Backup-Datenspeicher

Magnetband-Sicherungslösungen haben Netzwerkverwalter lange Zeit mit gemischten Gefühlen betrachtet. Aufgrund preiswerter Medien und wirtschaftlicher Hardware ist die Backup-Technologie auf Magnetbändern heute finanziell attraktiver als optische oder Festplattenspeicherung.
Zur Backup-Datenspeicherung werden Technologien gezählt, die sequenziell arbeiten. Es ist nicht - wie bei den Sekundärspeicherlösungen - möglich, direkt auf Daten zuzugreifen, da die Suche nach Informationsblöcken in der Reihenfolge stattfindet, in der sie auf den Datenträger geschrieben wurden.

 Aktuelle Backup-Speicherlösungen

Das Magnetband ist noch immer das Medium, welches die höchsten Speicherkapazitäten bietet. Es hat bei den Bandspeichertechnologien ebenso wie im optischen Speicherbereich Weiterentwicklungen gegeben, wobei aber die optischen Speichersysteme der rasanten Entwicklung und dem Wachstum der Datenbestände nicht mithalten konnten, und Magnetbänder momentan das kostengünstigste Medium zur Sicherung grösserer Datenmengen darstellen.

Aktuelle, auf dem Markt erhältliche Bandlaufwerke können Datenmengen bis 70 GB auf einem Tape sichern, wobei sich die angebotenen Technologien durch das Aufzeichnungsverfahren unterscheiden.

Vorab aber noch einige generelle Erklärungen zu Speicherkapazitäten und wie diese die für Datenträger angegeben werden:
- Nur bei Verwendung von vorformatierten Datenträgern kann eine Nettokapazität angegeben werden.
- Die Speicherkapazität hängt sowohl von der zur Verfügung stehenden beschreibbaren Länge des Bandes als auch der Schreibdichte ab und wird in der Regel in bits/Inch angegeben. Auch das Aufzeichnungsformat selbst (Fehlerkorrektur, Filemarks, Steuerzeichen etc.) schmälert diese Kapazität.
- Bei Laufwerken mit Datenkompression kommt der Kompressionsfaktor hinzu, der zum einen vom verwendeten Kompressionsalgorithmus und zum anderen von der Redundanz der zu komprimierenden Daten abhängig ist.

DLT-Laufwerke

Die DLT-Technologie (Digital Linear Tape) zeichnet Daten serpentinenartig linear auf, so dass die Spuren parallel zur Kante des Bandes liegen. Es werden 1/2"-Magnetbänder in kompakten Kassetten beschrieben. DLT-Laufwerke bieten zur Zeit im Vergleich zu allen anderen Backup-Technologien mit die höchsten Speicherkapazitäten auf einer Kassette. Mit dem DLT4000 können bis zu 40 GB an Daten gespeichert werden, mit dem DLT7000 bis zu 70 GB und dem DLT8000 sogar bis zu 80 GB.
Bisher wurden die Daten durch zwei im Lese/Schreibkopf angebrachten Kanäle mit einer Dichte von 62500 bits/Zoll geschrieben, die Transferrate betrug 3 MB/s. In diesem Format bestand eine Dateneinheit aus 20 4-KB-Blöcken, wobei die einzelnen Datenblöcke mit verschiedenen Fehlererkennungsverfahren (Parity, Cyclic Redundandcy Check CRC und Error Detection Check EDC) versehen wurden. Die letzten vier Blöcke jeder Einheit bestehen aus vier ECC-Blöcken (ECC error correction check). Beim neuen Verfahren werden die Daten von vier im Lese/Schreibkopf angebrachten Kanälen mit einer Dichte von 86000 bits per Inch geschrieben, dadurch konnte die Transferrate auf 5 MB/s erhöht werden. Hier besteht eine Dateneinheit aus 24 4-KB-Blöcken, auch diese werden mit Fehlererkennungsverfahren versehen. Die letzten fünf Blöcke jeder Einheit sind ECC-Blöcke. Nach jedem Schreibvorgang führt der DLT-Controller einen Lesetest durch, die geschriebenen Daten werden mit dem Pufferinhalt verglichen und im Fehlerfall korrigiert. Diese Sicherheitsmassnahmen garantieren sehr hohe Datenintegrität.

