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29.09.2005

Komplettpaket für SAN-Einsteiger

Christoph Lange
Preisgünstige SAN-Starter-Kits sollen die Fibre-Channel-Technik auch kleineren Unternehmen schmackhaft machen. Die COMPUTERWOCHE testete die Speicherlösungen von Hewlett-Packard und Hitachi Data Systems.

Speichernetze auf Basis des Fibre-Channel-Protokolls (FC) galten bislang aufgrund der hohen Anfangsinvestitionen für kleinere und mittlere Unternehmen als unerschwinglich. Die Storage-Hersteller ziehen inzwischen die Konsequenzen und versuchen, diese Klientel mit besonders günstigen SAN-Starter-Kits zu ködern. Für Einstiegspreise ab etwa 15 000 Euro bekommen Unternehmen ein komplettes FC-SAN (Storage Area Network). Die Pakete enthalten neben dem SATA-Disk-Subsystem einen FC-Switch, zwei FC-HBAs (Host-Bus-Adapter) für die Server-Anbindung sowie die benötigten Glasfaserkabel. So können auch Firmen mit begrenzten IT-Budgets leistungsfähige FC-SANs aufbauen.

Fazit

• Beide SAN-Starter-Pakete lassen sich zügig installieren und in Betrieb nehmen. Im Test waren beide Lösungen nach nicht einmal vier Stunden komplett aufgebaut, so dass der Administrator mit der Bereitstellung der Festplattenressourcen beginnen konnte.

• In Sachen Performance reichen die SATA-Systeme zwar nicht an das Niveau von FC-Arrays heran. In puncto Hochverfügbarkeit lassen sich aber durchaus ausfallsichere Lösungen konfigurieren.

• Bei der Skalierbarkeit der Speicherkapazität hat HP mit der MSA 1500 die Nase vorn, da sich mehr SATA-Erweiterungseinheiten anschließen lassen als an die 9520V von HDS. Zudem kann der Administrator SATA- und SCSI-Gehäuse in einem System beliebig mischen.

• Die HDS-Lösung bietet dagegen durch die V-Port-Funktionalität eine höhere Flexibilität bei der Host-Anbindung und ermöglicht die Wahl zwischen Active/Passive- und Active/Active-Betrieb.

• Die Performance-Tests zeigen ein relativ ausgeglichenes Bild, bei dem beide Systeme in Abhängigkeit von der Paketgröße und Zugriffsart ihre Stärken und Schwächen haben.

• Unternehmen erhalten mit beiden SAN-Starter-Kits eine skalierbare Speicherlösung zu einem vergleichsweise günstigen Einstiegspreis. Bei der Kalkulation der Gesamtkosten ist allerdings zu berücksichtigen, dass für verschiedene Funktionen wie Multipath-Management, Block-Level-Snapshots oder Datenreplikation zusätzliche Lizenzkosten anfallen.

Pro und Kontra HDS Thunder 9520V

V-Port-Funktionalität erlaubt eine flexible Nutzung der Speicherressourcen durch Hosts;

Basisgehäuse mit FC-Platten liefert hohe Durchsatzraten;

sowohl Passive/Active- als auch Active/Active-Betrieb möglich.

Umschaltung auf Ersatzpfad bei Link-Ausfall dauert relativ lang;

Raid-Gruppen lassen sich nur am Stück in einer Richtung konfigurieren.

Pro und Kontra HP MSA 1500

schnelle Umschaltung auf Ersatzpfad bei Link-Ausfall;

gute Skalierbarkeit auf bis zu 24 TB (mit 250 GB SATA-Disks);

hohe Flexibilität durch Mischbetrieb von SATA- und SCSI-Gehäusen.

Multipath-Tool zeigt Pfade immer nur für eine LUN an;

bislang kein Active/Active-Betrieb möglich (geplant für Ende 2005).

Testumgebung

Für den Test der SAN-Lösungen wurde jedes Speichersystem über zwei FC-Switches mit dem Test-Server, einem Dell Poweredge 1600 SC, verbunden. Vor der Installation der zwei Host-Bus-Adapter (HBA) und der Management-Software wurde auf dem Test-Server jeweils dasselbe Basisimage eingespielt, so dass beide Kandidaten dieselben Bedingungen vorfanden.

