NAS Eigenbau Teil 3: Hardware
Hast du dich für einen Softwareunterbau entschieden ist die Wahl der Hardwarekomponenten an der Reihe. NAS-Systeme (für den Privatgebrauch) sind nichts anderes als vollwertige Computer, auf denen ein Server läuft, der aus dem Heimnetz erreichbar ist. Aus diesem Grund unterscheidet sich die Zusammenstellung der Hardware nicht großartig von einem selbstgebauten Desktop PC. Lediglich die Ausführung der Komponenten weicht ab: So möchtest du vor dem Hintergrund eines Systems im Dauerbetrieb möglichst stromsparende Komponenten verwenden. Die Wahl der Hardwarekomponenten ist immer abhängig von den eigenen Vorstellungen und dem Einsatzgebiet.
Inhaltsverzeichnis
Kann ich alte Hardware nutzen?
Die Antwort ist: ja! Es ist auf jeden Fall möglich einen alten PC als Basis für ein NAS zu nutzen. Dabei musst du im Fall von Prozessor, Arbeitsspeicher und Netzteil in der Regel auch keine Angst vor einem zeitigen Ausfall haben. Hardware altert zwar, allerdings sind z. B. Prozessoren sehr robust und können problemlos viele Jahre betrieben werden (eine gute Kühlung vorausgesetzt). Nur Festplatten sollten regelmäßig gewechselt werden, da sie mechanisch abnutzen (HDD) oder die Schreibzyklen der Speicherzellen begrenzt sind (SSD).
Bei der Verwendung eines alten PCs solltest du jedoch den Stromverbrauch im Blick haben. Meistens ist neue Hardware stromsparender als Hardware die schon fünf oder zehn Jahre alt ist. Außerdem benötigen NAS-Systeme sehr wenig Leistung, weshalb leistungsärmere und damit stromsparende Komponenten eingesetzt werden sollten. Aus diesem Grund gehe ich im folgenden auf moderne passende Hardware ein, sodass jeder dieses System auch nachbauen kann.
Ziel
Das NAS soll im Arbeitszimmer stehen und 24 Stunden am Tag verfügbar sein. Mein Ziel ist daher ein möglichst stromsparendes und sehr leises NAS zu konfigurieren, das jedoch Leistungsreserven für weitere Serveranwendungen bietet.
Wo kaufe ich die Hardware?
Viele werden die Hardware bei Amazon suchen und kaufen. Davon bin ich jedoch kein Freund, da Amazon gerade bei Computerhardware häufig nicht die günstigsten Preise bietet. Im deutschsprachigen Raum bieten sich hier besser u. a. mindfactory und Alternate an. Und nein, dies ist keine gesponserte Werbung – ich habe jedoch gute Erfahrungen mit diesen Händlern gemacht. Die Lieferkosten bei mindfactory kannst du umgehen, indem du deine Bestellung zwischen 0 und 6 uhr morgens abschickst.
Das NAS-System
Ich gehe auf alle Komponenten, die für das NAS benötigt werden im einzelnen ein. Du kannst dich bei jeder Komponente auch für Alternativen entscheiden. Ich umreiße hier lediglich meine eigene Auswahl.
Mainboard+Prozessor
Als Mainboard-Prozessor Kombination bieten sich die SoC-Boards von ASRock an. Diese haben Intel-Prozessoren der J-Reihe verbaut und haben eine Thermal Design Power (TDP) von 10 Watt, was bereits sehr gut ist. Zum Vergleich: Die stromsparendsten Intel-Core-i-Desktop-Pozessoren aktueller oder älterer Generationen haben eine minimale TDP von 35 Watt. Im Notebooksegment liegt die TDP im Bereich von 10 bis 20 Watt.
Trotz der geringen Leistungsaufnahme haben die J-Prozessoren vier Kerne und können bei hoher Last auf einen Turboboost zurückgreifen. Außerdem ist ein passiver Prozessorkühler verbaut. Damit bildet dieses Mainboard die ideale Basis für ein leises System.
