NAS-systemen met 10-gigabit-ethernet getest
Als je vaak grote bestanden via het netwerk verplaatst, hoef je je geen zorgen meer te maken over lange wachttijden: één gigabyte aan data per seconde is haalbaar met een daarvoor geschikte NAS, de juiste componenten en een paar configuratietrucjes. Die snelheid komt wel met een prijs, maar is inmiddels betaalbaar.
Bedrijven die een hoge datasnelheid in hun netwerk nodig hebben, vervangen hun gigabit-ethernet infrastructuur door multigigabit-ethernet. De maximale datasnelheid van 1000 Mbit/s, die bij het kopiëren van bestanden minus protocoloverhead overeenkomt met ongeveer 115 MB/s, kan daardoor worden vertienvoudigd (naar 10.000 Mbit/s, 10 Gbit/s). Snelle clients kunnen dan grote datablokken schrijven of lezen met meer dan 1 GB/s – de oudere NAS-systemen van de gigabit-generatie kunnen dat niet bijbenen.
We hebben verschillende NAS-fabrikanten gevraagd naar actuele modellen die, indien op de juiste wijze geconfigureerd, een doorvoercapaciteit kunnen leveren van ten minste 800 MB/s. De volgende modellen kwamen daarop binnen: de Asustor AS6508T, Qnap TS-h686, Synology DS3018xs en de Thecus N4910U Pro-S. Buffalo verkoopt alleen apparaten die al zijn voorzien van schijven, maar geen lege behuizingen meer. Netgear kon de RN526X naar eigen zeggen niet leveren. De apparaten van de andere vier merken hebben we getest qua prestaties met verschillende soorten massaopslag.
We hebben de Qnap TS-h686 getest met zowel het nieuwe QuTS-Hero besturingssysteem, dat op ZFS als bestandssysteem is gebaseerd, als met het gevestigde QTS (EXT4). De tabel rechts toont de meetwaarden voor beide varianten. Op basis van de resultaten geven we voor grote bestanden de voorkeur aan QTS en hebben we die resultaten vermeld in de overzichtstabel op het einde.
In een volgende c’t kijken we in combinatie met een andere NAS-test naar de uitbreidingsmogelijkheden van de NAS-besturingssystemen.
MASSAOPSLAG KIEZEN
Bij het selecteren van de massaopslag sta je voor de keuze of je SATA-schijven of SATA-ssd’s wilt gebruiken. De nog steeds veel lagere prijs per terabyte aan capaciteit spreekt voor harde schijven, maar ssd’s hebben het voordeel van een veel hogere snelheid. De harde schijven worden beperkt in hun datasnelheid door hun rotatiesnelheid, veel meer dan 200 MB/s is zeldzaam.
In een RAID 5-combinatie van drie harde schijven is maximaal 400 MB/s haalbaar. De tijdrovende lees/schrijfkopbewegingen en de rotatielatentie (de wachttijd tot de doelgegevens op de nieuwe track
zijn bereikt) hebben hierop een grote invloed omdat de bestanden over het schijfoppervlak verspreid staan (fragmentatie). Naarmate de leeftijd van de NAS toeneemt en de harde schijven verder gevuld raken, neemt die fragmentatie onvermijdelijk toe en de prestaties af. De blokken met verwijderde bestanden worden hergebruikt voor nieuwe bestanden, zodat de lees-/schrijfkoppen steeds vaker heen en weer moeten springen, wat tijd en dus datasnelheid kost.
ONTWERPPROBLEMEN
Die fragmentatievertraging treedt bij ssd’s in principe niet op omdat ze geen bewegende delen hebben. Daar beperken de SATA-poorten van de drive-bays de datasnelheid per ssd tot ongeveer 560 MB/s. Alleen als de NAS-processor toegang heeft tot ten minste twee ssd’s tegelijk, kan hij de gigabyte-limiet (1000 MB/s) doorbreken. Met twee schijven of ssd’s kun je dan echter alleen een RAID 0-configuratie maken. Dat zou de capaciteit en prestaties wel verdubbelen, maar de betrouwbaarheid ten opzichte van een enkele schijf halveren, omdat RAID 0 geen redundantie biedt. Dat risico moet je helemaal niet willen nemen. Je kunt beter een RAID 5 maken met ten minste drie schijven, waarvoor dan drie of meer individuele SATA-kanalen nodig zijn. Met vier schijven is RAID 10 mogelijk.
