf alle anderen Festplatten desselben Verbunds geschrieben werden. Somit
sind die Daten vor einem Festplattenausfall von n-1 Festplatten geschützt und abrufbar. Die
Speicherplatzkapazität des Verbunds beläuft sich auf der der kleinsten eingesetzten Festplatte. Die
Geschwindigkeit beläuft sich im Normalfall auf die einer einzelnen Festplatte. Intelligente Controller jedoch
können zumindest bei Lesezugriffen durch den parallelen Zugriff auf mehrere Festplatten einen
Geschwindigkeitszuwachs erzielen.
2.2.3 RAID 5 (Leistung + Parität)
2.2.1 RAID 0 (Striping - Beschleunigung ohne Redundanz)
5
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Abbildung 05
RAID 5
In einem RAID 5 werden die Nutzdaten auf alle Festplatten verteilt. Zudem werden Paritätsinformationen erstellt
und ebenso auf alle Platten verteilt. Eine Parität ist eine ?XOR? (Exclusiv Oder) Verknüpfung der
Dateninformationen, welche vom Controller berechnet wird. Fällt eine Festplatte aus, ist der Volle Zugriff
trotzdem möglich, da die fehlenden Dateien der ausgefallenen Festplatte ?errechnet? werden können. Bei Einbau
einer Ersatzplatte können auf ihr die Daten wiederhergestellt werden. Die Kapazität entspricht bei einem RAID 5
dem n-1 ? fachen der Größe der kleinsten verwendeten Festplatte. Für die Erstellung eines RAID 5 benötigt man
mindestens drei Festplatten.
3 Dienste und Anwendungsfelder
Abbildung 06
Beispiel einer Hausvernetzung
3.1 Media streaming
Bewegte Bilder und Audios sind ein wichtiger Bestandteil in unserer heutigen Gesellschaft, egal ob als
Informations- oder Unterhaltungsmedium. Durch zentrale Datenhaltung ist es möglich, Bild- und Toninhalte im
2.2.3 RAID 5 (Leistung + Parität)
6
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
gesamten Haushalt abzurufen, sei es durch ein W-LAN fähiges Radio oder über ein Mediacenter in Verbindung
mit einem Flachbildfernseher. Dadurch ist das gleichzeitige Abrufen mehrer Inhalte an unterschiedlichen
Standorten im Haus gegeben.
Abbildung 07
DAAP Einrichtung serverseitig
Abbildung 08
Beispiel einer freigegebenen Musikbibliothek in iTunes
3.1.1 DAAP
Das Digital Audio Access Protokoll (DAAP) ist ein Protokoll für den Zugriff auf Audio-Datenbanken über das
Netzwerk. Erstmals wurde DAAP vom Musikprogramm iTunes der Firma Apple verwendet.[4] Hierbei handelt es
sich um ein anwendungserweitertes HTTP-Protokoll (TCP/IP). Der Dienst wird über die Zeroconfig im Netzwerk
bekannt gemacht und kann so von DAAP-Clients (wie eben iTunes) ermittelt werden. Bis heute haben sich
zahlreiche weitere Programme, die einen DAAP-Server, DAAP-Client oder beides enthalten, um
Musikbibliotheken mehren Abspielgeräten zugänglich zu machen, am Markt etabliert.
3.1 Media streaming
7
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Das DAAP ist sowohl über beliebige IP-Netzwerke routbar (Port 3689)[5], als auch über das freie Internet. Somit
ist es möglich Audiodaten weltweit mit Netzwerkmitgliedern zu teilen.
Die Einrichtung ist ein einfacher Prozess, der selbst durch einen Laien durchgeführt werden kann. Um eine
freigegebene Musikbibliothek in iTunes aufnehmen zu können, wird auf dem Server die Übertragung über das
DAAP-Protokoll einmalig definiert.
Hierzu wird ein Service Name gewählt, anhand derer man die Playliste wieder erkennt, wie beispielsweise
?iTunesServer?. Weiterhin wird der Übermittlungstyp festgelegt, in diesem Fall ?_daap._tcp.? über den Port
3689. In iTunes erscheint nun die freigegebene Musikbiliothek mit den dazugehörigen Alben und Titeln. Die
Integration erfolgt automatisch, solange sich der Client im Netz befindet.
3.1.2 DPAP
Das Digital Photo Access Protocol (DPAP) baut auf dem Prinzip des DAAP auf. Ebenfalls werden Datenpakete
über TCP/IP (Port 8770)[6] bzw. HTTP verteilt. Hauptanwendungsgebiet ist die Software von Apple namens
iPhoto. Hierbei werden Bildersammlungen übertragen, um sie auf berechtigten Computern betrachten zu können.
3.2 iSCSI
Internet SCSI (iSCSI) ist ein Protokoll zur Vernetzung von Servern mit Speichersystemen, ähnlich dem Fibre
Channel Protocol (FCP). iSCSI bedeutet verdeutlicht ?SCSI over Internet Protocol? sowie steht FCP für ?SCSI
over Fibre Channel?.
3.2.1 iSCSI Protokoll
iSCSI ist von anderen IP-basierten Diensten abzugrenzen (wie ?Fibre Channel over IP (FCIP)? oder ?Internet
Fibre Channel Protocol (iFCP)?). Diese erfüllen den Zweck, FCP basierte Netzwerke über IP miteinander zu
verbinden.[7] ISCSI kann sowohl auf Gigabit LANs mit einer Bandbreite von 1 bis 10 Gbit/s, auf Fibre Channel
und einem 100Mbit/s LAN eingesetzt werden. Bei letzterem ist der Einsatz jedoch nur stark eingeschränkt
möglich und sollte daher nur bei Netzwerken kleiner 5 PCs eingesetzt werden.
3.1.1 DAAP
8
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Abbildung 09
iSCSI Paketaufbau
Datenpakete und SCSI Befehle müssen bei iSCSI in TCP/IP eingekapselt werden. Durch diese Einkapselung
entsteht ein Transport Overhead, welcher abhängig von der Paketgröße ist.[8] Folglich ist der Overhead umso
größer, je kleiner ein Paket ist. Demnach sollte eine große Paketgröße gewählt werden um den Durchsatz zu
maximieren.
Die Latenzzeit ist in SAN eine kritische Größe. Sie gibt an, wie viel Zeit ein Datenpaket benötigt, um vom Sender
zum Empfänger zu gelangen. Hohe Latenzzeiten können zu Übertragungs- oder sogar zu Verbindungsabbrüchen
führen.[9] Folglich ist ein Absturz des Servers nicht mehr ausgeschlossen.
Die Latenzzeit lässt sich durch mehrere Faktoren beeinflussen:[10]
• Verwendete Komponenten (Switches, Router etc.)