Es gibt dabei jedoch verschiedene Varianten des J-Prozessors. Die auf Pentium-Architektur beruhenden J5005 (2018) und J5040 (2020) sind laut verschiedener Tests etwa 10% leistungsfähiger als die auf Celeron-Architektur basierenden Chips J4105, J4125 und J4005. Allen Boards gemein ist die TDP von 10 Watt und dem integrierten Grafikchip sowie zwei Steckplätze für Arbeitsspeicher in der SO-DIMM Ausführung (Notebookspeicher). Die Preise liegen zwischen rund 70 und 120 Euro.
Achte bei der Auswahl auf die Anzahl der SATA-Anschlüsse. Die J4000er Reihe bietet je nach Ausführung 2 oder 4 SATA-Anschlüsse. 2 SATA-Anschlüsse werden bereits zu Beginn schon benötigt, da eine System- und eine Datenfestplatte angeschlossen werden sollen. Ich bevorzuge hier 4 Anschlüsse, da dies eine spätere Erweiterung des Systems um weitere Festplatten zulässt.
Des weiteren solltest du dir überlegen, welche externen Anschlüsse du benötigst und ob du das NAS auch als HTPC zur Wiedergabe von Filmen und Serien im Wohnzimmer einsetzen möchtest. In diesem Fall empfehle ich die J5000er Serie, da diese 4K-Material mit 60 Hz ausgeben können. Die J4000er Prozessoren schaffen 4K nur bei 30 Hz. Alle Versionen unterstützen jedoch die hardwarebeschleunigte Dekodierung des modernen H.265 Formats.
Die Bauform ist überwiegend miniATX. Einige Ausführungen der J4000er Serie sind jedoch microATX (siehe J4005). Davon abhängig ist die Wahl des Gehäuses. Achte daher bei der Wahl des Mainboards auf die Größe.
Meine Wahl
Ich entscheide mich für das Mainboard mit dem Intel J4105 Prozessor. Dieses bietet 4 SATA-Anschlüsse und ist deutlich günstiger als die minimal leistungsfähigeren Prozessoren der J5000-Reihe. Die Mehrleistung ist nicht notwendig.
Grafikkarte
Eine dedizierte, das heißt eigenständige Grafikkarte ist nicht empfehlenswert, da diese eine vergleichsweise hohe Stromaufnahme hat. Die J-Reihe von Intel bieten einen integrierten Grafikchip, der für ein NAS vollkommen ausreichend ist. Auch bei jeder anderen Prozessor-Mainboard Kombination sollte immer eine integrierte Grafikeinheit einer dedizierten Grafikkarte zugunsten der Leistungsaufnahme vorgezogen werden.
Arbeitsspeicher
Grundsätzlich gilt beim Arbeitsspeicher, dass weniger (bezogen auf die Leistung) hier mehr ist. Es ist kein schneller Gaming-Arbeitsspeicher notwendig, da das NAS davon nicht profitieren kann. Hier kommt es alleine auf die Größe des Arbeitsspeichers an. Und diese hängt von der verwendeten NAS-Software ab. Ich werde Openmediavault (OMV) einsetzen, da es sehr einsteigerfreundlich ist, was bereits mit 1 GB RAM zufrieden ist. Die Mindestanforderung von z B. TrueNas (ehem. FreeNAS) sind hingegen bereits 8 GB RAM. Schaue hier also auf die Anforderungen deiner eingesetzten Software. Ein NAS profitiert jedoch von mehr Arbeitsspeicher, weshalb hier durchaus 8 GB angebracht, je nach Einsatz auch 16 GB empfehlenswert sind. Offiziell unterstützt das gewählte Mainboard von ASRock nur 8 GB Arbeitsspeicher. Allerdings bestätigen viele Tests, dass auch 16 GB RAM problemlos auf den Boards funktionieren sollen. Zu beachten ist hier noch, dass DDR4-SO-Dimm RAM benötigt werden, also die Bauform für Notebooks.
Ich habe mich für 8 GB (2×4 GB) mit 2133 MHz entschieden, da dies für ein einfaches NAS mit OMV ausreichend ist. Die Speichergröße sollte ebenfalls ausreichen, wenn du dich entscheidest das NAS mit Nextcloud zu erweitern. Solltest du hingegen virtuelle Maschinen nutzen wollen, sind hier sicherlich mindestens 16 GB oder mehr Arbeitsspeicher erstrebenswert. 2133 MHz ist wiederum die niedrigste Taktung, die es für DDR4-Speicher gibt. Schnellerer Speicher mit höherer Taktung haben in einem NAS nichts zu suchen und bieten keine höhere Performance.