Ein weiterer Vorteil dieser Technologie liegt darin, dass die Belastung von Bändern und Leseköpfen gering ist. Dies wird durch den Einsatz von stationären Magnetköpfen und einer einfachen Bandführung erreicht. So sind mit DLT-Laufwerken Banddurchläufe von bis zu 500000 Zyklen pro Kassette möglich. Die Bänder DLTtape IV ermöglichen Banddurchläufe von mehr als 1 Mio. Zyklen durch Einsatz der neuen, oben beschriebenen Technologie.

Bisher waren DLT-Laufwerke vor allem in der Digitalwelt verbreitet. Wegen ihrer hohen Zuverlässigkeit, grossen Speicherkapazität und hohen Datentransferrate setzen sie sich aber auch zunehmend auf anderen Plattformen durch. DLT-Laufwerke sind auch in Jukeboxen und Libraries von verschiedenen Herstellern erhältlich und ermöglichen die Sicherung von sehr grossen Datenbeständen.
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AIT-Laufwerke

Das 1997 von Sony auf den Markt gebrachte AIT (Advanced Intelligent Tape) beruht wie das Exabyte auf der 8 mm Helical Scan-Technologie, ist aber zu dieser - schon durch ein anderes Kassettenformat - nicht kompatibel. Die maximale Kapazität liegt bei derzeit ca. 130 GB (unkomprimiert bei 50 GB), wobei die Chancen für einen guten Kompressionsfaktor (ca 2,6) durch einen neuen Algorithmus (ALDC- Advanced Lossless Data Compression) gestiegen sind. Das Laufwerk passt ausserdem wie DAT in einen 3,5"-Einbauplatz. Neu ist ein Selbstreinigungsmechanismus, der die Verwendung von Reinigungstapes in normalen Arbeitsumgebungen überflüssig macht.
Ab Sommer 2001 plant Sony das neue AIT-3 Laufwerk anzubieten. Mit einer neuerlichen Verdoppelung der Kapazität auf bis zu 100/260GB (komprimiert) bei Verwendung der 230 m Bändern und einer Transferrate von 11/28,6 MB/s liegt es in der Leistungsklasse von LTO-Laufwerken der ersten Generation.

Bei schwerwiegenderen Fehlern wird der interne Kopfreiniger automatisch aktiviert, wobei auch die AME-Medien entscheidend zur Reduzierung der Reinigungsintervalle beitragen. Eine interessante Neuerung ist aber auch die mögliche Verwendung eines Memory-Chips (MIC= Memory in C assette, 16-Kbit bei 25/65 GB Medien, 64-Kbit bei allen anderen) in den Kassetten. Backup Software kann auf ihm Informationen speichern, die bei herkömmlichen Technologien nur am Anfang des Bandes verzeichnet sind. Diese Informationen erlauben eine Halbierung der durchschnittlichen Suchzeit auf einem Tape, die dann mit 27 Sekunden angegeben wird.

Inzwischen unterstützen auch alle gängigen Backup-Software-Hersteller das AIT-Laufwerk mit den oben beschriebenen Features. 

Exabyte-Laufwerke

Sehr hohe Datendichten werden mit Magnetbandgeräten aus dem Audio- und Videobereich, die das Helical-Scan-Verfahren verwenden, erreicht. Rotierende Kopftrommeln zeichnen die Daten dabei in schräg zur Laufrichtung des Bandes liegenden Spuren auf.
Diese Spuren können mit einer hohen Datendichte beschrieben werden. Geräte, die auf dieser Technologie basieren und die auf die besonderen Bedürfnisse der Datensicherung angepasst wurden, haben grosse Marktanteile im Bereich der Backup-Laufwerke erobert.
Die Exabyte-Laufwerke sind aus der Video8-Technik hervorgegangen und wurden speziell für den Einsatz als Backup-Geräte verbessert. Dabei wurde die Aufzeichnungstechnik verfeinert.
Bei den Datenmengen, die mit diesen Laufwerken auf einer Kassette gesichert werden können (maximal 40 GB beim Exabyte Mammoth mit 170 m Band), sinkt der Datenträgerpreis pro GB, und auch der Platzbedarf einer Kassette ist minimal. Versand und Lagerung sind unproblematisch. Selbst Langzeitarchivierung ist mit Kassetten der neuesten Generation kein Problem. Die Hersteller (Exabyte, Sony) garantieren eine Archivierungszeit von 10 Jahren. 