• Anzahl der Komponenten im Netzwerk
• Kabellänge und Kabeltyp (Glasfaser oder Twisted Pair)
• Verwendete, verschiedene Protokolle
• Verfügbare Bandbreite im Netzwerk
ISCSI eignet sich durch diese Merkmale nicht, um über das öffentliche Netz (z.B. Internet) als Speichersystem
verwendet zu werden. Hierbei entstehen nicht vorhersagbare Latenzzeiten, die auf lange Wege im Netz sowie
unterschiedliche Anbindung zwischen dazwischenliegenden Routern zurückzuführen ist.
In öffentlichen Netzen ist es weiterhin wahrscheinlich, dass die Datenpakete über unterschiedliche Wege durch
das Netz gelangen. Ein zwingend notwendiger Faktor bei iSCSI ist aber, dass die Datenpakete in der korrekten
Reihenfolge am Ziel eintreffen (In-Order-Delivery).
Demnach kann iSCSI effektiv nur in privaten Netzen angewendet werden. Empfehlenswert ist es, Hardware zu
verwenden, die QoS- und Priorisierungsfunktionen besitzt. Über diese kann die Latenzzeit sehr gering gehalten.
Der Verkehr sollte gegenüber FTP- und Web-Pakten priorisiert sein.
3.2.2 Vorteile
Durch eine Verwendung von standardisierten Ethernetkomponenten beim Aufbau des Netzwerkes, bietet das
iSCSI-Protokoll diverse Vorteile:
Zum einen fallen geringere Anschaffungskosten bei der Hardware an, da Fiber Channel SAN-Komponenten im
Allgemeinen kostspieliger als standardisierte Ethernet-Komponenten sind, die Entstehung von konsolidierten
Organisationsstrukturen vereinfacht die Administration und niedrigere Ausbildungskosten fallen an, da
bestehende Systeme verwendet werden können. Des Weiteren ist am Markt eine große Auswahl von Anbietern
und Produkten verfügbar, was, durch bestehende Wettbewerbsfaktoren, günstige Einkäufe von Hard-, Software
und qualifiziertes Personal möglich macht.
Da Unternehmen auch außerhalb des SAN-Bereichs größere Mengen an Ethernet-Ausrüstung anschaffen,
entstehen aufgrund von Großbeschaffungen unternehmensweit günstigere Einkaufskonditionen, die ausschließlich
für die Speicherung verwendet werden.
Fibre Channel ist im Vergleich zu Ethernet mehr standardisiert. Da iSCSI auf einem Protokoll basiert, das sich an
bewährte Standards hält, wird die Interoperabilität vereinfacht und der Wettbewerb verstärkt, wodurch verwandte
Produkte einem Preisdruck ausgesetzt sind. Inkompatibilitäten und die Durchführung von Tests fallen beim
3.2.1 iSCSI Protokoll
9
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Käufer nicht an, da eine Standardkonformität gegeben ist und somit mögliche Kompatibilitätsprobleme stark
reduziert werden. Mit dem steigenden Absatz von vergleichbaren Erzeugnissen steigt der Preisdruck auf Produkte
auf Basis von iSCSI und Ethernet. Dies hat zur Folge, dass niedrigere Anschaffungskosten und kürzere
Innovationszyklen möglich sind.
3.2.3 Nachteile
Die Unterbringung von SCSI-Kommandos und Datenpakete in TCP/IP-Paketen, stellt hohe Anforderungen an die
verwendete Hardware: Die CPU-Leistung sollte mindestens eines 3-GHz-Pentium-Prozessors entsprechen und ein
dem Bedarf entsprechend hoher RAM-Speicher sollte verwendet werden. Als Netzwerk-Schnittstelle ist es
empfehlenswert, Gigabit Ethernet einzusetzen.
Im Kontrast zu NAS Technologien bietet die iSCSI Technologie keine Möglichkeit für Stand-Alone-Geräte. Der
Einsatz erfordert vielmehr einen zusätzlichen Server oder spezielle Clientsoftware für den gemeinsamen Zugriff
auf Daten, wie etwa spezielle File-Sharing-Tools. Das Dateisystem einer iSCSI Speicherlösung ist abhängig vom
eingesetzten Betriebssystem. Der gemeinsame Datenzugriff durch Clients mit anderem Betriebssystem erfordert
also eine weitere Software-Instanz, um Kompatibilitäten herzustellen.
Dies hat zur Folge, dass zusätzliche Kosten pro Client, die für die Lizenzgebühren der zusätzlich benötigten
File-Sharing- oder Verwaltungssoftware anfallen, entstehen.
3.2.4 Nutzungsmöglichkeiten
Durch DPAP und DAAP ist der Austausch digitaler Unterhaltungsdaten wie Fotografien und Musikstücke im
gesamten Haus gegeben. Auf einem zentralen Datenspeicher werden alle Daten, wie Urlaubsbilder oder
Lieblingsmusikstücke, gesichert und sind dadurch über jeden, mit dem System verbundenen PC abrufbar.
Praxisbeispiele:
• Ein digitaler Bilderrahmen ruft stündlich ein neues Foto aus der Urlaubsdatenbank ab.
• Auf einem netzwerkfähigen Radio im Wohnzimmer ertönt klassische Musik, während ein Stockwerk
höher Bässe zum Rock schallen.
• Während eines Kurztrips nach Berlin, werden Bilder der Sehenswürdigkeiten während des Aufenthaltes
auf das Speichersystem kopiert, so dass der Rest der Familie diese ebenfalls gleich bewundern kann.
3.2.4.1 iSCSI als lokaler Datenträger
Häufig wird der lokale Plattenspeicher durch hinzufügen von Netzlaufwerken erweitert. ISCSI bietet die
Möglichkeit Remotedatenträger lokal einzubinden, das heißt, dass das Betriebssystem als lokale Festplatte
erkennt, obwohl diese, über das Netzwerk verbunden, auf einem externen Server verbaut sind. Der Zugriff über
iSCSI wird dabei nicht erkannt; die Übertragungsmethode bleibt transparent.[11]
3.2.2 Vorteile
10
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Abbildung 10
iSCSI Controller
3.2.4.1.1 Vorteile
Über einen iSCSI- Initiator (Client), können die auf dem iSCSI-Server vorhandenen Speicher-Ressourcen als
Laufwerk in das Clientsystem eingebunden werden. Dieses kann nun so verwendet werden, als wäre ein lokales
Laufwerk vorhanden.
Der große Vorteil liegt in der hohen Sicherheit gegenüber einer Netzlaufwerksfreigabe. iSCSI legt Wert auf
fehlerfreie Authentifizierung. Weiterhin werden iSCSI-Paketen verschlüsselt über das LAN transportiert. Die
Performance liegt unterhalb eines lokal vorhandenen SCSI-Systems. Ursache hierfür sind die höheren
Latenzzeiten durch die iSCSI-Datenpakete, jedoch ist dies bei Bandbreiten mit einem Gigabit oder mehr kaum
auffällig.