Alternative: ECC-Arbeitsspeicher
In vielen Foren zu NAS-Systemen wirst du immer wieder auf ECC-Arbeitsspeicher stoßen. ECC steht dabei für Error Correcting Code Memory. Es handelt sich um Arbeitsspeicher, der auf Hardwareebene sogenannte Bitflips erkennt und selbstständig korrigiert. Das beugt korrupten und nicht lesbaren Dateien vor. Meiner Meinung nach ist das im Privatbereich nicht unbedingt notwendig. ECC-Arbeitsspeicher ist teurer und benötigt entsprechende Mainboards, die diese Funktion unterstützen. Allerdings gibt es Enthusiasten, die auf diese Technik schwören. Ob sich das im Privatbereich wirklich lohnt, kann ich nicht wirklich beurteilen, wage ich allerdings stark zu bezweifeln.
Systemfestplatte
Openmediavault benötigt für die Installation einen eigenen Datenträger, da die Festplatte mit dem System nicht als Datenfestplatte genutzt werden kann. Die Systeminstallation benötigt dabei nicht viel Speicherplatz, daher reicht theoretisch bereits eine 40 GB Festplatte oder auch weniger. Für eine hohe Performance entscheide ich mich für den Einsatz einer SSD. Da das System dauerhaft läuft, sollte jedoch für eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit eine spezielle SSD für den Dauerbetrieb gewählt werden. Ich entscheide mich hierbei für eine SATA-Festplatte, da mein gewähltes Mainboard keinen M.2 Anschluss hat. Wenn dein Mainboard über einen M.2-Anschluss verfügt kannst du selbstverständlich auch eine M.2-SSD einbauen, um so einen SATA-Anschluss einzusparen. Gegenwärtig sind die M.2-Festplatten jedoch auch noch teurer als die SATA-Varianten.
Western Digital bietet mit der Red Serie NAS SSDs. Die aktuell wohl zuverlässigste SSD-Festplatte ist die Samsung 860 Pro, da Samsung hier 5 Jahre Garantie bietet. Für die 500 GB Variante gibt Samsung hier einen TBW (Terabytes Written) Wert von 600 GB an, während die 500 GB Version von Western Digital lediglich mit 350 GB angegeben wird. Die Samsung Festplatte hat zumindest auf dem Datenblatt die Nase vorne. In der Praxis halten SSDs in der Regel sehr viel länger durch als die TBW vorgibt. Beide Festplatten sind daher geeignet für ein privates NAS-System.
Die Samsungfestplatte kostet in der kleinsten Ausführung (256 GB) mit etwa 75 Euro genauso viel wie die kleinste Fassung der WD Red (500 GB). Das Preis pro Terabyte Verhältnis ist daher bei der WD Red wesentlich besser, allerdings ist der höhere Speicherplatz im NAS nicht wirklich nutzbar. Ich habe mich für die Samsung 860 Pro entschieden.
Alternative: USB-Stick
Statt einer Festplatte ist es auch möglich einen USB-Stick zu nutzen und so den SATA-Anschluss auf dem Mainboard einzusparen. Dabei solltest du jedoch auf einen langlebigen USB-Stick setzen, der viele Schreibzyklen aushält. Diese sind meistens auch nicht billiger als eine Festplatte. Herkömmliche USB-Sticks sind nicht für hohe Lasten ausgelegt und fallen dabei schnell aus. Ich bin jedoch ein Freund einer integrierten Festplatte, da ich dies als stabileres System empfinde. USB-Sticks können auch schnell sehr heiß werden, weshalb ich diese Lösung nicht praktikabel finde.
Netzteil
Das NAS benötigt kein starkes Netzteil. Die kleinsten ATX-Netzteile mit 300 Watt sind bereits überdimensioniert. Als Faustregel gilt, dass Netzteile bei einer Last von 50% bis 80% die höchste Effizienz haben und der Wirkungsgrad in diesem Bereich am höchsten ist. Einige Gehäuse unterstützen SFX-Netzteile, die ab etwa 200 Watt zu kaufen sind, bei denen es jedoch keine große Auswahl gibt. Viele billige Netzteile sind häufig nicht ausfallsicher und bieten keine Schutzschaltungen, sodass sie im schlimmsten Fall das System zerstören können. Aus diesem Grund habe ich mich für das Markennetzteil Be Quiet! Pure Power 11 mit 300 Watt entschieden. Dieses ist mit 40 Euro recht günstig. Das Netzteil ist mit 80+ Bronze zertifiziert. Die Be Quiet! Netzteile sind außerdem sehr leise, was meinem Ziel eines leisen Systems sehr entgegen kommt.