SATA-multiplexers, waarmee je meerdere ssd’s op een enkel SATA-kanaal kunt benaderen, mogen in de hardwareketen niet voorkomen, want dat zou de doorvoer weer beperken. Helaas helpt een blik op de NAS-specificaties je niet bij het uitkiezen van een apparaat, want geen enkele fabrikant vermeldt daar of de SATA-slots individueel of via multiplexers zijn aangesloten. Om met een RAID 5-configuratie meer dan de genoemde 560 MB/s over het netwerk aan te kunnen, moet de NAS-processor in staat zijn om ten minste drie SATA-doelen tegelijkertijd te kunnen benaderen. Uit de datastromen voor twee opslagmedia berekent hij redundantiegegevens voor de derde en schrijft die naar dat opslagmedium. Bij het lezen zijn meestal twee SATA-kanalen voldoende, het derde opslagmedium speelt pas een rol als een van de andere een leesfout meldt.
SCHRIJF- EN LEESSNELHEDEN METEN
We testen de doorvoersnelheid van de netwerkopslagapparaten met onze c’t-NAS benchmark (zie de link op de laatste pagina van dit artikel). Die tool maakt met behulp van de Windows-functies verbinding met een gedeelde map, genereert een aanpasbare set testbestanden, schrijft die met de systeemfuncties eerst naar de NAS, leest ze daarna uit en controleert ten slotte de integriteit van de herstelde bestanden. Om te voorkomen dat het medium van de gebruikte pc de bottleneck wordt, worden de testbestanden opgeslagen op een voldoende grote RAM-schijf, die bij deze test 25 GB groot is.
Omdat onze standaard set van ‘grote’ bestanden (10 maal 400 MB) in de RAM-buffer van de geteste apparaten past, zou dat leiden tot te optimistische resultaten. Daarom hebben we deze keer een extra vierde groep van 10 maal 2 GB aangemaakt en getest. Dat is overigens de maximale bestandsgrootte die de c’t-NAS-benchmark aankan.
Om het enorme snelheidsverschil tussen veel kleine (1000 maal 256 kB), redelijk wat middelgrote (100 maal 2 MB) en een veel lager aantal (erg) gro
te bestanden grafisch te illustreren, wordt overal in het staafdiagram dezelfde schaal gebruikt. Net als bij eerdere tests hebben we ontdekt dat de latentie van bestandsoperaties in Windows en NAS-besturingssystemen de snelheid remt, vooral bij de kleine en zelfs merkbaar bij de middelgrote bestanden.
We hebben de snelheid getest met twee opslagconfiguraties: een RAID 5 van drie SATA-ssd’s (Samsung 860 Evo 1TB, type MZ-76E1T0) en een RAID 5 van drie SATA harde schijven (Seagate ST4000VN008). We hebben de opslagruimte gecreëerd met de standaardinstellingen die door de set-upwizards van de NAS-apparaten werden voorgesteld, waarbij we capaciteit zo groot mogelijk kozen.
De test-pc voor de NAS-benchmark was bewust geen gloednieuw model, maar een apparaat met een Core i3-6300-cpu, waarin we een 10-gigabit-netwerkkaart (Asus XG-C100C) geïnstalleerd hebben. De resultaten maken duidelijk dat de pc-technologie eigenlijk al lang in staat is om de snelheid van extra snelle LAN’s te benutten.
Om het netto maximum van 9900 Mbit/s met 10-gigabit-ethernet te halen, moeten jumboframes (MTU 9000 bytes) worden geactiveerd bij de interface-instellingen van alle deelnemende apparaten – dus de pc’s, switches en NAS. Anders is 9400 Mbit/s de limiet. Die 5 procent is zeker geen groot verlies, maar aan de andere kant makkelijk te vermijden.
