Tape
Magnetbänder sind eine der ältesten Technologien für die elektronische Datenspeicherung. Während das Band als primäres und Backup-Speichermedium weitgehend verdrängt wurde, eignet es sich aufgrund seiner hohen Kapazität, geringen Kosten und langen Haltbarkeit nach wie vor gut für die Archivierung. Wenn das Band Teil einer Bibliothek ist, kann die robotergestützte Auswahl und das Laden der richtigen Kassette in ein Bandlaufwerk zu einer zusätzlichen Latenzzeit führen. In einem Archiv ist die Latenz kein Thema. Bei der Bandarchivierung gibt es keine Online-Kopie für den schnellen Abruf, da alles für die lange Zeit im Tresor gespeichert wird.
Obwohl das Band in Bezug auf den wahlfreien (random) Zugriff nicht mit anderen Speichermedien konkurrieren kann, gibt es immer noch Branchen, in denen die Magnetbandspeicherung eine wertvolle Speichertechnologie ist.
- Viele Filmproduktionsfirmen zeichnen ihr Filmmaterial auf Band auf, nachdem sie kostspielige Ausfälle sowohl mit Festplatten als auch mit Flash erlebt haben.
- Wissenschaftliche Experimente, die große Datenmengen in wenigen Mikrosekunden produzieren, nutzen die Kapazität und Schreibgeschwindigkeit von Magnetbändern.
- Die Öl- und Gasindustrie nutzt seit Jahren Bänder, um wertvolle Daten zu erfassen, zu transportieren und zu speichern. Da die Ölexploration außerhalb des Rechenzentrums stattfindet, ist Band ein gutes Medium, um Daten vom produktiven Standort zurück zu transportieren.
Bänder werden oft mit Objektspeichern kombiniert, um den Bedarf an Dateizugriff mit geringerer Latenz zu decken. Manchmal wird es auch vollständig durch Objektspeicher ersetzt.
So funktioniert ein Magnetband
Datenbits - magnetische Zustände, die „an“ und „aus“ repräsentieren - werden auf einem partikelförmigen Medium aufgezeichnet, das an ein Substrat aus Mylar-Kunststoff gebunden ist. Verbesserungen in der Spurverfolgungstechnologie und riesige magnetoresistive Lese-/Schreibköpfe erhöhten die Anzahl der Spuren, die auf einem Band aufgezeichnet werden können.
Die Industrie ist weitgehend von Oxiden als Aufzeichnungsmaterial auf Bariumferrit umgestiegen, das aufgrund seiner Unterstützung für die senkrechte magnetische Aufzeichnung eine hohe Datendichte liefern kann. Barium-Ferrit wird sowohl in Enterprise-Bändern von Oracle und IBM als auch in Bändern im Ultrium-Format des LTO-Konsortiums verwendet.
Vor- und Nachteile der Magnetbandspeicherung
Angesichts des steigenden Datenvolumens ist das Magnetband eine gute Option für die Speicherung von Langzeit-Backups mit hoher Kapazität und für die kostenoptimierte Archivierung, die vergleichsweise günstiger ist als mit Festplatten.
Die Bandkapazität wächst weiter. Das LTO-Programm hat einen definierten Zeitplan für kommende Versionen und bringt typischerweise alle zwei bis drei Jahre eine neue Version auf den Markt. Kunden können sich auf diese zuverlässige Produkt-Roadmap verlassen.
Magnetbandspeicher sind auch wegen ihrer Langlebigkeit gut für die Archivierung geeignet, da sie im Allgemeinen eine Haltbarkeit von 30 Jahren haben. Bänder sind außerdem leicht zu bewegen, während Festplatten nicht so mobil sind. In einem Disaster-Recovery-Szenario kann ein Unternehmen die Bänder für die Wiederherstellung verwenden, solange sie weit genug vom betroffenen Rechenzentrum entfernt sind.
Es ist jedoch schneller, Daten von einer Festplatte wiederherzustellen. Aus diesem Grund hat die Festplatte das Band als bevorzugtes Medium für die Datensicherung abgelöst. Festplatten bieten einen zufälligen (random) Zugriff, so dass das Auffinden bestimmter Daten auf Festplatten ein schneller Prozess ist.
Disk-basierte Backup-Produkte führen in der Regel über den Tag verteilt Backups durch, während Bänder die Daten weniger häufig sichern - zum Beispiel täglich. Ein Unternehmen möchte sich also nicht auf ein Band für seine letzte Sicherung verlassen. Darüber hinaus muss ein Unternehmen sicherstellen, dass seine Bandbibliothek mit dem Rest seiner Infrastruktur kompatibel ist.