Ein weiterer Pluspunkt zeigt sich in der Netzwerkverwaltung, denn iSCSI-Knoten besitzen einen 255 Byte langen
Namen sowie einen Alias, die beide von der IP-Adresse unabhängig sind. So besteht die Möglichkeit ein
Speicherarray auch dann zu ermitteln, wenn es in ein anderes Netz (andere Subnetzmaske) verschoben wird.
3.2.4.1.2 Nachteile
Ein wesentlicher Nachteil ist die erhöhte Belastung der Clients durch angebundene Remotedatenträger. ISCSI ist
im Gegensatz zu TCP/IP blockorientiert und nicht paketorientiert, was zur Folge hat, dass ankommende
Datenpakete sortiert, zu Blöcken zusammengefasst und diese abschließend entpackt werden. Dieser Prozess ist
leistungsaufwändig, was sich auf die Last der CPU niederschlägt.
Dieser Nachteil lässt sich bei ausreichend ausgestatteten Computern (2GHz Rechenleistung, 1GB
Arbeitsspeicher) so sehr vermindern, dass während des laufenden Betriebes keine spürbaren Einbußen
festzustellen sind.
3.2.4.2 Boot via iSCSI
3.2.4.1 iSCSI als lokaler Datenträger
11
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Abbildung 11
LAN plattenloses Booten
Für eine höhere Redundanz und einer geringeren Leistungsaufnahme der Clients ist es möglich, dieses in einem
?Plattenlosen System? zu betreiben. Hierbei wird einzig ein Remotedatenträger als Speicher- und Bootmedium
eingesetzt. Im Client selbst sind keine Festplatten vorhanden. Dadurch können Systempartitionen in einem
RAID-Verbund gehalten werden, was die Ausfallsicherheit stark erhöht. Weiterhin besteht durch einen
Bootvorgang via iSCSI die Möglichkeit eine personalisierte Betriebssystemumgebung an verschiedenen Clients
im Haushalt zu Booten. Für das Booten via iSCSI wird ein Hardware-iSCSI-Initiator benötigt.
Über iSCSI Treiber lässt sich eine iSCSI-Implementierungen unter Windows und die Ports für Gigabit-Ethernet
leicht einrichten. Voraussetzung dafür ist das Pre-Boot Execution Environment (PXE)[12] auf dem Clientsystem.
Weiterhin werden noch ein Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) und ein Trivial File Transfer Protocol
(TFTP) auf dem Client benötigt. Durch diesen Prozess wird vor dem eigentlichen Bootvorgang eine Verbindung
mit dem Netzwerk bzw. dem iSCSI-Server aufgebaut und eine Remotefestplatte in das System eingebunden, von
der der Bootvorgang startet.
Dieses System bietet die Möglichkeit, beim Bootvorgang eine Auswahl zwischen verschiedenen
Betriebssystemen, wie Windows Vista, Windows XP oder Linux, zu treffen.
4 Speicher im Netzwerk
4.1 Storage Area Network (SAN)
3.2.4.2 Boot via iSCSI
12
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Abbildung 12
Storage Area Network
Ein SAN ist eine zentrale Einheit, in der alle Daten eines Unternehmens zentralisiert,auf mehreren Festplatten
verteilt und sicher gespeichert werden können.
Im Wesentlichen besteht es aus 3 Hardwareteilen:[13]
• Controller:
Der Controller ist das zentrale Verwaltungssystem für die an ihn angeschlossenen Festplatten. Diese unterstützen
verschiedene RAID Level und werden entsprechend den Servern als Logical Unit Number (LUN) zugeteilt. Die
Controller können redundant ausgelegt sein, so dass ein Ausfall eines Controllers nicht ihren gesamten Betrieb
zum Stillstand bringt.
• Switch:
Dieser stellt die Verbindungskomponente der verschiedenen Geräte in einem SAN dar. Die Funktionsweise ist der
eines Ethernetswitches ähnlich. Die Switchs können redundant ausgelegt sein, um durch einen Ausfall eines
Switches nicht die Systemleistung zu beeinflussen.
• SAN-Cards:
Diese Stellen eine Verbindung zwischen Server mit angeschlossenen SANs und dem Switch dar.
Ein Vorteil des SANs ist, dass der Speicherplatz wesentlich effektiver den Servern zugewiesen werden kann[13],
das heißt, dass Server nur soviel Speicher zugewiesen bekommen, wie benötigt wird. Daraus ergibt sich die
Möglichkeit, Plattenspeicherplatz zentral anzulegen und diesen anschließend entsprechend den Anforderungen
auf die Server aufzuteilen. Speicherplatz muss somit nicht von Beginn an fest definiert sein. Somit ist es
ausgeschlossen, dass Plattenplatz durch Überdimensionierung verschwendet wird oder Server zu wenig
Speicherplatz erhalten.
Eine Erweiterung des SAN Storage ist schnell und effektiv. Werden in das System neue Festplatten eingebunden,
so wird im laufenden Betrieb das Array des Storage erweitert. Nach dieser Erweiterung kann der neue verfügbare
Speicherplatz einem System zugewiesen werden. Die Funktion des Servers wird dabei nicht unterbrochen.
4.1 Storage Area Network (SAN)
13
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Um die Sicherheit in einem solchen System zu gewährleisten, ist es möglich, gespeicherte Daten und Pfade zu
diesen redundant auszulegen. Somit sind kritische Daten trotz eines Plattenausfalls auf einer anderen vorhanden
und der Zugriff kann erfolgen. Weiterhin bietet ein sogenanntes SnapShot-Verfahren die Funktion, ein Backup
des Storagesystems zu erstellen. Der Datenbestand zum Zeitpunkt des SnapShots wird gesichert. Eine Downtime
des Systems kann so minimiert werden.
Aufgrund der höheren Anschaffungskosten (Storage, Server, Controller) sind SAN-Sytseme in mittelständischen
und großen Unternehmen zu finden, da diese ein höheres Datenaufkommen besitzen, welches durch SANs besser
handhabbar ist.
4.2 Network Attached Storage (NAS)
Abbildung 13
Network Attached Storage
Unter Network Attached Storage versteht man einen im Netzwerk befindlichen Fileserver, dessen Betriebssystem
speziell auf die Anforderungen optimiert ist.
Hierdurch ist das Betriebssystem schlanker, ressourcenschonender und somit leistungsfähiger.
Ein Network Attached Storage bietet Clients Speicherbereich in einem Netzwerk an, das heißt, es stellt einen
Zusammenschluss von Fileserver über IP-Netzwerke dar. Dabei wird auf zentralisierte Storage Devices
zugegriffen. Diese Devices sind I/O-Subsysteme, die auch in SAN-Lösungen eingesetzt werden. Dadurch können
auch in NAS-Umgebungen die Hochverfügbarkeitslösungen der SANs eingesetzt und genutzt werden. Fileserver
bieten effizientes Daten-Sharing zu deutlich reduzierten Verwaltungsaufwendungen, da die Zentralisierung der
Datenhaltung zu einer zentralen Administration genutzt werden kann. Die Clients und Applikations-Server
greifen über unterschiedliche Netzwerkmedien und Netzwerk-Protokolle auf die in den Storage Devices
gespeicherten Informationen zu. So werden beispielsweise NFS- und CIFS-Protokolle unterstützt, die sowohl
Unix-Servern über NFS, als auch Microsoft Windows NT-Servern über CIFS/SMB den simultanen Zugriff auf
die gleichen Dateien ermöglichen.
