Bandtechnologien von AIT bis LTO - Tapes zur Datensicherung mit Verschlüsselung

Es gab bis 2005 verschiedene Bandtechnologien von den unterschiedlichen Herstellern zur professionellen Datensicherung. Diese waren nicht kompatibel untereinander und hatten so ihre Vor- und Nachteile. Es gab allerdings schon seit 1998 Bestrebungen von Herstellern kompatible und herstellerübergreifende Systeme zu entwerfen, die nicht nur "bandkompatibel", sondern auch "austauschkompatibel" (das Band wird mit dem Laufwerk von Hersteller A beschrieben und mit dem Laufwerk von Hersteller B gelesen) sind. Dies ist die LTO Technologie, mit LTO1 seit dem Jahre 2000. Bei LTO gibt es unterschiedliche Hersteller, aber sowohl Bandmedien wie auch Laufwerke sind untereinander austauschbar (also anders als bei den proprietären Technologien). Sie finden auf dieser Seite eine Zusammenfassung von den einzelnen Technologien, sowohl LTO wie auch die veralteten Format. Dies ist sicherlich nicht vollständig, beschreibt aber die einmal gebräuchlichsten Technologien.

Die Angaben von Kapazität und Transferrate in dieser Aufstellung erfolgen mit unkomprimierten Werten. Dies sollte dann von jeder Installation erreicht werden. Zur Abschätzung des Volumens sollten immer die unkomprimierten Werte genutzt werden. Viele Dateien, gerade auf Fileservern, lassen sich sehr gut komprimieren, sollen jedoch hauptsächlich ZIP- und PDF-Dateien gesichert werden, so geht die Kompression je nach Verfahren schnell auf Null.

In den letzten 20 Jahren hat sich ganz klar die herstellerübergreifende Technologie LTO einen immer größeren Marktanteil gesichert. Es gibt praktisch nur noch LTO Laufwerke in Libraries und Autoloader. Die externen und internen Laufwerke der sonstigen Technologien sind nicht mehr erhältlich. Selbst die Medien der anderen Technologien sind nur noch schwer zu bekommen und dann zu einem wesentlich höheren Preis.

LTO (Linear Tape Open)

• bis 2:1 Kompression (ab LTO6 dann 2,5:1)
• Entwicklung von IBM, HP und Quantum
• kompatibel zwischen den einzelnen Laufwerksherstellern
• Unterschiede in den Transferraten sind herstellerbedingt
• zeitbasiertes Spurnachführsystem über 5 Servobänder
• wirkt Start-Stop-Modus durch Geschwindigkeitsreduzierung entgegen
• Fehlerkorrekturtechnik (ECC)
• Memory-Chip mit 4 kB bis 16 kB in der Kassette
• sehr hoher Marktanteile
• eine Technologie abwärts schreib- und lesekompatibel
• zwei Technologien abwärts lesekompatibel (Nur bis inkl. LTO7, ab LTO8 nur eine Technologie)
• ab LTO-5 LTFS Filesystem (Linear Tape Filesystem)
• LTO 4 seit Sommer 2007 verfügbar
• LTO 5 seit Anfang 2010 verfügbar
• LTO 6 seit Sommer 2012 verfügbar
• LTO 7 seit Ende 2015 verfügbar
• LTO 8 seit Ende 2017 verfügbar
• LTO 7 Band in LTO8 Laufwerk bei erhöhter Kapazität nur bei neuen unbenutzten LTO7 Bändern
• LTO 7 M Band mit erhöhter Kapazität (dann nicht mehr im LTO 7 Laufwerk lesbar)
• LTO 7 Band mit erhöhter Kapazität wird als LTO8-Type M bezeichnet (dann mit 9 TB)
• LTO 9 seit Ende 2021 verfügbar
• LTO 8-Type M nicht in LTO9 Laufwerken lesbar

Warum ist LTO-8 nur Kompatibel mit LTO-7? Sonst waren es ja immer zwei Generationen. Dies liegt an der hohen Kapazität, die nur durch neue Schreib-/Leseköpfe erreicht werden konnten. Die LTO8 Laufwerke nutzen TMR-Köpfe (Tunnelling Magnetor-Resistive), die Dünnfilm-Beschichtungen auf Basis von Barrium-Ferrit (BaFe) Bänder benötigen. Und dieses Verfahren wird erst ab LTO 7 Bänder durchgehend verwendet. Aber auch LTO9 ist nur zu Generationen LTO 8 kompatibel. LTO7 Bänder können also in LTO9 Laufwerken nicht mal gelesen werden.