We beoordeelden de datasnelheid die werd gehaald met de 20 GB grote bestanden op een onversleutelde versie van een RAID 5 ssd-configuratie zonder cache als ‘zeer goed’ wanneer de som van het schrijven en lezen meer dan 1600 MB/s was. Boven de 1200 MB/s gaven we het predicaat ‘goed’, onder 800 MB/s is een ‘slecht’. Omdat de NAS-processors veel zwaarder belast worden bij het benaderen van een versleutelde share, is het onvermijdelijk dat de datadoorvoer en daarmee de beoordeling daalt. Als je belangrijke gegevens wilt beschermen tegen fysieke diefstal, moet je dat accepteren.
KERNENERGIE
Zoals verwacht speelt het cpu-type een belangrijke rol bij de snelheid. De Atom C3538 in de Asustor AS6508T leverde het maximum van ongeveer 1150 MB/s dat mogelijk is met 10-gigabit-ethernet, zonder problemen bij het lezen van grote bestanden uit de NVMe ssd-cache. Bij het schrijven van grote en erg grote bestanden werd de grens echter bereikt bij ongeveer 400 MB/s. Een van de vier kernen werd daarbij voor 100 procent belast door de Samba-daemon smbd, die de Windows-shares beschikbaar stelt.
Als je denkt dat de totale datadoorvoer met meerdere parallelle toegangen zou moeten stijgen, krijg je helaas geen gelijk. Bij het gelijktijdig testen met twee pc’s werd de leessnelheid met ongeveer 530 en 580 MB/s bijna evenredig over de twee computers verdeeld. Maar ook de schrijfsnelheid werd verdeeld: 193 en 192 in plaats van 384 MB/s. Het was niet mogelijk om te bepalen waar de bottleneck zich in het systeem bevond. Meer processorkernen kunnen een minder handig apparaatontwerp natuurlijk niet altijd compenseren.
SLIM BUFFEREN
Een schrijfcache kan worden gebruikt om het vullen van de harde schijven te versnellen en de SATA-verbinding optimaal te benutten. Dat kan worden gerealiseerd met twee extra ssd’s in RAID 1-configuratie. Bij NAS-modellen die geschikt zijn voor 10 gigabit/s komen NVMe-modellen in aanmerking. Daarvoor moet het apparaat M.2 NVMe-slots hebben, die met voldoende PCI Express-lanes verbonden zijn. Hoewel PCIe 3.0 met twee lanes een snelheid van bijna 2 GB/s kan halen, is PCIe 3.0 x4 met bijna 4 GB/s standaard voor NMVessd’s. De apparaten van Asustor en Qnap hebben dat.
Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de NVMe-ssd’s ook bij zeer grote schrijfoperaties nog steeds voldoende snelheid halen. De fabrikanten noemen meestal een van-tot-waarde bij de specificaties, maar die geldt alleen voor de SLC onboard-cache van een ssd, die in het beste geval enkele tientallen gigabytes groot is.
De doorslaggevende factor voor de werking van de NAS is daarom de snelheid die de sdd’s halen bij het schrijven vanuit de SLC-cache naar hun TLC- of QLC-opslag. Die datasnelheid geven we bij tests zo nauwkeurig mogelijk aan als die aanzienlijk verschilt van de aanvankelijke waarde, maar online kom je hem niet tegen omdat fabrikanten de tragere, echte schrijfprestaties natuurlijk het liefst niet noemen.
Een ssd voor een NAS hoeft geen topmodel te zijn: NVMe-ssd’s die permanent 1000 tot 1200 MB/s kunnen schrijven zijn voldoende voor cachegebruik in een 10-gigabit-NAS. Een 10-Gbit/s-verbinding transporteert op zijn best nominaal ongeveer 1150 MB/s. We hebben gekozen voor een Samsung 970 Evo van 1 terabyte (type MZ-V7E1T0BW). Dat model is al ouder, maar de prijs is aanzienlijk gedaald sinds de release in de zomer van 2018. Hij kostte in het najaar van 2020 ongeveer 110 euro. Koop dan meteen twee NVMe-ssd’s, omdat de NAS een schrijfcache alleen correct aanmaakt als je die instelt als een RAID 1-configuratie. Een cache-ssd kan ook zomaar uitvallen, dus RAID 1 beschermt je tegen dataverlies tijdens het schrijven.