Ein NAS ist aus drei wesentlichen Bestandteilen aufgebaut:[14]
• redundant konfigurierbaren File-Servern, in der Regel Standard-PCs mit
einem auf I/O-Belange reduzierten Betriebssystem. Diese stellen quasi einen hoch performanten I/O-Kanal
zwischen I/O-Subsystem (den Storage Devices) und den über das Netzwerk angeschlossenen Clients (Network
Attached Clients, daher auch die Bezeichnung als Network Attached Storage) dar
4.2 Network Attached Storage (NAS)
14
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
• einem ebenfalls redundant ausgelegten Management-Prozessor, ebenfalls
ein Standard-PC mit der Funktion der Konfiguration und des zentralen Managements der NAS-Umgebung sowie
der Möglichkeit der unterbrechungsfreien Online-Wartung der File-Server und der Storage Devices
• den Storage Devices. Hierbei handelt es sich um die gleichen Disk Arrays,
die das I/O-Subsystem moderner SAN-Umgebungen ausmachen. Diese Storage Devices werden auch für
NAS-Umgebungen zu SANs konfiguriert, um die Hochverfügbarkeit der Fileservices zu gewährleisten.
NAS-Systeme haben ihr Haupteinsatzgebiet in kleineren Unternehmen, da sie kostengünstig, effizient und einfach
zu administrieren sind. Einige Firmen bieten NAS-Lösungen für private Haushalte an, um die Datenspeicherung
zu zentralisieren. Dadurch ist es möglich als Privatperson ein eigenes Netzwerk zu erstellen und seinen
Bedürfnissen mit bestmöglichem Ergebnis anzupassen.
5 Praxisteil
5.1 Hardware
Abbildung 14
Durchschnittliches PC-Alter
Statistisch kaufen sich über 80% der deutschen Haushalte spätestens alle fünf Jahre einen neuen PC[15].
Der "alte" wird nur selten wieder verkauft, da er durch den schnellen technischen Fortschritt fast nicht mehr wert
ist. Da im Praxistest dieser Fallstudie ein "alter" PC als NAS fungieren soll, wurde Hardware ausgewählt, welche
vor ca. 5-6 Jahren noch aktuell war.
Ein Problem entsteht bei der Energieeffizienz der Hardware. Allein schon bei der CPU wurde hier in den letzten
Jahren immer mehr Wert auf Effizienzsteigerung gelegt. Heutige CPUs verfügen ebenfalls die aus dem
Mobile-Bereich stammenden Energiesparfunktionen, wie SpeedStep des Herstellers Intel.
Um dieses Problem zu bewältigen, wird im folgendem Verlauf versucht, den Energieverbrauch durch
verschiedene Einstellungen zu senken.
5 Praxisteil
15
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
5.1.1 Systemspezifikationen
Für das Testsystem kam folgende Hardware zum Einsatz:
5.1.1.1 Prozessor
Abbildung 15
Intel Pentium 4 2600Mhz mit Hyperthreading Technology
Zum Einsatz in unserem System kommt ein ca. 6 Jahre alter Pentium 4 Prozessor des Herstellers Intel[16].
Wie bereits erwähnt, ist der Prozessor mit einer maximalen Verlustleistung von 69 Watt nicht energiesparend.
Jedoch bietet dieser Prozessor mit einem niedrigen Multiplikator in Verbindung mit einer hohen
Front-Side-Bus-Taktfrequenz gute Voraussetzungen für das spätere Underclocking.
Detailliertere Spezifikationen sind der Abbildung zu entnehmen.
5.1.1.2 Motherboard
Gigabyte 8IP1000 Pro
Dieses Motherboard bietet die benötigten Funktionalitäten, wie Serial-ATA-Controller, besitzt einen aktuellen
Chipsatz mit Integrierter Grafikkarte und bietet durch die Fähigkeit, die Betriebsspannung des Prozessors herab
zu setzen, gute Voraussetzungen für die Reduzierung des Energieverbrauches[17].
5.1.1.3 Festplatten
Für das Betriebssystem und die Daten werden jeweils separate Festplatten verwendet. Da das Betriebssystem
wenig Speicherplatz benötigt, kam eine gebrauchte 40GB-Festplatte der Marke Western Digital zum Einsatz.
Für die Daten wurden zwei 1TB-Festplatte der neuesten Serie (7200.12) des Herstellers Seagate verwendet,
welche ca. ? 80 je Stück kosten[18]. Mit einem Preis von 0,08?/GB boten Sie ein gutes
Preis-Kapazitäts-Verhältnis.
Seagate ist ein führendes Unternehmen in Speichertechnologien und bietet eine lange Garantiezeit von fünf
Jahren[19].
5.1.1 Systemspezifikationen
16
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
5.1.2 Maßnahmen zur Herabsetzung des Energiebedarfs
Um mit Fertiglösungen konkurrieren zu können, muss der Energiebedarf gesenkt werden. Die Realisierung dieses
Ziels beginnt schon mit der Hardware-Auswahl.
Den zukünftigen Einsatzzweck als Datenspeicher im Fokus, wurde, wie es oben zu erkennen ist, auf unnötige
Hardware verzichtet.
Des Weiteren wurden am System Hardwareeinstellungen vorgenommen, welche im BIOS wieder zu finden sind.
5.1.2.1 Deaktivierung nichtbenötigter Funktionen
Um Ressourcen zu sparen, werden im BIOS alle nicht benötigten Funktionen und Komponenten deaktiviert.
Hierzu zählen etwa die OnBoard-Soundkarte, das OnBoard-Modem, die Parallel-/Seriell-/Infrarot-Schnittstelle
sowie nicht benötigte Controller, wie z.B. für Firewire oder RAID.
5.1.2.2 Anpassung der Energieeinstellungen
Mit dem Ziel, weiter Strom zu sparen, wird eine Anpassung der Energieoptionen vorgenommen. So wird durch
den Power-Daemon[20], der in FreeNAS aktivierbar ist, dem System die Möglichkeit gegeben, Teile der Hardware
abzuschalten.
Bei den Festplatten wird neben einem geringeren Verbauch auch ein geringerer Verschleiß erzielt, da diese nach
bestimmter Leerlaufzeit ausgeschaltet und bei Bedarf wieder aktiviert werden können.
5.1.2.3 Änderung der CPU-Taktfrequenz
5.1.2.3.1 Overclocking
Unter Overclocking versteht man den Betrieb von Hardware außerhalb der vom Hersteller vorgegebenen
Systemspezifikationen, zu Gunsten einer höheren Rechenleistung[21].