LTO 9 Initialisierung

LTO-9 Bänder müssen vor der ersten Nutzung initialisiert werden! Das gab es bei LTO Formaten bisher noch nie. Was ist die Besonderheit bei LTO-9? Es werden noch mehr Spuren beschrieben als bei den vorherigen Formaten. Dafür muss der Kopf noch präziser am Band entlang laufen. Hierfür wird vor der ersten Nutzung eine Kalibrierung durchgeführt, die individuell für jedes LTO-9 Band ist. Es muss also jedes Medium, auch LTO9 WORM, durch diese Initialisierung laufen. Nach dieser Kalibrierung beziehungsweise Optimierung kann das LTO-9 Band dann wie jedes andere LTO Band auch genutzt werden.

Wie lange dauert die Kalibrierung?
Der komplette Durchlauf der Optimierung beträgt ca. eine Stunde, sollte also vor der ersten Nutzung manuell durchgeführt werden. Die meisten Libraries bieten hierfür eine Funktion in der Bedienoberfläche an.

Kann das Band dann auch in anderen LTO-9 Laufwerken eingesetzt werden?
Ein kalibriertes Band kann in jedem anderen LTO-9 Laufwerk eingesetzt werden. Ein Wechsel des Laufwerkes beeinträchtigt die Funktion nicht, sind Libraries mit mehreren Laufwerken ausgestattet, so kann jedes Laufwerk genutzt werden.

Müssen LTO8 Bänder im LTO-9 Laufwerk auch initialisiert werden?
Nein, dies betrifft nur LTO-9 Tapes und LTO-9 WORM Tapes. LTO8 Tapes können ganz normal in einem LTO-9 Laufwerk genutzt werden. Wichtig hierbei: LTO-7 Bänder können in LTO-9 Laufwerken NICHT gelesen oder geschrieben werden.

Barcode Label

Jede Library braucht Barcode Label auf den Bändern. Warum ist das so? In den meisten Libraries ist ein Barcode-Scanner eingebaut. Durch einfaches am Band vorbei fahren kann der Barcode gelesen werden und damit das Band eindeutig mit einem Stellplatz verknüpft werden. Was wäre die Alternative? Die Library müsste jedes Band einmal in ein Laufwerk einlegen und den Vorspann des Bandes lesen lassen. Das ist bei Libraries mit vielen 100 Stellplätzen nicht denkbar.

Also braucht jedes Band in einer Library oder einem Wechsler auch ein Barcode Label. Und der Barcode muss natürlich eindeutig sein, weil auch auch die Backup-Software verlässt sich auf die Label. Passen Label und Vorspann des Bandes (die Initialisierung durch die Software) nicht zusammen, so führt dies zu Störungen im Ablauf.

Wie ist so ein Barcode Label aufgebaut? Es sind 6 Zeichen frei zur Verfügung und dann kommt je nach Band ein L8 für LTO8 oder L9 für LTO9. Also könnte ein Barcode Label ST0001L9 sein. Meist werden die Bänder fortlaufend durchnummeriert, also ST0002L9 und ST0003L9 und so weiter. Da lässt sich eine individuelle Aufteilung finden, z.B. B00001L8 für das Backup und A00001L8 für Archive.

Die zwei letzten Zeichen identifizieren dabei den Bandtyp. L8 für LTO8 und L9 für LTO9. Aber was ist mit WORM Tapes? Ein LTO8 Worm Tape hat als letzte Zeichen LY, ein LTO9 Worm dann LZ. Hört sich im ersten Moment recht verwirrend an, aber eigentlich ganz einfach:

Die Cleaning Tapes sind für alle Formate nutzbar. Das Cleaning Tape kann also bei LTO1- bis LTO9-Laufwerken eingesetzt werden. Wichtig ist beim Cleaning Tape in einer Library die Identifikation durch den Barcode Label. Damit kann eine Library (oder eine Backup-Software) einen automatischen Cleaning-Lauf durchführen. Ein Cleaning Tape kann je nach Hersteller zwischen 20 und 40 Male genutzt werden. Danach ist es nicht mehr einsetzbar.