PRESTATIES EN VEILIGHEID
Een andere belangrijke tip: veel NAS-besturingssystemen gaan ervan uit dat de ssd-cache in de eerste plaats bedoeld is om willekeurige toegang te versnellen. Sequentiële in- en output, zoals bij het lineair schrijven en lezen van grote bestanden, wordt niet gebufferd. Om ervoor te zorgen
dat de cache ook dergelijke toegangen versnelt, moet je de skipfunctie tijdens het instellen in- of uitschakelen door ‘Volledige I/O’ of ‘Willekeurige I/O’ te selecteren (zie de afbeelding op de volgende pagina).
SNELLER SCHRIJVEN
Door een NVMe-ssd-cache te gebruiken verwachtten we voornamelijk bij de Asustor AS6508T een aanzienlijke verbetering te zien bij de schrijfprestaties met SATAssd’s. Zowel de Qnap TS-h686 als de Synology DS3018xs lieten met een RAID 5-configuratie zelfs zonder cache al zeer hoge schrijfsnelheden zien.
We hebben eerst geprobeerd hoe de AS6508T zich gedraagt met een NVMe-ssd als leescache. De datasnelheid bij het lezen van grote bestanden uit een RAID-5 ssd-combinatie steeg van 1030 MB/s met ongeveer 9 procent tot 1120 MB/s. De tweede NVMe-ssd voor de lees/schrijfcache leverde echter niet veel op: in plaats van met ongeveer 370 MB/s stroomde er nu data met 400 MB/s naar de schijven, slechts 8 procent meer. Asustor verklaarde dat zijn NAS de maximale schrijfsnelheid alleen bereikt wanneer alle schijfslots gevuld zijn. Met zes in plaats van drie ssd’s als RAID 5-configuratie hebben we echter ook maar iets minder dan 390 MB/s gemeten.
Met drie harde schijven in RAID 5-configuratie vertoonde de AS6508T een eigenaardig gedrag met betrekking tot de ssd-cache: toen we de eerste NVMe-ssd voor de leescache toevoegden, bleef de schrijfprestatie hetzelfde omdat de data nog steeds rechtstreeks naar de harde schijven ging. Maar de leessnelheid daalde tot ongeveer de helft. Asustor had daar geen sluitende verklaring voor. Na het installeren van de tweede NVMe-ssd en het activeren van de lees/schrijfcache gedroeg de AS6508T zich vervolgens zoals verwacht: de lees- en schrijfsnelheden waren nu gelijk aan de ssd-configuratie – zolang de te lezen gegevens in de cache pasten tenminste.
Bij de Qnap TS-h686 met SATA-ssd’s in RAID 5-configuratie en het QTS-besturingssysteem resulteerde een cache met twee NVMe-ssd’s in een matige toename van ongeveer 25 procent bij het schrijven van grote bestanden. De winst bij een situatie met harde schijven was daarentegen aanzienlijk hoger: het schrijven en lezen ging vier keer zo snel. Aan de andere kant zagen we door de NVMe-ssd-cache geen significante prestatietoename in het nieuwe besturingssysteem QuTS hero. Daar is door de ontwikkelaars mogelijk nog wat te optimaliseren.
Als je voor een Synology DS3018xs gaat, zul je profiteren van extra toegevoegde SATA-ssd’s wanneer het hoofdarray wordt gevormd door harde schijven in een RAID 5-opstelling. We gebruikten hiervoor drie SATA-ssd’s in een RAID 5-configuratie om bij het schrijven meerdere SATA-kanalen parallel te kunnen gebruiken. We zagen echter alleen een merkbare winst bij het lezen van grote bestanden. De leeswinst manifesteert zich natuurlijk pas als de data al in de cache staan en niet eerst van de harde schijven gehaald hoeven te worden. Bij deze NAS krijg je de maximale schrijfprestaties alleen als je voor het hoofdarray SATA-ssd’s gebruikt.
SSD-CACHE OF NIET?
Er zijn verschillende conclusies te trekken uit deze resultaten. Als je al drie of meer SATA-ssd’s in je 10-gigabit-NAS hebt zitten voor maximale prestaties, dan zal een extra NVMe-ssd-cache in het beste geval een kleine verbetering opleveren. Dan kun je beter investeren in SATA-ssd’s met een hogere capaciteit.