Alternativ kannst du eine PicoPSU verwenden. Dabei nutzt du eine Spannungswandlerplatine als ATX-Stecker, die du direkt auf das Mainboards steckst in Kombination mit einem Notebookladegerät. Der Vorteil ist die höhere Effizienz, da es die Netzteile in Ausführungen zwischen 60 und 180 Watt gibt. Nachteilig ist hingegen, dass das Netzteil außerhalb des Gehäuses sitzt und du das Stromkabel von außen in das Gehäuse führen musst. Dafür gibt es jedoch häufig keine Löcher im Gehäuse. Außerdem bietet die PicoPSU meistens nur einen SATA-Stromanschluss, sodass du diesen mit Y-Adaptern für mehrere Festplatten erweitern musst. Achte beim Kauf des Netzteils auf die passende Spannung für die PicoPSU.
Da mir die PicoPSU zu viel Bastelei ist, habe ich mich für die ATX-Variante entschieden. Außerdem möchte ich das Netzteil im Gehäuse integriert haben und keine losen Kabel ins Gehäuse führen müssen.
Gehäuse
Das Gehäuse ist wohl Geschmackssache. Achten solltest du darauf, dass es sowohl den Mainboard Formfaktor als auch die Größe des Netzteils unterstützt. Außerdem musst du darauf achten, wie viele Festplatten das Gehäuse aufnehmen kann. In meinem Fall muss es eine 2,5 Zoll SSD als auch eine 3,5 Zoll Datenfestplatte aufnehmen. Solltest du in Zukunft die Möglichkeit haben wollen, weitere Festplatten einzubauen, musst du dies bei der Gehäusewahl berücksichtigen. Die Anzahl der Festplatten hängt auch vom gewünschten RAID-Level ab. Die nachfolgende Tabelle zeigt, wie viele Festplatten für die verbreitetsten RAID-Level mindestens benötigt werden.
| RAID-Level | Anzahl Festplatten |
|---|---|
| 0 | 2 |
| 1 | 2 |
| 5 | 3 |
| 6 | 4 |
Ich habe mich für das Sharkoon QB One Würfelgehäuse entschieden, mit dem ich sehr zufrieden bin. Es nimmt ein ATX-Netzteil auf, hat einen passablen 120mm-Gehäuselüfter vorinstalliert, 2x USB 3.0 und 2x USB 2.0 sowie je einen Audio- und Mikrofonanschluss an der Front. Einen weiteren 120mm-Lüfter kannst du an der Gehäusedecke installieren. Das Gehäuse fasst Maximal zwei 3,5 Zoll Festplatten und eine 2,5 Zoll Festplatte. Alternativ kannst du auch drei 2,5 Zoll Festplatten installieren. In Summe kann es also maximal drei Festplatten aufnehmen. Alternativ kann eine 2,5 Festplatte durch einen 80mm Lüfter ersetzt werden. Beim Zusammenbau der Hardware ist es außerdem vorteilhaft, dass alle vier Seitenblenden des Gehäuses durch das Lösen von Handschrauben demontiert werden können. Das erleichtert die Montage.
Gehäuselüfter
Der vorinstallierte Gehäuselüfter ist zwar nicht laut, allerdings bevorzuge ich einen wirklich leisen Lüfter. Daher ersetze ich den Lüfter von Sharkoon durch einen 120mm Silent Wings von be quiet!. Zu beachten ist dabei, dass mein ausgewähltes Mainboard kein 4-Pin PWM unterstützt. Das Mainboard hat lediglich zwei 3-Pin-Lüfteranschlüsse Daher kannst du den Lüfter ohne PWM wählen. Solltest du noch einen geeigneten PWM-Lüfter vorrätig haben, kannst du diesen trotzdem verwenden, da 4-Pin PWM-Lüfter auch an 3-Pin-Anschlüssen genutzt werden können.