DAT-Laufwerke

Auch die DAT-Technologie ging aus dem Einsatz von digitalen Aufzeichnungsverfahren im Audiobereich hervor und zeichnet Daten im Helical-Scan-Verfahren auf ein Magnetband auf. Dieses ist jedoch im Vergleich zu Exabyte-Bändern (8 mm) nur 4 mm breit, und im Laufwerk selbst beträgt der Umschlingungswinkel des Bandes um die Kopftrommel nur 90 Grad im Vergleich zur Exabyte-Technologie, bei der der Umschlingungswinkel 112 Grad beträgt und somit das Band wie auch den Kopf des Laufwerks stärker belastet.
Das DDS-Format (Digital Data Storage) wurde von HP und Sony entwickelt und hat sich als Standard durchgesetzt. Die Entwicklungen im DAT-Bereich profitieren vom Wettbewerb unterschiedlicher Hersteller. Laufwerke entsprechend dem DDS-2 Standard speichern bis zu 8 GB (120 m Band) und erreichen Datentransferraten von bis zu 1 MB/s. Die Angabe von 8 GB Speicherkapazität stellt einen typischerweise mit Datenkompression (2:1) zu erreichenden Wert dar. Theoretisch könnten mit diesen Laufwerken bis zu 16 GB Daten gespeichert werden. In der Praxis erweisen sich diese rechnerisch ermittelten Maximalwerte aber als nicht realistisch.
Laufwerke, die im DDS-3-Format aufzeichnen, können mit einer Datentransferrate von 2 MB/s bis zu 24 GB auf einem 125 m Band aufzeichnen. Der DDS-4-Standard bietet mit Kompression Kapazitäten von bis zu 40 GB (150 m Band) bei einer Datentransferrate von bis zu 6 MB/s. Die Schreib- und Lesekompatibilität zu DDS-2 und DDS-3 ist gewährleistet.
Die DDS-3-Laufwerke verfügen über spezielle Features, die wesentliche Voraussetzungen für eine fehlerlose Sicherung darstellen.
Eine wesentliche Fehlerquelle ist die Verschmutzung der Kopftrommel. Der eingebaute Head Cleaner sorgt in 15-minütigem Abstand automatisch für die Reinigung der Köpfe. In Kombination mit einem Reinigungsband wird die Funktion des Laufwerks über Jahre gewährleistet.
Ist jedoch z. B. ein eingesetztes Band beschädigt, zu alt und nicht mehr zu gebrauchen oder ein Reinigungsband defekt, erhält der Netzwerkadministrator sofort eine Meldung. Dieses Feature heisst TapeAlert und ist eine neue von HP entwickelte Firmware, die Probleme bei Datenträgern netzwerkweit diagnostiziert. Ausserdem überwacht TapeAlert permanent den Zustand des Laufwerks und der Medien während des Backups.
Mit Hilfe der Time Tracking Funktion wird der Lesekopf immer an der Mitte der Datenspur ausgerichtet. Dadurch wird gewährleistet, dass auch Bänder, die mit DAT-Laufwerken anderer Hersteller beschrieben wurden, zuverlässig gelesen werden können.
Ein neues Feature bei HP DAT-Laufwerken ist das One Button Disaster Recovery. Mittels geeigneter Software können bootfähige Kassetten erzeugt werden, mit welchen dann in Notfall das System ohne zusätzliche Floppies oder CD-ROMs wieder hergestellt werden kann.