Um bei einem Prozssor eine höhere Rechenleistung zu erzielen, wird der Prozessortakt angehoben. Hierfür
notwendig ist die Steigerung des Systemtaktes, des FSB. Die Erhöhung der Betriebspannung hat keinen Einfluss
auf die resultierende Rechenleistung, sondern dient als Signalverstärkung, um höhere Taktraten zu ermöglichen.
Manche Prozessoren ermöglichen auch eine Übertaktung durch die Änderung des Multiplikators. Bei
Intel-Prozessoren war dies bis zum Pentium (I) möglich, ab dem Pentium II war der Multiplikator von Werk aus
fest eingestellt, um Prozessorfälschern entgegenzuwirken. Anders als bei Intel-Prozessoren, war es bei manchen
Prozessoren des Herstellers AMD trotz Multiplikator-Sperre dennoch mittels des so genannten "Pencil-Tricks"
möglich, diesen freizuschalten[22].
Seit kurzem ist es jedoch bei Intel Core 2 Extreme - Prozessoren wieder möglich, den Multiplikator wieder frei zu
wählen[23].
Der Vorteil des Overclocking liegt in der Kostenersparnis, da man Low-Cost Komponenten kaufen kann und sie
unter Umständen durch Overclocking auf die gleiche Rechenleistung wie High-End Komponenten übertakten
kann.
5.1.2 Maßnahmen zur Herabsetzung des Energiebedarfs
17
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Der Nachteil hierbei ist eine höhere Stromaufnahme und Wärmeentwicklung. Zudem besteht die Gefahr der
Beschädigung der Hardware.
Dass das Overclocking in den letzten Jahren an Popularität gewonnen hat, spiegelt sich am Markt wieder:
Während vor ca. 10-15 Jahren das Overclocking noch schwierig und unkomfortabel war, versehen heutzutage die
Hersteller von Motherboards ihre Produkte mit Einstellmöglichkeiten[24] und ausgewählten elektronischen
Bausteinen[25] für noch bessere Overclocking-Eigenschaften. Gründe für diesen Popularitätsanstieg könnte der
verbesserte Wissens- und Erfahrungsaustausch[26] durch das Internet sein. Ein weiterer Grund könnte der
Zuwachs an Komfort beim Overclocking sein, der durch die von Herstellern angebotenen Tools und Features
entsteht.
5.1.2.3.2 Underclocking und Undervolting
Die Overclocking-Funktionen wurden in unserem Praxistest zur Energieeinsparung genutzt. Anstatt die
Betriebsspannung und den Prozessortakt zu erhöhen, wurden diese herabgesetzt. Das Ergebnis ist eine geringere
Leistungsaufnahme und Wärmeentwicklung.
Das weiter beschriebene Rechenbeispiel wurde durch Einstellungen im BIOS realisiert. Es ist hierbei zu
erwähnen, dass nicht jedes BIOS über die Einstellmöglichkeiten verfügt, die CPU unterhalb seiner
Spezifikationen zu betreiben.
Zunächst wurde die Taktfrequenz auf die Hälfte herabgesetzt, da der zum Einsatz kommende Computer eher
wenig CPU-Leistung benötigt. Die CPU Taktfrequenz ist über die Änderung des Front-Side-Bus (FSB)
veränderbar. Da die FSB-Einstellung standardmäßig 200MHz beträgt, wurde durch die Wahl eines FSB von
100MHz der CPU-Takt halbiert.
Danach wurde mit der Option "VCore" die Betriebsspannung der CPU schrittweise gesenkt. Dies ist notwendig,
da die für einen stabilen Betrieb noch ausreichende Betriebsspannung gewährleistet sein muss und diese
unbekannt ist.
Die Einstellungen wurden gewählter Einstellung mittels dem Programm "Prime95", welches durch
Primzahlenberechnung den Prozessor stark belastet, auf Stabilität geprüft[27].
Den niedrigsten Wert für die CPU-Spannung, der für einen Dauerbetrieb stabil genug war, wurde mit 1,225 Volt
erreicht.
5.1.2.3.3 Formel zur Berechnung der Leistungsaufnahme einer CPU
Physikalische Größen
P: Leistung, Maßeinheit ist Watt (W).
U: Spannung, Maßeinheit ist Volt (V).
I: Stromstärke, Maßeinheit ist Ampere (A).
R: Widerstand, Maßeinheit ist Ohm (Ω).
f: Frequenz, Maßeinheit ist Hertz (Hz).
5.1.2.3.1 Overclocking
18
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Herleitung
Um den Einfluss der im BIOS veränderbaren CPU-Parameter an der Leistung zu bestimmen, geht man von der
Grundformel[28] für die elektrische Leistung aus:
Da wir den Einfluss der Spannung U ermitteln wollen, setzen wir mit Hilfe der Gleichung
, umgestellt:
für I ein.
Wir erhalten die Formel
,
welche aussagt, dass die Leistung P proportional zum Quadrat der Spannung wächst.
Der Faktor um welchen sich die Leistung P verändert, entspricht also dem Quadrat des Faktors, um welchen sich
die Spannung U verändert.
Somit lautet die Formel zur Berechnung der Leistung bei Spannungsveränderung:
Für den Einfluss der Taktfrequenz-Veränderung wird die Formel noch mit dem Faktor, um welchen sich der
Taktfrequenz ändert, multipliziert.
Man erhält die Formel:
.
Setzt man nun die gewählten CPU-Parameter und die standardmäßigen CPU-Parameter in die Gleichung ein,
erhält man die neue maximale Verlustleistung der CPU:
5.1.2.3.3 Formel zur Berechnung der Leistungsaufnahme einer CPU
19
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Somit wurde in der Theorie, durch Underclocking und Undervolting eine Reduzierung des Energieverbrauchs des
Prozessors um 2/3 erzielt.
Die tatsächliche Auswirkung dieser Maßnahme wird im folgenden Verlauf überprüft.
5.1.2.4 Wirksamkeit der Energieeinspar-Maßnahmen
Um die Wirksamkeit der oben beschriebenen Maßnahmen zu überprüfen, wurde sowohl vor als auch nach den
Optimierungen die gesamte Leistungsaufnahme des Systems gemessen.
Für die Testzwecke wurde auf dem System Windows XP installiert, da man hier einfach verschiedene
Belastungsszenarios durchspielen kann.
Um auf dem Testsystem einen Leerlauf zu erzeugen, wurde es eine halbe Stunde lang nicht bedient. Die
Prozessorlast lag hier bei 0-3% und die Festplatten befanden sich ebenfalls im Leerlauf-Modus.
Eine Volllast wurde auf dem System durch das schon vorher bei dem Stabilitätstest verwendete Programm
"Prime95" und den Systemtest der Antiviren-Software AntiVir erzeugt. Durch dieses Programm betrug die
CPU-Last 100%.