LTO Laufwerke und Verschlüsselung / Encryption

LTO Laufwerke haben ab LTO4 eine Hardware-Verschlüsselung mit im Laufwerk integriert. Mit der passenden Ansteuerung können diese Laufwerke also alle Sicherungen und Archive automatisch und mit voller Performance verschlüsseln. Also eine ganz einfache und transparente Lösung, die jeder mit einem LTO Laufwerk einsetzen kann? Ganz so einfach ist es leider nicht.

Warum LTO Bänder verschlüsseln?

Ein Grund dafür können gesetzlich Vorgaben sein. Oder einfach nur der Schutz von personenbezogenen oder firmeninternen Daten. Bänder oder Tapes haben einen großen Vorteil: Sie sind klein, robust und einfach zu transportieren. Deswegen werden sie häufig zur K-Fall Vorsorge ausgelagert. Also in einem externen Tresor bei einer Bank (das ist unsere Empfehlung) oder bei einem Mitarbeiter zu Hause (keine Empfehlung, wird aber häufig so durchgeführt). Gerade beim Transport der Bänder können diese auch mal verloren gehen, oder sie werden gestohlen oder geraubt. Da LTO einheitlich ist, braucht der Dieb oder Finder nur ein Laufwerk und kann die Daten auslesen. Das Format ist auch schnell gefunden, mit der passenden Software lassen sich die Daten komplett auslesen. Da dies meist Vollsicherungen sind, die ausgelagert werden, hat der Dieb alle Daten des Unternehmens in seiner Hand.
Wären die Daten aber verschlüsselt, dann kann der Dieb recht wenig mit den Bändern anfangen.

Welche Arten von Verschlüsselungen gibt es?

Es gib im Prinzip 3 verschiedene Wege die Daten zu verschlüsseln:

1. Software-Verschlüsselung im Server:
Dies ist die kostengünstigste und universellste Lösung zur Verschlüsselung der Daten. Die Backup-Software generiert den Datenstrom gleich verschlüsselt und schickt ihn ganz normal zum Laufwerk. Das Laufwerk merkt nicht einmal, dass die Daten Verschlüsselt sind (oder auch im Klartext ankommen). Der Nachteil ist die starke Belastung des Backup- oder Archiv-Servers. Eventuell schafft der Server nicht einmal den maximalen Datenstrom und das Laufwerk verfällt in den schädlichen Start-Stopp-Modus. Wenn der Server aber eine große CPU besitzt und genügend Ressourcen frei sind, dann ist dies eine gute und kostengünstige Lösung. Aber nicht alle Backup-Produkte (oder Archiv-Software) bieten eine Verschlüsselung an. Zum Beispiel bei NDMP-Sicherungen kann dies meist nicht eingesetzt werden, weil die Daten direkt vom File-Server zum Laufwerk geschickt werden. Der Backup-Server kann sie nicht verschlüsseln.

2. Hardware/Software Verschlüsselung auf dem Weg:
Zum Beispiel eine Encryption Appliance oder ein Fibre Channel Switch können die Verschlüsselung bei LTO Laufwerken übernehmen. Sie liegen im Datenstrom zwischen Server und Laufwerk und können damit die Daten bearbeiten. Dies ist gerade in großen Umgebungen sinnvoll, da die Verschlüsslung / Encryption an zentraler Stelle vorgenommen wird. Aber auch in diesem Fall wird die Hardware-Encryption des LTO Laufwerkes nicht genutzt.