Mehr zum Thema

www.computerwoche.de/go/

*76357: Vergleichstest Storage-Gateways;

*74241: SAN vor Attacken geschützt;

*74207: verteilte Dateisysteme für Speichernetze;

*67753: virtuelle Speicherkonzepte im Vergleich.

Die Kandidaten

Zwei solcher SAN-Einstiegspakete hat die Computerwoche verglichen: "Storageworks MSA 1500" von Hewlett-Packard (HP) und "Thunder 9520V" von Hitachi Data Systems (HDS). Der Schwerpunkt der Tests lag zum einen darauf, wie hoch der Aufwand für die Installation und die Verwaltung dieser Speicherlösungen ist. Ferner wurde geprüft, wie die Systeme in einer Hochverfügbarkeitskonfiguration auf einen Pfadausfall reagieren. Den Abschluss bildeten Performance-Messungen mit dem Test-Tool "Iometer".

Das für 12 670 Euro erhältliche SAN-Starter-Kit MSA 1500 von HP umfasst neben einer einfach bestückten Controller-Einheit und dem SATA-Gehäuse auch den Acht-Port-FC-Switch "HP Storageworks SAN Swich 2/8v" mit vier Port-Modulen (SFP), zwei HBAs und drei Glasfaserkabeln. Die hier getestete High-Availability-Version mit zweitem Raid-Controller, zwei FC-Switches, vier HBAs, sechs Glasfaserkabeln, sechs 250-GB-SATA-Festplatten (1,5 TB Rohkapazität) und HPs "Secure-Path"-Software für Windows kostet rund 26 000 Euro (Listenpreis).

Hochverfügbare Versionen

Die HDS-Lösung ist ebenfalls als einfache und als redundante Konfiguration mit zwei Controllern und zwei FC-Switches erhältlich. Auch hier wurde die hochverfügbar ausgelegte Version getestet. Sie umfasst das FC-Basis-Array mit zwei Controllern, ein SATA-Erweiterungsgehäuse, zwei FC-Switches von Brocade, vier Glasfaserkabel und vier HBAs. Preise für dieses System sind nur auf Anfrage von HDS beziehungsweise von Distributoren wie Maxdata erhältlich.

Das HP-System besteht aus einem Festplattengehäuse für bis zu zwölf SATA- oder SCSI-Disks und einer separaten Raid-Controller-Einheit mit einem oder zwei Controllern. Die redundante Konfiguration arbeitet bislang ausschließlich im Active/Passive-Modus, das heißt, ein Controller ist im Normalbetrieb passiv und springt erst dann ein, wenn der aktive ausfällt. Etwa ab Ende des Jahres soll laut HP eine neue Version erhältlich sein, die Active/ Active-fähig ist. Die Controller verfügen über einen maximal 512 MB großen batteriegepufferten Cache. Mit der angekündigten Active/Active-Version lässt sich dann pro System bis zu 1 GB Cache nutzen. Die beiden Controller des Testsystems waren mit je 256 MB Cache ausgestattet.

Das Einstiegsmodell mit einem Controller ist mit einem Zwei-Port-SCSI-Modul bestückt. Dabei handelt es sich um einen gesplitteten SCSI-Bus, damit sich zwei SATA-Einheiten anschließen lassen. Die Verbindung mit dem SAN erfolgt über ein Ein-Port-FC-Modul. Alle Gehäuse sind standardmäßig mit redundanten Netzteilen ausgerüstet.

Die Umrüstung auf einen zweiten Controller lässt sich im laufenden Betrieb vornehmen. HP bietet hierfür ein spezielles Hochverfügbarkeits-Kit an, das neben dem Controller einen zweiten FC-Switch, zwei weitere HBAs und die Glasfaserkabel umfasst. Auch Festplatten und Gehäuse kann der Administrator ohne Unterbrechung hinzufügen. Raid-Sets und LUNs (Logical Unit Numbers) lassen sich ebenfalls online vergrößern.