Stacker/Jukeboxen
Sowohl für DLT-, AIT-, Exabyte- als auch für DAT-Laufwerke gibt es automatische Kassettenwechsler. Die einfacheren Modelle erlauben nur ein sequenzielles Wechseln der Kassetten. Die teureren Random-Access-Modelle benötigen normalerweise spezielle Software zum Betrieb der so genannten Jukeboxen. Die kleinsten Jukeboxen bzw. Kassettenwechsler sind für sechs Kassetten geeignet, die grösseren Modelle können über 100 Kassetten aufnehmen. Mit solchen Jukeboxen können ohne Operatoreingriff Daten gesichert werden. Die Exabyte-Stacker gibt es z. B. mit einem oder mit zwei Laufwerken zum Wechseln von bis zu 80 Kassetten. Ein grosser Stacker mit 80 Kassetten und dem neuen Mammoth-Laufwerk kann mit Kompression bis zu 3,2 Terabyte (3200 GB) speichern. DLT-Libraries von Overland Data sind "echt skalierbar" und können je nach Bedarf von einem Laufwerk und 10 Tapes auf über 120 Tapes und 8 DLT-Laufwerke aufgerüstet werden.

Alle angegebenen Grössen bezüglich Speicherkapazität und Datentransferrate sind immer rechnerische Grössen, da die meisten Laufwerke mit Datenkompression arbeiten.
Kassetten
Es empfiehlt sich, ausschliesslich solche Kassetten einzusetzen, die zur Datensicherung hergestellt wurden. Diese Kassetten sind z. B. mit dem DDS-Siegel bei DAT-Laufwerken und bei Exabyte-Laufwerken mit dem D-Eight-Siegel gekennzeichnet.

Wie bei allen Magnetbandlaufwerken sollten die Schreib/Leseköpfe regelmässig gereinigt werden. Allerdings sollten nur die vom Hersteller empfohlenen Reinigungskits verwendet werden. Nicht geeignete Reinigungsbänder können eine Beschädigung der Mechanik zur Folge haben. Empfohlen wird meistens, einen Reinigungsvorgang nach 30 GB bzw. mindestens einmal im Monat vorzunehmen.

1/4"-Magnetbandkassetten-Laufwerke

Die 1/4"-Kassetten werden beim serpentinenförmigen Aufzeichnungsverfahren mit hoher Geschwindigkeit in mehreren Durchläufen auf jeweils einer Spur parallel zum Rand des Magnetbandes beschrieben. Diese Serpentine muss auch beim Lesen der Daten durchlaufen werden.

1/4"-Magnetbandkassetten-Laufwerke arbeiten im standardisierten QIC-Format (Quarter Inch Cartridge) und zeichnen im Streaming-Mode auf. Ist die Übertragungsgeschwindigkeit eines Systems grösser als die Aufzeichnungsrate des Streamers, wird das Magnetband ohne Lücken beschrieben (streaming) und voll ausgenutzt. Ist der Datenpuffer des Streamers leer, fordert er vom System weitere Daten an.

Um das Band auch bei Systemen mit langsamerer Transferrate voll auszunutzen, wird es bei einer Datenpause abgebremst und an das Aufzeichnungsende zurückgesetzt. Der nächste Datenblock kann so ohne Lücke aufgezeichnet werden.

Ein Vorteil der QIC-Technologie gegenüber dem Helical-Scan-Verfahren ist, dass das Tape immer in seiner Cartridge bleibt und dadurch bei weitem länger hält.

1/2"-Magnetbandlaufwerke

1/2"-Magnetbandlaufwerke sind heute eigentlich veraltet, werden aber wegen ihrer weiten Verbreitung weiterverwendet, insbesondere für den Datenaustausch mit Mainframes. In der Zukunft werden sie jedoch sicher an Bedeutung verlieren, da neuere Entwicklungen mit wesentlich kleineren und kostengünstigeren Datenträgern zur Verfügung stehen. Ein 1/2"-Magnetband wird in der Regel mit neun Spuren beschrieben. Auf einer grossen Magnetspule (730 m) lassen sich bei einer Schreibdichte von 800 bpi 23 MB, bei 1600 bpi 46 MB, bei 3200 bpi 92 MB und bei 6250 bpi 180 MB speichern. Diese Speicherkapazitäten sind im Vergleich zu anderen Magnetbandkassetten-Systemen, die auf einer Kassette 10 GB und mehr speichern können, eher bescheiden. Nachteil, neben der geringen Kapazität, sind die bei 1/2"-Laufwerken langen Backup- und Restore-Zeiten und der grosse Platzbedarf des Magnetbandlaufwerkes und der Magnetbänder.