3. Hardware-Verschlüsslung im Laufwerk:
Wie schon beschrieben hat jedes aktuelle LTO Laufwerk eine eingebaute Verschlüsslung in Echtzeit. Es wird also auch bei eingeschalteter Encryption der maximale Durchsatz erzielt. Die Verschlüsslung wird im AES-Standardalgorithmus Galois Counter Mode (GCM) mit 256-Bit Schlüssel durchgeführt. Warum benutzt es denn nicht jeder? Problem ist die Steuerung der Verschlüsslung und die Übertragung der Schlüssel zum Laufwerk. Da gibt es 2 Varianten:

3.a Hardware-Verschlüsslung mit anwendungsverwalteter Verschlüsselung (AME):
Bei Verwendung der anwendungsverwalteten Verschlüsselung (AME oder Application Managed Encryption) wird der Schlüssel von der Software (Backup oder Archiv) zum Laufwerk übertragen und zwar per SAS oder Fibre Channel. Also zusammen mit dem Datenstrom bzw. natürlich vor dem Datenstrom. Aber nicht nur die Schlüssel müssen übertragen werden, sondern diese müssen auch generiert und verwaltet werden (Sicherung der Schlüssel nicht vergessen!). Das können zwar viele Backup-Software-Produkte, aber meist nur mit kostenpflichtigen Features. Dafür fallen aber keine Kosten für Lizenzen an Laufwerken oder Library an. Der Austausch der Library, auch gegen einen anderen Hersteller ist transparent für die Verschlüsselung. Ein weiterer Vorteil ist die Flexibilität, es muss nicht alles verschlüsselt werden. Soweit es die Backup-Software unterstützt, kann pro Job die Encryption aktiviert oder deaktiviert werden. Oder es können auch verschiedene Schlüssel genutzt werden, so dass zum Beispiel ein Datenaustausch über Bänder und Tapes möglich ist oder pro Mandant ein eigener individueller Schlüssel verwendet werden kann.

3.b Bibliotheksverwaltete Verschlüsselung (Library Managed Encryption LME):
Bei der bibliotheksverwalteten Verschlüsselung (LME) wird die gesamte Verwaltung der Schlüssel, mit Erstellung und Verteilung von der Library übernommen. Beziehungsweise sind dies meist Anwendungen außerhalb der Library, die aber direkt mit der Library kommunizieren. Also nicht im Datenstrom des Laufwerkes, sondern über die Administrations-Schnittstelle (LAN) der Library. Es gibt also einen Schlüssel pro Band und ein Wechsel des Schlüssels pro Backup-Job ist nicht möglich. Dafür ist die Encryption für die Anwendung oder den Server völlig transparent, er merkt nicht einmal, dass die Daten verschlüsselt werden. Die volle Performance des Laufwerkes ist möglich und auch Features wie Compression (es wird erst die Komprimierung und dann die Verschlüsslung durchgeführt).
Es wird also eine Schlüsselverwaltung benötigt und ein Verschlüsselungs-Client auf der Library. Meist geben die Library Hersteller eine Schlüsselverwaltung vor oder es kann ein Produkt aus einer Liste gewählt werden. Der Client (dies ist meist eine kostenpflichtige Option) fragt beim Einlegen des Bandes in ein Laufwerk (für das die Verschlüsselung aktiviert wurde) den Schlüsselserver nach dem entsprechenden Key. Nach der Authentifizierung der Library (bzw. des Laufwerkes) durch den Server wird der Key dem Laufwerk zur Verfügung gestellt. Das ganze Verfahren wird noch durch einen Sitzungsschlüssel geschützt. Der Key bleibt solange im Laufwerk, bis das Band ausgeworfen oder das Laufwerk ausgeschaltet wird. Ein insgesamt sehr sicheres Verfahren. Und es ist auch für NDMP nutzbar oder für Backup- oder Archiv-Software, die von sich aus nicht verschlüsseln kann.

DLT (Digital Linear Tape)

Die folgende Tabelle zeigt die Abhängigkeiten von eingesetztem Medium im jeweiligen Laufwerk hinsichtlich Kapazität und Transfergeschwindigkeit. Zum Beispiel erreicht ein DLT3-Medium in einem DLT7000-Laufwerk 1,5 MB/s und10 GB Kapazität.