Zusammenfassung System
In der nachfolgenden Tabelle siehst du meine Auswahl nochmal übersichtlich dargestellt. Das gesamte System kostet also in etwa 300 Euro. Natürlich fehlt noch die teuerste Komponente, nämlich die Festplatten, auf denen die Daten später gespeichert werden. Doch an dieser Stelle kannst du die Kosten mit denen eines Fertig-NAS vergleichen, da du meistens die Festplatten noch extra dazukaufen musst. Die meisten Fertig-NAS bieten zu diesem Preis einen schlechteren Prozessor und weniger Arbeitsspeicher. Außerdem hast du die freie Wahl bei den Gehäusen. Stangen-NAS muss ich jedoch zu Gute halten, dass die Gehäuse wesentlich platzsparender sind. Das kann ein Universal PC Gehäuse natürlich nicht bieten.
| Komponente | Auswahl | Ca. Preis |
|---|---|---|
| Mainboard + Prozessor | ASRock J4105-ITX SoC So.BGA Dual Channel DDR Mini-ITX Retail | 88 Euro |
| Arbeitsspeicher | 8GB Corsair ValueSelect DDR4-2133 SO-DIMM CL15 Dual Kit | 36 Euro |
| Netzteil | 300 Watt be quiet! Pure Power 11 Non-Modular 80+ Bronze | 41 Euro |
| Systemfestplatte | 256GB Samsung 860 Pro 2.5″ (6.4cm) SATA 6Gb/s 3D MLC NAND | 74 Euro |
| Gehäuse | Sharkoon QB One Wuerfel ohne Netzteil schwarz | 40 Euro |
| Gehäuselüfter | be quiet! Silent Wings 3 120x120x25mm 1450 U/min schwarz | 16 Euro |
| Summe | 295 Euro |
Datenfestplatten
Die zentralste Komponente in einem NAS sind die Datenfestplatten. Auch hierbei solltest du auf spezielle NAS-Festplatten setzen, da das System in der Regel dauerhaft läuft. Im Wesentlichen gibt es hier nur die Wahl zwischen den Seagate Ironwolf und den Western Digital Red Festplatten. Beide sind leitungsmäßig gleichwertig und auch in den Kosten gibt es keine großen Differenzen.
Die Anzahl und die Größe der Festplatten richtet sich nach den eigenen Bedürfnissen. Jeder hat andere Datenmengen, die er ablegen möchte. Daher gibt es hier keine Pauschalempfehlung. Je nach RAID-Level benötigst du aber eine bestimmte Anzahl an Festplatten. Du solltest dir außerdem bereits jetzt überlegen wie deine Backup-Strategie aussieht sofern du Backups von deinem NAS machen möchtest. Denn auch wenn du ein RAID 1 oder 5 einsetzt, bietet dies keine Datensicherheit sondern nur eine Ausfallsicherheit. Eine Datensicherheit erhältst du erst mit expliziten Backups.
Ich selbst möchte kein RAID nutzen, daher setze ich auf eine einzelne 8 TB WD Red Plus. Als Backupspeicher entscheide ich mich für eine externe 8 TB WD Elements mit USB 3.0. Dies hat den Vorteil, dass die Festplatte bei einem Systemausfall schneller an einem anderen System angesteckt werden kann und die Daten schnell wieder verfügbar sind. Die WD Elements hat jedoch den Nachteil, dass sie im Vergleich zur internen Festplatte recht laut ist (wie ich leider feststellen musste). Da sie sich jedoch überwiegend im Standby-Modus befindet, ist das ein vernachlässigbarer Nachteil.
Mit den beiden Festplatten komme ich dann auf einen Gesamtpreis von rund 640 Euro. Solltest du kleinere Festplatten benutzen, sparst du hier natürlich schnell über 100 Euro ein. Du kannst auch zunächst mit nur einer Festplatte beginnen und eine weitere (z. B. für Backups) später ergänzen.
| Komponente | Auswahl | Ca. Preis |
|---|---|---|
| System | Komplettsystem siehe Tabelle oben | 295 Euro |
| Datenfestplatte | 8000GB WD Red Plus WD80EFAX 256MB 3.5″ (8.9cm) SATA 6Gb/s | 199 Euro |
| Backupfestplatte | 8 TB WD Elements 3,5 Zoll, USB 3.0 | 145 Euro |
| Summe | 639 Euro |
Hast du die Hardware zusammengestellt, geht es an den Aufbau. Diesen erläutere ich an dieser Stelle jedoch nicht, da er wie bei jedem PC funktioniert. Einen Vorteil hat das NAS im Zusammenbau jedoch: Die CPU ist bereits mit Passivkühler vormontiert, wodurch dieser Schritt beim Zusammenbau entfällt.