Zur Messung der Leistungsaufnahme wurde der Power Monitor von Conrad genutzt.
Szenario 1:
Im ersten Testszenario wurde keine Takt- und Spannungsänderung vorgenommen. Ebenfalls waren die
OnBoard-Geräte im BIOS aktiviert.
Die maximale Leistungsaufnahme unseres Systems betrug in diesem Szenario 230 Watt unter Volllast und 120
Watt im Leerlauf.
Szenario 2:
Im nächsten Szenario wurde der CPU-Takt auf die Hälfte gesenkt. Zudem wurden die nicht benötigten
OnBoard-Geräte deaktiviert.
Die maximale Leistungsaufnahme ist durch die Taktänderung um ca. 50 Watt auf 180 Watt gesunken. Im
Leerlauf beträgt die Leistungsaufnahme ca. 90 Watt.
Szenario 3:
Zuletzt wurde noch die Betriebsspannung von 1,525 Volt auf 1,225 Volt gesenkt.
Diese Maßnahme machte sich in einer um weitere 40 Watt geringere Leistungsaufnahme unter Volllast
bemerkbar. Die Leistungsaufnahme im Leerlauf betrug weiterhin 90 Watt.
Interpretation der Ergebnisse
5.1.2.4 Wirksamkeit der Energieeinspar-Maßnahmen
20
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Die Differenz der Ergebnisse zwischen Szenario 1 und Szenario 2 lassen darauf hindeuten, dass die Taktfrequenz
eine entscheidende Rolle sowohl im minimalen als auch im maximalen Verbrauch spielt. Mit der oben gezeigten
Formel berechnet, müsste durch bloße Takthalbierung der Prozessor jedoch eine um nur 35 Watt geringere
Leistungsaufnahme haben, somit die Gesamtleistungsaufnahme um 35 Watt senken. Die
Gesamtleisungsaufnahme wurde jedoch um ca. 50 Watt gesenkt. Die Senkung um weitere 15 Watt ist also zum
einen mit dem FSB-Underclocking, wodurch auch der Arbeitsspeicher und der Chipsatz langsamer arbeiten, zum
anderen mit der Deaktivierung der OnBoard-Geräte zu begründen.
Die Senkung der Betriebsspannung wirkt sich lediglich auf die maximale Leistungsaufnahme aus. Dies lässt
darauf schließen, dass der Prozessor, wenn er im Leerlauf ist, bereits durch interne Energiesparmechanismen, wie
dem "Halt State"[29] mit weniger Energie versorgt wird.
Es ist zu erwähnen, dass die CPU-Taktsenkung nur bei Systemen zu empfehlen ist, welche zweckgebunden zwar
wenig Rechenleistung benötigen, jedoch Hardwareseitig dennoch zu viel Rechenleistung bieten.
Ein weiterer Einsatzgrund wäre die Wärme- und somit auch Lautstärkenreduzierung.
Das System ist durch das Underclocking zwar energiesparender geworden, jedoch nicht effizienter, da die
Rechenleistung auch gesenkt wurde.
5.2 Verwendete Software
Zum Einsatz auf unserem System kommt das Betriebssystem FreeNAS[20].
Es handelt sich hierbei um eine auf dem Betriebssystem FreeBSD basierende Software, welche auch wie ein
Betriebssystem direkt auf der Hardware läuft. Zu den angebotenen NAS-Features zählen SMB, CIFS, (S)FTP,
NFS, iSCSI, UPNP, ein iTunes/DAAP-Server Firefly und noch mehr. Es unterstützt die Storage-Schnittstellen
PATA, SATA, SCSI, Firewire und USB, und die Dateisysteme NTFS (lesend), FAT32, ext2/3 und UFS (vom
Hersteller empfohlen).
Dieses Betriebssystem ist frei verwendbar und auch veränderbar. Im Gegensatz zu den GNU
Lizenbedingungen[30] enthält die FreeBSD-Lizenz[31] kein Copyleft enthält. Quellcodes eigener Modifikationen
an der Software müssen also nicht veröffentlicht werden.
5.3 Installation
Um das Betriebssystem FreeNAS zu installieren, wurde ein Image von der Seite www.freenas.org geladen und
auf CD gebrannt. Von dieser CD wird gebootet und man hat die Wahl zwischen einer Installation auf einem
Flash-Speicher, einer Festplatte oder der Ausführung direkt von CD.
Zwar entfällt beim Setup die grafische Oberfläche, jedoch ist die Menüführung sehr intuitiv und gut strukturiert.
Es ist zu sagen, dass nur die Grundeinstellungen über das textbasierte Menü einstellbar sind. Es wurde die
Installation auf Festplatte ausgewählt, da das System uneingeschränkt nutzbar sein soll.
Während der Installation fragt das Setup den Administrator nur wenig, wie beispielsweise nach den gewünschten
Partitionsgrößen. Innerhalb kurzer Zeit ist das System auf dem Computer installiert.
5.2 Verwendete Software
21
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
5.3.1 Einrichtung
Nachdem die IP-Einstellungen getätigt wurden, konnte das System per Browser eingerichtet werden. Hier wird
dem Administrator eine Vielzahl an Einstellmöglichkeiten geboten.
Trotz der Funktionsfülle bleibt die Einrichtung dennoch übersichtlich.
Im Webinterface müssen die gewünschten Festplatten eingerichtet werden. Hier wurde aus Gründen höherer
Datensicherheit ein RAID 1-Verbund aus den beiden 1TB-Festplatten erstellt. Dieses musste dann Partitioniert
und ins System eingebunden werden und auf ihm Freigaben, so genannte ?Shares? erstellt werden. Danach
können Benutzer erstellt werden, welchen man Berechtigungen auf diese Freigaben zuweisen kann.
Unter dem Menüpunkt Services können die weiteren gewünschten Dienste und Funktionen konfiguriert werden.
5.3.2 Bedienung
Ist das NAS einmal eingerichtet, fällt nahezu kein Bedienungsaufwand an. Die Daten werden einfach über eine
Netzlaufwerkanbindung gespeichert. Die Freigegebene iTunes-Mediathek kann dann durch einfaches Speichern
neuer Musik in den Musik-Ordner erweitert werden. Der auf dem System laufende Dienst sucht selbstständig in
einstellbaren Intervallen nach neuen Inhalten.
5.4 Bewertung
In diesem Abschnitt soll zwischen einer Fertiglösung und einer Eigenlösung abgewägt werden. Der Vergleich
bezieht sich auf folgende Aspekte.
5.4.1 Kosten
5.4.1.1 Anschaffungskosten
Der Anschaffungspreis für ein vorgefertigtes NAS, in welchem zwei Festplatten verwendet werden können, liegt
bei ca. ? 150[32]. Hinzu kommen die in unserer Lösung gewählten Festplatten mit einem Preis von je ? 80.