Mit der Zunahme von Ransomware-Angriffen ist die Offline-Natur der Magnetbandspeicherung ein großes Verkaufsargument. Ein Cyberangriff kann Bänder in Speichern, die nicht mit einem Netzwerk verbunden sind, nicht beeinträchtigen, da sie ein so genanntes Air Gap aufweisen. In diesem Fall schlägt das Band sogar die Cloud, die eine zunehmend verbreitete Plattform für die Datensicherung ist, die aber aufgrund ihrer Online-Natur anfällig für Cyberbedrohungen ist.
Geschichte der Magnetbandspeicherung
Die moderne Magnetbandspeicherung hat ihre Wurzeln in den 1950er Jahren. Als der erste moderne kommerzielle Computer, der UNIVAC I, 1951 auf den Markt kam, verwendeten die Erfinder Magnetbänder, um den Speicher des Computers zu ergänzen.
Bandbibliotheken hatten in der Mainframe-Ära Hochkonjunktur, als große Computersysteme Rechenjobs in Gruppen ausführten. Die Bediener speicherten ein Programm und die dazugehörigen Daten auf Band, zogen den Job zur temporären Speicherung vom Computer ab und luden ihn wieder, wenn er erneut ausgeführt werden musste.
Als die Festplatte mit ihrem wahlfreien Zugriff auf den Markt kam, ersetzte sie weitgehend das Band als Primärspeicher. Einige Branchen, wie die Medien- und Unterhaltungsindustrie sowie die Wissenschaft und die Videoüberwachung, verwenden jedoch weiterhin Magnetbänder für die Speicherung, vor allem wegen ihrer großen Kapazität.
In den späten 1990er Jahren kam Linear Tape-Open (LTO) auf den Markt. Hewlett Packard - jetzt Hewlett Packard Enterprise -, IBM und Seagate arbeiteten gemeinsam an der Bandspeichertechnologie.
LTO-1 kam im Jahr 2000 auf den Markt und bot 100 GB nativen Speicherplatz pro Kassette. Alle zwei bis drei Jahre kommt eine neue LTO-Version auf den Markt, die etwa die doppelte Kapazität der Vorgängerversion und einen höheren Durchsatz bietet.
Laut einem im März 2018 veröffentlichten Bericht des LTO-Programms wurden im Jahr 2017 insgesamt 108.457 PB an komprimierter Bandkapazität ausgeliefert, was einem Anstieg von 12,9 Prozent gegenüber der im Jahr 2016 ausgelieferten Kapazität entspricht. Diese Gesamtzahl stellt einen Anstieg um das Fünffache gegenüber den 20.000 PB dar, die 2008 ausgeliefert wurden.
Anbieter und Bandtypen
LTO ist das beliebteste Bandformat auf dem Markt, obwohl Enterprise-Bänder eine größere Kapazität pro Kassette unterstützen. LTO-7, das 2015 veröffentlicht wurde, hat eine Rohkapazität von 6 Terabyte (TB). LTO-8, das 2017 veröffentlicht wurde, hat eine native Kapazität von 12 TB.
Hewlett Packard, IBM und Seagate - die später ihr Bandgeschäft an Quantum verkauften - gründeten in den späten 1990er Jahren das LTO-Konsortium als Alternative zu Quantums proprietärem digitalen linearen Bandformat, DLT.
IBM und Oracle führen die Riege der Enterprise-Bandanbieter an. Wie LTO basieren ihre Bandtechnologien auf Barium-Ferrit-Medien, aber sie bieten Innovationen in der Laufwerkstechnologie, Bandlängen und Kassettenformate.
Das IBM-Bandsystem 3592 der Jaguar-Serie nutzt beispielsweise das TS1150-Laufwerk und bietet eine unkomprimierte Speicherkapazität von bis zu 10 TB. Oracle, das Sun Microsystems und StorageTek gekauft hat, baut seit 2010 auf einer Bandtechnologie-Linie namens T10000 auf und bietet ein T10000D-Laufwerk und eine Kassette mit einer nativen, nicht komprimierten Kapazität von 8,5 TB an.
Magnetband vs. Festplatte vs. Cloud-Speicher
In den späten 1990er Jahren hat die Festplatte das Band als bevorzugtes Backup-Speichermedium abgelöst. Jüngste Innovationen in der Bandwelt, darunter das Linear Tape File System (LTFS) von IBM, haben den Zugriff auf Daten auf Band erleichtert. Dateien und Objekte können direkt auf ein Bandlaufwerk mit LTFS-Technologie kopiert werden, so dass sie ihre ursprüngliche Struktur und Metadaten beibehalten.