LTO-Laufwerke

Die Linear-Tape-Open-Technologie (LTO) wurde von Seagate, HP und IBM entwickelt. Diese Hersteller werden auch die Ersten sein, die entsprechende Laufwerke anbieten werden. Zahllose andere Hersteller haben diese Technologie bereits lizenziert und werden ebenfalls entsprechende Laufwerke anbieten. Aufgrund der breiten Herstellerunterstützung dürfte sich LTO sehr schnell am Markt durchsetzen.
Das Kernstück des LTO-Aufzeichnungsformats besteht aus mehreren linearen Kanälen, die serpentinenartig verlaufen. Die Daten werden in Spuren ge- schrieben, welche die gesamte Länge des Bandes beanspruchen.
Es gibt zwei verschiedene Medien: Das Accelis-Format wurde für schnelle Zugriffe definiert. Das Accelis Format benutzt zwei Bandrollen und beginnt in der Mitte des Bandes, auf Daten zuzugreifen, um die Zugriffszeit minimal zu halten. Dadurch ist der Weg zum Anfang bzw. Ende des Bandes gleich. Der Vorteil dieses Prinzips kommt vor allem beim Schreiben oder Lesen von Teilen der Daten zum Tragen, beim Schreiben oder Lesen des kompletten Bandes ergibt sich kein Vorteil. Eine typische Anwendung ist HSM (Hirarchical Storage Management), wo sehr häufig nur einzelne Dateien vom Band gelesen werden müssen.
Beim Accelis-Format werden 256 Spuren in zwei Datenbereiche eingeteilt. Die erste Generation wird mit Datenkompression eine Kapazität von 50 GB mit einer Datentransferrate von maximal 40 MB/s bieten.
Das Ultrium-Format hingegen ist das optimale Medium für hohe Kapazitäten und einer hervorragender Betriebssicherheit in einem automatisierten oder stand-alone Umfeld; es verfügt über eine hervorragende Betriebssicherheit. Das Ultrium-Medium enthält eine Bandrolle und ist ideal für Backup-, Restore- und Archivierungprogramme.
Das Ultrium-Format teilt 384 Spuren in vier Datenbereiche auf. Zwischen den Datenbereichen liegen die Servospuren für die Kopfpositionierung. Das Band wird serpetinenförmig mit jeweils acht Spuren parallel beschrieben. Die Daten werden von innen nach aussen geschrieben, da die inneren Datenbereiche physikalisch am Besten geschützt sind. Die erste Generation wird mit Datenkompression eine Kapazität von 200 GB mit einer Datentransferrate von maximal 40 MB/s bieten.
Beide Kassettentypen enthalten ein kontaktloses Cartridge Memory (LTO-CM) mit 4 KB, in welchem Hersteller- und Benutzerinformationen abgespeichert werden. Für das Lesen bzw. Schreiben der Benutzerinformationen ist eine Unterstützung durch die Backsoftware notwendig.

ADR-Laufwerke

Die ADR-Technologie (Advanced Digital Recording) wurde von Philips entwickelt und kommt in den Laufwerken von OnStream zum Einsatz. Die Daten werden in acht Spuren parallel aufgezeichnet. Zur genauen Positionierung des Kopfes befinden sich zwischen den Datenspuren Servoinformationen. Diese Servoinformationen dienen gleichzeitig dazu, schlechte Bandstellen zu erkennen. ADR-Laufwerke haben eine variable Datenübertragunsrate von 0.5 bis 2 MB/s. Dadurch passt sich das Laufwerk der Datenrate des Systems an, und zeitintensive Neupositionierungen des Bandes können weitgehend vermieden werden. ADR-Laufwerke bieten mit Kompression eine Kapazität von bis zu 50 GB pro Kassette mit einer maximalen Datenübertragungsrate von 4 MB/s.