Grundlagen der Magnetbandtechnologie und Magnetbandformate Wieviel Atomkraft bräuchte eine archivierende Festplattentechnik?

Autor / Redakteur: Kurt Gerecke / Rainer Graefen

Zehn Jahre LTO-Technik sind ins Land gegangen. Ein Rück- und Ausblick auf eine furiose Speichertechnik. Und Strom lässt sich damit auch noch sparen.

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Die Bandsicherung hat durch den Medienbruch viele Daten gerettet. Mit Hochtechnologie wird sie das Jahr 2020 erreichen.
Die Bandsicherung hat durch den Medienbruch viele Daten gerettet. Mit Hochtechnologie wird sie das Jahr 2020 erreichen.
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Magnetbandtechnologie ist eine der ältesten Speichertechnologien auf dem Markt und geht bis zu den Anfängen der 50’er Jahre des letzten Jahrhunderts zurück. Magnetbänder sind bis heute ein fester Bestandteil der Storage-Landschaft vieler Unternehmen.

Die Datenspeicherung auf einem Magnetband erfolgt immer sequentiell. Die Daten liegen also beim Schreiben wie beim Lesen hintereinander. Das Band selbst befindet sich heute auf einer Spule aufgewickelt in einer Kunsstoffkassette.

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Das Prinzip ähnelt der jedem bekannten Audiokassette, die allerdings zwei Spulen integriert. In Abhängigkeit vom Aufzeichnungsverfahren werden gleichzeitig mehrere geradlinige Spuren (lineare Aufzeichnung) oder schräge Spuren (Helical Scan Aufzeichnung) aufgezeichnet.

Vom Rollenband zur LTO-Cartridge

Bis 1984 waren vorrangig grosse Rollenbänder im Einsatz, vergleichbar mit den Bändern einer grossen Tonbandmaschine. 1984 wurde im professionellen IT-Bereich durch IBM die Magnetbandkassettentechnologie eingeführt, die viele Firmen dazu brachte, ähnliche Technologien auf dem Magnetbandsektor zu entwickeln.

So kam es Mitte der 90er Jahre zu einem regelrechten Technologiewildwuchs an Kassetten und Aufzeichnungsgeräten: Half Inch Cartridges, Quarter Inch Cartridges (QIC), Mini QIC’s, Helican Scan, 4 mm, 8 mm, Digital Linear Tape (DLT), Super-DLT, ADR, DDS, Mammoth, SLR, Travan, VXA, AIT (Advanced Intelligent Tape), Super-AIT und LTO (Linear Tape Open) und noch einige mehr!

Dominierte Anfang der 90er Jahre im Profi-Bereich die QIC-Technologie, so wurde diese ab der Mitte der 90er Jahre weitgehend von DLT abgelöst. Die Fehleranfälligkeit des DLT-Formats wie auch die unzureichend Speicherkapazität, führten anschließend zu einem kurzen heftigen Wettstreit der beiden Nachfolgeformate Super-DLT und LTO. Letzteres dominiert heute den Markt, muss nun allerdings einen schweren Abwehrkampf gegen die Festplatte führen.

Mit der Einführung von LTO als erste standardisierte Magnetbandtechnologie durch die Firmen IBM, HP und Seagate im Jahr 2000 verschwanden über die Zeit die anderen Technologien, so dass heute der Massenmarkt im IT-Umfeld von LTO dominiert wird, während im Enterprise Bereich sich Half Inch als proprietäte Technologie durchgesetzt hat.

weiter mit: Ein kleiner Schönheitsfehler war das Accelis

Aus der Geschichte lernen

Wie der Name schon andeutet sollte LTO als offener Standard dem Quantum-proprietären DLT von Anfang an Konkurrenz machen und ein entsprechendes Gegengewicht darstellen. Initiatoren von LTO und die sogenannten „Technology Provider Companies“ waren HP, Seagate und IBM.