Anmerkung: read-only

• bis 2:1 Kompression
• Entwicklung von DEC, hat Quantum gekauft
• DLT 1 von der Firma Benchmark gebaut
• gutes Preisleistungsverhältnis
• Metal Partikel Beschichtung
• 208 Spuren, keine Servo-Spuren
• Archivlösungen z.B. von Quantum

SuperDLT (Super Digital Linear Tape)

• bis 2:1 Kompression
• Lese-kompatibel mit DLT 4000, 7000, 8000 und DLTtape 1 durch zweiten Lesekopf im Laufwerk (nur SDLT220, 320 und 600)
• DLT-S4 Lese-kompatibel mit SDLT320 und SDLT600.
• MTBF von 250.000 Stunden
• Archivlösungen aller bekannten Hersteller
• SDLT 600 seit Anfang 2004 verfügbar
• DLT-S4 seit Anfang 2006 verfügbar

Sony AIT (Advanced Intelligent Tape)

• bis 2,6:1 Kompression
• Helical Scan Technik
• keine Servospuren
• komplexer Bandlaufpfad
• starker Medium-Kopf-Rollen-Kontakt
• Media Shelf Life ca. 4 Jahre
• weniger Bandabrieb
• Memory-Chip mit Inhaltsangabe im Medium
• schneller Bandwechsel möglich
• AIT-5: Schreib- und lesekompatibel mit AIT-3, AIT-3Ex und AIT-4

Sony SAIT (Super Advanced Intelligent Tape)

• bis 2,6:1 Kompression
• Helical Scan Technik
• Bandgehäuse mit einer Rolle
• weniger Bandabrieb
• 8 kB Memory-Chip mit Inhaltsangabe im Medium
• Verdoppelung der Kapazität 2004 geplant

Sony DTF

• bis 2,6:1 Kompression (IBM ALDC Compression)
• basiert auf Sony's Digital Betacom
• 1/2 inch Metall-Partikel-Band
• DTF-1 lesbar auf DTF-2 Laufwerken

DDS / 4mm DAT (Digital Audio Tape)

• DDS5 ab April 2003 (von HP angeboten)
• HP und Seagate entwickeln weiter, keine Weiterentwicklung von Sony
• Helical Scan Technologie
• häufig als internes Bandlaufwerk im Server
• sehr kostengünstig in der Anschaffung
• fehleranfällig bei Dauerbetrieb
• Kompatibilitätsprobleme zwischen den Laufwerken

Exabyte's VXA-Laufwerke

• bis 2:1 Kompression möglich
• Helical Scan Technologie
• Fehlerkorrektur per "Overscan Operation" möglich
• wirkt Start-Stop-Modus durch Geschwindigkeitsreduzierung entgegen
• Medientyp AME (Advanced Metal Evaporated)
• kostengünstige Lösung
• noch geringe Marktabdeckung
• Entwicklung von Ecrix, gekauft von Exabyte

Travan

• bis 2:1 Kompression möglich
• Lineare Technik / 2 Spul-Kassette (QIC)
• FastSense Feature zur Anpassung der Bandgeschwindigkeit
• nur Abwärts-Lesekompatibel
• bis zu 330.000 Betriebsstunden

Exabyte's 8mm Mammoth

• bis 2:1 Compaction möglich
• Helical Scan Technik
• rotierende Kopftrommel
• günstiges Preisleistungsverhältnis
• starker Bandabrieb

Tandberg SLR (Scalable Linear Recording)

• bis 2:1 Kompression möglich
• lineares Aufzeichnungsverfahren
• bis zu 192 Spuren auf dem Band

OnStream ADR

• bis 2:1 Kompression
• lineares Aufzeichnungsverfahren
• Kopf kann dem Band nachgeführt werden
• 8 Datenspuren mit ECC (Error Correction Code) über alle Spuren
• Anpassung der Bandgeschwindigkeit an die Transferrate
• 8 mm Bandformat
• als IDE- und SCSI-Laufwerke

Philips NCTP

• 20 GB ohne Kompression
• bis 3:1 Kompression möglich
• 10 MB/s Datentransfer
• ist schon lange am Markt
• niedriger Marktrestwert