Alternative Systeme
Die vorgestellten Komponenten bieten einen guten Kompromiss zwischen ausreichend Leistung und Energieverbrauch. Der Prozessor bietet ausreichend Leistung für viele parallele Serveranwendungen und bei Bedarf kann mehr Arbeitsspeicher eingesetzt werden. Das Gehäuse bietet außerdem Platz für eine weitere Datenfestplatte, was für meine Anwendung zunächst ausreichend ist. Nachfolgend stelle ich kurz zwei Alternativen vor: Die kostengünstigere und energiesparendere Variante auf Basis eines Raspberry Pi und eine Alternative für Anwender, die mehr Leistung benötigen.
Weniger Leistung
Das neuste Raspberry Pi Modell (Raspberry Pi 4 Model B) eignet sich durchaus für ein NAS-System. Es bietet vollwertiges 1 GBit-LAN, 2x USB 3.0 und bis zu 8 GB Arbeitsspeicher. Darüber hinaus hat der Pi eine geringere Stromaufnahme als das selbstgebaute NAS aus Desktopkomponenten. Der Pi 4B verbraucht unter Last etwa 7 bis 8 Watt Leistung aus der Steckdose (die Leistungsaufnahme der Datenfestplatten nicht mitgerechnet), im Leerlaufbetrieb jedoch deutlich weniger. Der Pi sollte dabei genug Leistung für ein vollwertiges NAS bieten und ist die preisgünstigere Alternative. Außerdem ist er kompakter, wodurch das System weniger Platz benötigt. Achte darauf, dass du die Variante mit wenigstens 4 GB verwendest, da die Performance eines NAS vor allem vom Arbeitsspeicher abhängt. Wenn du dich für diese Lösung entscheidest, kannst du hier nachlesen, welche Komponenten zusätzlich auf deine Einkaufsliste gehören.
Für die Datenspeicherung kommen an dieser Stelle externe Festplatten mit USB 3.0 in Frage. Achte im Fall von 2,5-Zoll Festplatten darauf, dass jede Festplatte eine eigene Stromversorgung hat, da die Leistung des Pi-Netzteils nicht ausreicht. Dies erreichst du über einen aktiven USB-Hub. Alternativ kannst du auch die SATA-Erweiterung für den Pi kaufen und so dedizierte NAS-Festplatten verwenden.
Bedenke, dass du aufgrund des maximalen Arbeitsspeichers von 8 GB TrueNAS nur bedingt einsetzen kannst. Ich empfehle hier Openmediavault einzusetzen.
Mehr Leistung
Sollten dir die vorgestellten Prozessoren zu wenig Leistung bieten, da du deinen Server viele Aufgaben parallel erledigen lassen willst und viele virtuelle Maschinen/Docker/Jails nutzt, dann kannst du auf herkömmliche aktiv gekühlte Desktop-Prozessoren zurückgreifen. Wenn du statt OMV lieber TrueNAS einsetzen möchtest und mehrere Jails nutzen wirst, solltest du hier auf einen leistungsfähigeren Prozessor als meinen setzen. Hier bieten sich die AMD-Athlon-Prozessoren oder ein Intel Pentium-G Prozessor je mit integriertem Grafikchip an. Beachte jedoch, dass diese wiederum eine mit 35 W TDP höhere Leistungsaufnahme haben. Für noch mehr Leistung bei vergleichsweise geringer Stromaufnahme kannst du dich bei den AMD Ryzen 3 Prozessoren umschauen, die ebenfalls eine integrierte Grafikeinheit und gutes Preis-Leistungsverhältnis bieten. Hierbei musst du dann wahrscheinlich mehr Geld für Mainboard und Prozessor einplanen als bei den Intel J-Prozessoren.
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