Insgesamt liegen also die Anschaffungskosten für die vorgefertigte Lösung bei ca. ? 310.
Durch den Vorteil, für die Eigenbau-Lösung lediglich die beiden Festplatten anschaffen zu müssen, liegt der
Kostenvorteil bei der Anschaffung eines NAS eindeutig bei der Eigenbau-Lösung mit ? 160, vorausgesetzt, die
benötigte Hardware ist bereits vorhanden.
5.4.1.2 Betriebskosten
Man sollte sich jedoch vor Augen halten, dass durch den Stromverbrauch, neben den Anschaffungskosten auch
Betriebskosten entstehen. Da ein solches Gerät, um stets alle Daten abrufbereit zu haben, eingeschaltet sein muss,
sollte der Stromverbrauch der Geräte ein wichtiger Entscheidungsaspekt sein.
Da ein vorgefertigtes NAS-System aus einer Hardware/Software-Kombination besteht, welche für diesen
Verwendungszweck optimiert ist, verbraucht es weitaus weniger Energie als ein für diesen Zweck genutzter
5.3.1 Einrichtung
22
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Standard-PC.
So verbraucht beispielsweise das NS2300N von Promise im Leerlauf nur ca. 22 Watt, unter Last ca. 25 Watt und
wenn die Festplatten im Ruhezustand sind, nur ca. 15 Watt![33] Verglichen dazu ist unser Testsystem mit
mindestens 90 Watt bis maximal 140 Watt Leistungsaufnahme trotz allen Anstrengungen ein regelrechter
?Stromfresser?.
Geht man bei unserem Testsystem davon aus, dass es durchschnittlich 110 Watt Leistung aufnimmt, und das
NS2300N ca. 20 Watt, so belaufen sich die daraus resultierenden jährlichen Stromkosten auf ca. ? 200, bzw. ? 35
[34].
Dies bedeutet, dass aus rein kostentechnischen Gründen, das Fertigprodukt zu empfehlen ist, da sich seine
Anschaffungskosten bereits innerhalb eines Jahres amortisieren.
5.4.2 Erweiterbarkeit
Gegenüber einem Fertigprodukt kann die Eigenlösung einfach und günstig erweitert werden. Wird mehr
Speicherplatz benötigt, so entstehen lediglich Kosten für eine neue Festplatte und, wenn notwendig, einer
Controllerkarte. Fertigprodukte mit vielen Festplatteneinschüben bieten zwar die Möglichkeit, den Speicher zu
erweitern, sind jedoch tendenziell teurer. Zudem sind diese auch nur begrenzt erweiterbar durch die vorgegebene
Anzahl an Steckplätzen.
5.4.3 Größe
Da unsere Eigenlösung ein ehemaliger PC ist, fällt die Dimensionierung dieses Systems natürlich groß aus.
Fertigprodukte lassen sich durch ihre geringe Größe und geringeren Geräuschpegel viel besser unbemerkt im
Haushalt integrieren. Es ist zwar möglich, auch einen PC in einem solch kleinen Format zusammen zu stellen,
jedoch steigen dann wieder die Kosten für die Hardware, und dies meist über den Preis einer Fertiglösung.
5.4.4 Benutzerfreundlichkeit
Da die auf den vorgefertigten Geräten befindliche Software meist ebenfalls über Webinterface konfigurierbar ist,
gibt es also aus Sicht der Bedienung keine großen Unterschiede. Die Anordnung der Menüs ist von Hersteller zu
Hersteller verschieden. Ebenfalls werden, wie bei FreeNAS, häufig Softwareupdates angeboten, um das System
von Fehlern zu bereinigen.
Manche Hersteller legen zusätzlich noch auf dem Client installierbare Software bei, durch welche der Benutzer
weitere Komfortfunktionen, wie einen Backupassistenten[35], nutzen kann.
In diesem Punkt kann man also keine generelle Empfehlung zwischen Fertig-NAS und FreeNAS abgeben.
5.4.1.2 Betriebskosten
23
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
6 Fazit und Ausblick
Wer viel hat, hat viel zu verlieren.
Der Bestand digitaler Daten steigt im Haushalt mehr und mehr an. Durch fortschreitende Technik werden diese
Daten auch von Mal zu Mal größer, wie es beispielsweise die Entwicklung im Digitalfoto-Bereich zeigt. Boten
Digitalkameras vor sechs Jahren noch eine Auflösung von drei Megapixeln, so sind heute bis zu 15 Megapixel
möglich. Auch wird die Qualität und damit die Datenrate der anderen Medien, wie Musik und Videos, immer
höher, da die Technik heutzutage in der Lage ist, solch große Datenmengen zu verarbeiten. Hinzu kommt, dass
die digitalen Daten durch internationale Standarts auf welchen Dienste, wie DAAP, basieren, auch universell
einsetzbar sind. Durch die niedrigen Hardwarepreise wird auch die Speicherung dieser Daten immer günstiger.
Weitere Vorteile digitaler Daten, wie die Beständigkeit, führen dazu, mehr und mehr real existierende Medien
und Dokumente zu digitalisieren und zu Speichern.
Dennoch empfiehlt sich die Anschaffung eines NAS oder anderen zentralen Speicherortes, da hierdurch der
Verwaltungsaufwand immens sinkt: Es muss nur an einer Stelle gesichert werden, es muss nur an einer Stelle
aufgerüstet werden, es muss auch nur an einer Stelle - und das ist der größte Komfortzuwachs - nach einer
bestimmten Datei gesucht werden.
Zudem bietet, durch die Nutzung eines RAID 1 oder 5, ein NAS ein höheres Maß an Datensicherheit als die
lokale Festplatte eines Clients.
In der Zukunft werden zentrale Datenspeicher Aufgrund steigender Datenvorräte mehr und mehr in den
Haushalten vorzufinden sein, wenn die Daten nicht dann sogar mittlerweile im Internet bei einem Online
Storage-Anbieter gespeichert werden - was einen Internetanschluss mit sehr hoher Bandbreite voraussetzt.