Alle drei Firmen stellten in gleichem Masse Entwicklungsressourcen zur Verfügung, um die Entwicklung des LTO Formats sicherzstellen. Zuerst wurden alle vorhandenen Tape-Aufzeichnungsverfahren auf ihre Plus- und Minus-Punkte untersucht.

Das Ziel war, im neuen LTO Standard aus den „Nachteilen“ der installierten Technik zu vermeiden und nur die Pluspunkte und technischen Vorteile in den neuen Standard einzuarbeiten.

Eight generations to come

Schon das erste Ergebnis war zufriedenstellend. Eine sehr performante und nur mit wenigen Kompatibilitätsfehlern behaftete Tape-Technik, die es erlaubte, dass Cartridges von Fremdanbietern auf jedem LTO-Laufwerk verarbeitet werden konnten.

Fast zwei Jahre Vorlauf (1997 bis 1999) waren nötig, die Spezifikationen von LTO zu erarbeiten und festzulegen. Aktuell sind von der damaligen Roadmap bereits fünf Generationen abgearbeitet, in den voraussichtlich nächsten zehn Jahren werden drei weiter Generationen folgen.

Wer die Technik der LTO-Produkte nutzen will, muss dem LTO-Konsortium Lizenzgebühren bezahlen (ganz so wie es bei DLT in den 90er Jahren der Fall war).

Der schnelle Restore interessierte keinen

Eigentlich war LTO als zweiteiliger Standard mit den Subformaten Ultrium und Accelis gedacht. Dabei sollte sich Ultrium für das hochkapazitive performante Backup der Daten verantwortlich zeichnen, Accelis war als Archivierungsformat mit schnellem Zugriff auf die Daten gedacht.

Letzteres kam nie zum Tragen, während Ultrium sich eines regen Zuspruchs erfreut und inzwischen auf dem Open System Markt über 90 Prozent an Marktanteil inne hat. LTO arbeitet weitgehend mit altbewährter linearer Halbzoll-Technik, die insgesamt und mit einigen herstellerspezifischen Verbesserungen und Weiterentwicklungen aufgewertet wurde.

Innerhalb von 10 Jahren (von 2000 bis 2010) wurden fünf Laufwerks- und Kassettengenerationen verfügbar. Die aktuelle Generation 5 von LTO bietet eine native Kassettenkapazität von 1.5 Terabyte bei einer Transferrate von 140 MByte/s.

Rückwärtsgewandte Kapazitätsverdopplung

Im Jahr 2003, als der Wildwuchs an Bandtechnologien seinen Höhepunkt erreichte, war bereits abzusehen, dass langfristig die LTO-Technologie als standardisierte Technologie das Rennen machen wird. Keine andere Technologie bot zu diesem Zeitpunkt vergleichbare Kapazitäten und entsprechend hohe Datenraten.

LTO bot und bietet bis heute von Generation zu Generation fast immer eine Verdopplung der Kapazität. Dies konnte deswegen realisiert werden, weil mit LTO ein zeitgesteuertes Spurnachführungssystem eingeführt wurde, das eine extreme Feinführung der Schreib-/Leseköpfe auf dem Spurset ermöglicht und bis heute aktive Verwendung findet.

Die erste LTO Kassette fasste 100 GByte und heute bietet LTO in der fünften Generation auf der Kassette eine Kapazität von 1.5 TByte. Das bedeutet, dass sich die Speicherkapazität im Vergleich zur ersten LTO Generation um den Faktor 15 erhöht hat und eine grosse technologische Leistung wiederspiegelt.

Das Gleiche gilt für die Datenrate: Während die erste Generation noch mit 15 MByte/s arbeitete, erreicht heute LTO-5 native 140 MByte/s, eine Steigerung um fast Faktor 10.

weiter mit: Eher floppt die Festplatte als das Tape

Meilensteine der Archivierung und Sicherheit

  • Mit LTO 3 wurde neben den überschreibbaren KassettenWORM-Kassetten (Write Once Read Many) eingeführt. Diese Kassetten können einmal beschrieben, aber nicht mehr überschrieben oder gelöscht werden.
  • Mit LTO 4 wurde Verschlüsselungstechnik auf Tape eingeführt, denn auf Bandkassetten als beweglicher Datenträger sollten aus Sicherheitsgründen die Daten in verschlüsselter Form gespeichert werden (Encryption).
  • Mit LTO 5 kam die Partitionmöglichkeit von LTO-5 Bändern und die Möglichkeit, mit einem Tape Filesystem, dem LTFS (Long Term File System) zu arbeiten.