Als je de snelle netwerkopslag daarentegen voor een maximale opslagcapaciteit wilt uitrusten met harde schijven, dan is een NVMe-ssd-cache als lees/ schrijfcache de moeite waard. Zorg in dat geval voor twee cache-ssd’s met voldoende capaciteit, zodat het apparaat in alle bedrijfsomstandigheden goed kan bufferen.
De NVMe-ssd’s hadden weinig invloed op het energieverbruik in de ruststand, wat bepalend is voor de energiekosten. We hebben iets minder dan 1 watt aan extra energieverbruik per exemplaar gemeten. Bij NAS-testapparaten die voorzien waren van harde schijven, was het verbruik van de cache nauwelijks significant in vergelijking met het basisniveau, aangezien dat minstens 40 watt bedraagt.
Om op tijd op de hoogte te zijn van dreigende opslagmediafouten, moet je de SMART-test, die de meeste apparaten bieden, volgens een bepaald schema activeren – en een melding laten sturen via e-mail. Als de NAS je een foutbericht stuurt, aarzel dan niet om de defecte harde schijf of ssd te vervangen. Dat geldt vooral voor de cache-ssd’s, omdat die veel meer schrijfbewerkingen verwerken dan de andere opslagmedia.
We hebben het in c’t al heel vaak gezegd: een RAID vervangt geen back-up. Maak regelmatig een back-up van de NAS-inhoud op externe opslagapparaten. Het hoeft niet altijd een schijf te zijn die kapot gaat, ook een NAS-moederbord kan problemen krijgen. En dan is het al helemaal te laat voor back-ups.
GELUIDSPRODUCTIE
We zouden de server van Thecus met zijn geluidsniveau van 8,2 sone alleen in een IT-ruimte of datacenter zetten. Daar valt het geluid van de eventueel aanwezige harde schijven niet zo op. Die blijven wel altijd koel. Toen de ventilatoren van de N4910 onder langdurige belasting op volle kracht gingen draaien, steeg het geluidsniveau tot wel 23 sone – bijna net zoveel herrie als een haardroger tegen je hoofd.
De andere drie NAS-apparaten waren met 0,5 tot 1,0 sone beduidend stiller en ook op een kantoor te gebruiken. Je kon ze echter wel goed horen als de ventilatoren onder langere belasting sneller gingen draaien. Dat was vooral bij AS6508T duidelijk (tot 5,2 sone). Je kunt de apparaten dan ook beter niet op een werkplek zetten.
CONCLUSIE
Schrijf- en leessnelheden in de orde van 1000 MB/s bij het verwerken van grote bestanden via het netwerk zijn betaalbaar geworden. Maar je moet voorzichtig zijn bij het kopen van de NAS, de opslagmedia en bij de configuratie. De Thecus N4910U Pro-S met zijn dual-port 10GE-netwerkkaart, het duurste apparaat in deze test, bleek ondanks een krachtige Xeon-processor niet in staat om alle bestandsgroottes aan te kunnen. De firmware met de Linux-kernel 3.14 en ook de software-uitbreidingen die erop geïnstalleerd kunnen worden waren een beetje achterhaald.
Asustor levert het meest redelijk geprijsde allround-pakket met de AS6508T dankzij de 10GE-poorten die standaard geïntegreerd zijn. We kwamen echter nooit verder dan 400 MB/s voor het schrijven – ondanks de vele configuratievarianten die we geprobeerd hebben. Bij het uitbreiden van de DS3018xs van Synology moet je kiezen tussen een snelle NVMe-ssd-cache of een 10-Gbit/s LANpoort. Met die laatste en een RAID 5-ssd-array leverde het apparaat twee keer de schrijfsnelheden van de AS6508T en dus een solide prestatie.
Qnap had het met de nieuwe TS-h686 en het beproefde QTS-besturingssysteem makkelijk in deze test. Als je het apparaat voorziet van ssd’s als opslagmedia en bovendien een NVMe-ssd-cache installeert, dan is 1000 MB/s mogelijk bij het lezen en schrijven van grote bestanden. Dat werkt zelfs met harde schijven als opslagmedia – zolang de te lezen data in de cache staan.