C’t Magazine

NAS-systemen met 10-gigabit-ethernet getest

- Ernst Ahlers en Noud van Kruysberge­n

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.

 ??  ??
 ??  ?? Ssd-caches worden bij QNAP en Synology geoptimali­seerd voor willekeuri­ge toegang. Alleen door het selecteren van ‘Volledige I/O’ versnelt de NAS de lineaire toegang tot grote bestanden.
Ssd-caches worden bij QNAP en Synology geoptimali­seerd voor willekeuri­ge toegang. Alleen door het selecteren van ‘Volledige I/O’ versnelt de NAS de lineaire toegang tot grote bestanden.

Newspapers in Dutch

Newspapers from Netherlands