7 Fußnoten
1. ? vgl. Statista (2009a)
2. ? vgl. Statista (2009b)
3. ? vgl. Prepressure (2009)
4. ? vgl. Wikipedia (2009g)
5. ? vgl. Wikipedia (2009h)
6. ? vgl. Gentoo (2009)
7. ? Vgl. iSCSIStorage (2009a)
8. ? Vgl. iSCSIStorage (2009c)
9. ? Vgl. iSCSIStorage (2009b)
10. ? Vgl. iSCSIStorage (2009d)
11. ? vgl. Wikipedia (2009i)
12. ? vgl. CCBoot (2009a)
13. ? 13,0 13,1 vgl. ITWissen (2009)
14. ? vgl. Tecchannel (2009)
15. ? vgl. Statista (2009c)
16. ? vgl. Intel (2009)
17. ? vgl. Gigabyte (2009a)
18. ? vgl. Geizhals.at (2009a)
19. ? vgl. Seagate (2009)
20. ? 20,0 20,1 vgl. FreeNAS (2009)
21. ? vgl. Wikipedia (2009a)
6 Fazit und Ausblick
24
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
22. ? vgl. Tom's Hardware (2001)
23. ? vgl. Wikipedia (2009b)
24. ? vgl. Gigabyte (2009b)
25. ? vgl. Gigabyte (2009c)
26. ? vgl. Overclockers (2009)
27. ? vgl. Wikipedia (2009c)
28. ? vgl. Elektronik-Kompendium (2009)
29. ? vgl. Wikipedia (2009d)
30. ? vgl. Wikipedia (2009e)
31. ? vgl. Wikipedia (2009f)
32. ? vgl. Geizhals.at (2009b)
33. ? vgl. Tom's Hardware (2009)
34. ? vgl. ELE (2009)
35. ? vgl. Promise (2009)
8 Abkürzungsverzeichnis
Abkürzung
AMD
ATA
BIOS
bzw.
ca.
CD
CIFS
CPU
DHCP
DNS
ext
FAT32
FC
FCIP
FCP
FSB
(S)FTP
GB
GHz
GNU
GPL
Hz
iFCP
IP
iSCSI
7 Fußnoten
Bedeutung
Advanced Micro Devices
Advanced Technology Attachment
Basic Input/Output System
beziehungsweise
circa
Compact Disc
Common Internet File System
Central Processing Unit
Dynamic Host Configuration Protocol
Domain Name System
Extended File System
File Allocation Table (32bit)
Fibre Channel
Fibre Channel over IP
Fibre Channel Protocol
Front Side Bus
(Secure) File Transfer Protocol
Gigabyte
Gigahertz
"GNU is not Unix"
GNU General Public License
Hertz
Internet Fibre Channel Protocol
Internet Protocol
Internet SCSI
25
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
ISL
LAN
LUN
NAS
NFS
NTFS
PXE
PATA
PC
RAID
SAN
SATA
SCSI
SMB
TB
TCP
TFTP
UFS
UPNP
USB
z.B.
Inter Switch Link
Local Area Network
Logical Unit Number
Network Attached Storage
Network File System
New Technology File System
Pre-Boot Execution Environment
Parallel ATA
Personal Computer
Redundant Array of Independent (Inexpensive) Disks
Storage Area Network
Serial ATA
Small Computer System Interface
Server Message Block
Terabyte
Transmission Control Protocol
Trivial File Transfer Protocol
Unix File System
Universal Plug&Play
Universal Serial Bus
zum Beispiel
9 Abbildungsverzeichnis
Abb.-Nr.
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
Abbildung
Anzahl der PCs pro Haushalt
Vernetzte Haushalte
RAID 0
RAID 1
RAID 5
Beispiel einer Hausvernetzung
DAAP Einrichtung serverseitig
Beispiel einer freigegebenen Musikbibliothek in iTunes
iSCSI Paketaufbau
iSCSI Controller
LAN plattenloses Booten
Storage Area Network
Network Attached Storage
Intel Pentium 4 2600Mhz mit Hyperthreading Technology
Durchschnittliches PC-Alter
8 Abkürzungsverzeichnis
26
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
10 Literatur- und Quellenverzeichnis
Ardistech (2009)
CCBoot (2009a)
CCBoot (2009b)
Designest (2009)
ELE (2009)
Elektronik-Kompendium
(2009)
FreeNAS (2009)
Geizhals.at (2009a)
Geizhals.at (2009b)
Gentoo (2009)
Gigabyte (2009a)
Gigabyte (2009b)
Gigabyte (2009c)
Greyfrog (2009)
Intel (2009)
iSCSIStorage (2009a)
iSCSIStorage (2009b)
iSCSIStorage (2009c)
iSCSIStorage (2009d)
ITWissen (2009)
Overclockers (2009)
Prepressure (2009)
Promise (2009)
Seagate (2009)
Starline (2009)
Statista (2009a)
Statista (2009b)
Statista (2009c)
Tecchannel (2009)
Tom's Hardware (2001)
Tom's Hardware (2009)
Wikipedia (2009a)
Wikipedia (2009b)
Wikipedia (2009c)
Wikipedia (2009d)
Wikipedia (2009e)
Wikipedia (2009f)
Wikipedia (2009g)
http://www.ardistech.com/images/IPnetwork.gif
http://www.ccboot.com/faq.htm
http://www.ccboot.com/images/ccboot-show.gif
http://designest.de/wp/wp-content/uploads/2008/10/networkbeaconsettings.png
http://www.ele.de/Privatkunden/Strom/Stromprodukte/ELE_stromPlus.asp
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0201114.htm
http://www.freenas.org
http://geizhals.at/deutschland/a400377.html
http://geizhals.at/deutschland/a326471.html
http://www.gentoo-wiki.info/HOWTO_Serving_Mac
http://www.gigabyte.de/Products/Motherboard/Products_Overview.aspx?ProductID=3424
http://www.gigabyte.de/FileList/WebPage/tech_090302_technology_guide/tech_090302_techno
http://www.gigabyte.de/FileList/WebPage/mb_081218_amd_ud3/data/tech_0801218_amd-over
http://www.greyfrog.eu/pictures/nas.jpg
http://processorfinder.intel.com/Details.aspx?sSpec=sl6wh
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http://www.cisco.com/warp/public/cc/pd/rt/5420/prodlit/imdpm_wp.pdf
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http://www.seagate.com/www/en-us/
http://www.starline.de/bilder/produkte/p_bilder/qlogic/qla405x.jpg
http://de.statista.com/statistik/diagramm/studie/101089/umfrage/besitz-von-computern-im-haush
http://de.statista.com/statistik/diagramm/studie/101091/umfrage/vernetzung-der-im-haushalt-bef
http://de.statista.com/statistik/diagramm/studie/101092/umfrage/alter-des-computers-im-hausha
http://www.tecchannel.de/storage/nas/402522/grundlagen_network_attached_storage/index.htm
http://www.tomshardware.com/de/silberleitlack-freischaltung-multiplikator-athlon-xp,testberich
http://www.tomshardware.com/de/Qnap-Promise-Co-World,testberichte-240273-2.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Overclocking
http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Intel-Core-Prozessoren
http://en.wikipedia.org/wiki/Prime95
http://de.wikipedia.org/wiki/Intel-SpeedStep-Technologie
http://de.wikipedia.org/wiki/GNU_General_Public_License
http://de.wikipedia.org/wiki/BSD-Lizenz
http://de.wikipedia.org/wiki/Digital_Audio_Access_Protocol
10 Literatur- und Quellenverzeichnis
27
Zentrale_Datenspeicher_im_vernetzten_Haushalt
Wikipedia (2009h)
Wikipedia (2009i)
http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_Audio_Access_Protocol
http://de.wikipedia.org/wiki/ISCSI
10 Literatur- und Quellenverzeichnis
28