Band ist bei der Durchführung von Streaming-Lese-/Schreiboperationen schneller als Platte, aber Inhalte auf Magnetband können nur in einem sequentiellen Format gelesen oder geschrieben werden, indem sie an die entsprechende Position gespult werden.
Im Gegensatz zu Festplatten, bei denen die Zugriffszeiten in Millisekunden gemessen werden, können die Bandzugriffszeiten Sekunden oder Minuten lang sein. Infolgedessen kann der serielle Zugriff gut sein - die Streaming-Geschwindigkeit für LTO-7 beträgt etwa 300 Megabyte pro Sekunde (MBps) - aber ein zeitnaher zufälliger (random) Zugriff ist fast unmöglich zu erreichen.
Cloud-Anbieter haben Tape für die langfristige Datenspeicherung übernommen. Amazon Glacier hat zum Beispiel eine starke Bandkomponente. Google hat auch Bänder für Disaster Recovery integriert - als Gmail 2011 für drei Tage ausfiel, rettete das Unternehmen das System mit Hilfe von Bandsicherungen.
Fortschritte in der Bandtechnologie
Die Bandtechnologie hat im Laufe der Jahre neue Funktionen erhalten, darunter drei wichtige Erweiterungen, die bis ins Jahr 2004 zurückreichen.
LTO-3, das 2004 eingeführt wurde, fügte die WORM-Funktion (Write Once Read Many) hinzu, die Daten einmalig auf ein Band schreibt und deren Löschen verhindert. LTO-4 im Jahr 2007 bot Datenverschlüsselung. Im Jahr 2010 wurde mit LTO-5 das Linear Tape File System eingeführt, das Indizierung und Partitionierung ermöglicht. Alle späteren LTO-Versionen enthalten diese Funktionen ebenfalls.
LTO-8 verwendet Tunnelmagnetowiderstand (Tunnel Magnetoresistance, TMR) für Bandköpfe, was das Schreiben von Bits auf kleinere Bereiche der LTO-Speichermedien ermöglicht. Die Technologie markiert einen Wechsel vom bisherigen Riesenmagnetowiderstand (Giant Magnetoresistance, GMR). LTO-8 verwendet ebenfalls Barium-Ferrit-Magnetpartikel für eine erhöhte Bandspeicherkapazität.
Durch den Einsatz von TMR und Barium-Ferrit ist LTO-8 jedoch nur eine Generation rückwärtskompatibel. Zuvor konnte LTO zwei Generationen zurück lesen und eine Generation zurückschreiben.
Ab Oktober 2018 sieht die LTO-Roadmap die 12. Generation vor. Die projizierten Kapazitätsangaben sind:
- LTO-9: 24 TB Kapazität -- 60 TB komprimiert
- LTO-10: 48 TB Kapazität -- 120 TB komprimiert
- LTO-11: 96 TB Kapazität -- 240 TB komprimiert
- LTO-12: 192 TB Kapazität -- 480 TB komprimiert
Im Jahr 2017 gaben IBM und Sony an, eine Technologie für die höchste Aufzeichnungsflächendichte für Magnetbandspeicher entwickelt zu haben, die eine unkomprimierte Kapazität von etwa 330 TB pro Kassette ermöglicht.
Die Anbieter entwickeln weiterhin Bandprodukte weiter. So brachten Quantum und Veeam 2018 eine sogenannte "Converged Tape Appliance" auf den Markt, die die Datensicherungssoftware von Veeam mit der Backup-Software von Quantum integriert.
Darüber hinaus verwenden die führenden Cloud-Speicheranbieter Amazon Web Services, Microsoft Azure und Google Cloud Platform LTFS-gebundene Bandbibliotheken als Teil ihrer Speicherarchitekturen.
Best Practices für Magnetbandspeicher
Magnetbandkassetten sind zwar sehr widerstandsfähig, erfordern aber dennoch die richtige Pflege. Obwohl die Lebensdauer eines Bandes in Jahren ausgedrückt wird, kann eine unvorsichtige Handhabung diese auf Wochen verkürzen oder ein Band komplett zerstören.
Staub, Schmutz und Öle sind schädlich für Bänder. Benutzer sollten Bänder in ihren Plastikhüllen aufbewahren, wenn sie nicht in Gebrauch sind. Darüber hinaus sollten Benutzer nicht:
- das Band direkt anfassen
- die Bandoberfläche berühren
- die Laufwerksklappen manuell öffnen