Wird das Tape geladen, verhält es sich wie ein USB-Stick mit eigenem Directory, ohne dass Backup-Applikationen erforderlich sind, um das Tape zu bearbeiten. Tape könnte damit in der Zukunft für Plattenemulationen und für Anwendungen eingesetzt werden, die mit Metadaten die tatsächlichen Daten referenzieren.

Solche ersten Anwendungen finden sich bereits in der Filmindustrie. Damit kann die Tape-Technologie auch noch ganz andere Anwendungsfelder erobern.

Doppelt verbunden

LTO-5 Laufwerke haben im Vergleich zu den zurückliegenden LTO-Generationen „Dual Ported“ 8 Gbit/s Fibre Channel Anschlüsse oder „Dual Ported“ 6 Gbit/s SAS Anschlüsse, die eine einfache und redundante Einbindung der Laufwerke in eine SAN-Infrastruktur erlauben und damit höchste Verfügbarkeit der Laufwerksanbindung mit entsprechenden Device-Treibern sicherstellen.

LTO-5 Laufwerke können LTO-4 Kassetten Schreib- und Lesetechnisch verarbeiten und noch LTO-3 Kassetten auslesen und entsprechen damit den im ECMA-Standard festgelegten Rückwärtskompatibilitätsmodus.

Die im Standard offiziell eingebrachte Entwicklungs-Roadmap wurde mit der LTO-5 Ankündigung um zwei weitere Generationen (LTO-7 und LTO-8) erweitert, sodass für den Endbenutzer eine gute Planungssicherheit besteht.

Die neue Rolle von Tape

Während im Backup Umfeld immer häufiger Plattensysteme in Form von virtuellen Tape Libraries eingesetzt werden, verändert sich die Rolle von Tape vom Backup in Richtung Archivierung.

Tape ist für die Langzeitarchivierung im Vergleich zu allen anderen Technologien am besten geeignet, was Haltbarkeit und Lagerfähigkeit betrifft und Tape benötigt keinen Strom, wenn die Kassette einmal beschrieben ist.

Würde man heute weltweit alle noch in der Produktion befindlichen Bandkassetten auf Plattensysteme umstellen wollen, müssten über 40 grosse Kernkraftwerke mit einer Leistung von mindestens 1200 MegaWatt gebaut werden, um den Strom für diese Plattensysteme zu liefern.

Solche Ansinnen sind schlichtweg nicht realisierbar, sondern blanker Unsinn! Trotzdem gibt es vereinzelt Fachleute, die ein solches Ansinnen fördern und Glauben machen wollen, dass Tape tot ist.

Hell leuchtende Zukunft

Tape wird in der Langzeitarchivierung eine immer grösser werdende Rolle spielen. Zum einen werden sich die Kassettenkapazitäten durch die GMR-Technologie in den nächsten Jahren sprunghaft nach oben entwickeln und grosse Bandkapazitäten zur Verfügung stellen.

Zum anderen benötigt eine Bandkassette, wenn sie einmal beschrieben ist, keinen Strom. Auch die Haltbarkeit von Bandkassetten hat sich in den letzten Jahren nachweislich auf 30 Jahre und mehr weiterentwickelt, ohne dass grosse Impulsverluste auftreten.

Tape ist also ein ideales Medium im zukünftigen Archivierungsumfeld, wo riesige Kapazitäten in den nächsten Jahren gefordert werden. Ausschliesslich Tape hat als Technologie das Zeug dazu und ich persönlich sehe der nächsten Tape-Renaissance mit großer Gelassenheit entgegen. Für mich ist Tape nicht totzukriegen.

(ID:2050674)