Ein Controller-Gehäuse kann maximal vier SCSI-Module und zwei FC-Module aufnehmen. Dabei ist es möglich, an denselben Controller sowohl SATA- als auch SCSI-Einheiten in beliebigen Kombinationen anzuschließen. Im reinen SCSI-Betrieb lassen sich bis zu vier Gehäuse ansteuern. Mit SATA sind es bis zu acht mit insgesamt 96 Festplatten, die eine Speicherkapazität von 24 TB bereitstellen (mit 250-GB-Disks). Die Gehäuse werden über Ultra-3-SCSI-Verbindungen mit einer Bandbreite von 160 MB/s gekoppelt. Im SATA-Gehäuse ist ein MSA20-Controller integriert, der die SATA-Drives auf den SCSI-Bus umsetzt. In Kürze will HP mit der MSA 1510i auch ein reines iSCSI-System anbieten. HP liefert das Speichersystem mit Werkzeugen für die Festplattenverwaltung aus und legt dem Kit verschiedene Demoversionen bei, die gesondert in Lizenz zu nehmen sind. Darunter sind Tools für die Datenreplikation und für die tägliche Datensicherung.

Einfache Installation

Bevor das Speichersystem mit dem Server über das FC-SAN verbunden wird, sind zunächst die zwei Host-Bus-Adapter Qlogic-HBA QLA 2312A einzubauen. Auch die Installation des HP Array Configuration Utility (ACU) und der Multipath-Software erfolgt vor der Zusammenschaltung der Systeme. HP bietet zum einen Secure Path an, das für Windows pro Server knapp 2000 Euro kostet. Alternativ lässt sich auch die MPIO-Lösung (Multi-Path IO) von Microsoft verwenden, für die HP ein Plug-in bereitstellt. Im Test kam Secure Path zum Einsatz, da diese Lösung von HP empfohlen wird. Die Software integriert sich in die Web-Oberfläche des Insight Managers. Alternativ lässt sich das Tool auch über die lokale Server-IP-Adresse starten.

Nach diesen Vorarbeiten wurden der Test-Server und das MSA-1500-System über die beiden FC-Switches miteinander verbunden. Dabei kommunizierte jeweils ein HBA mit einem Controller. Nun ging es daran, auf dem Speichersystem die logischen Laufwerke einzurichten. Das MSA-1500-Array lässt sich mit Hilfe des ACU-Tools vom Server aus inband über die FC-Verbindung verwalten.

Performance-Test mit Raid 5

Für den Test wurde zunächst ein logisches SATA-Array mit fünf Laufwerken und einem Global-Hot-Spare-Drive gebildet. Damit ließen sich Raid-Sets als logische Laufwerke konfigurieren. Für den Performance-Test wurde ein 200 GB großes Raid-5-Volume erstellt. Der Administrator kann auch ADG (Advanced Disk Guard) wählen. Dabei handelt es sich um ein Raid 5 mit doppelter Parity, das heißt, es können zwei Platten gleichzeitig ausfallen, ohne dass Daten verloren gehen. Der Aufbau und die Konfiguration der gesamten SAN-Umgebung dauerte dreieinhalb Stunden.

Um sicherzustellen, dass nur die gewünschten Server auf die logischen Laufwerke zugreifen können, lässt sich im ACU die so genannte Selective Storage Presentation (SSP) aktivieren. Durch dieses Controller-basierende LUN-Masking weist der Administrator dem Server die gewünschten Laufwerke einzeln zu und gibt das jeweilige Betriebssystem an.

Die Speicherkapazität eines SATA-Arrays ist im laufenden Betrieb erweiterbar, indem der Administrator neue Festplatten hinzufügt. Auch die logischen Raid-Volumes lassen sich online vergrößern, solange das Array noch über freie Speicherkapazitäten verfügt. Mit Hilfe des ACU kann der Administrator zudem den Raid-Level ändern, wobei die Migration zwischen Raid 5, ADG, Raid 1 und Raid 0 in allen Richtungen möglich ist (für Raid 1 ist eine gerade Disk-Anzahl erforderlich).

Im Testbetrieb klappte die Erweiterung eines Volumes reibungslos. Der Administrator gibt einfach die neue Größe ein. Nachdem der Controller die Änderung veranlasst hatte, ließ sich das Filesystem auf dem Server an die neue Größe anpassen. Auch die Änderung des Raid-Levels von 5 auf 0 und das Hinzufügen einer Platte zum Basis-Array verlief ohne Probleme. Volumes oder Arrays zu verkleinern ist mit dem MSA-1500-System dagegen nicht möglich.

Schnelle Umschaltung

Den Failover bei einem Link-Ausfall steuert HPs Multipathing-Software Secure Path. Sobald der aktive Pfad nicht mehr richtig funktioniert, schaltet das Tool automatisch auf den zweiten Controller und den Ersatzpfad. Um die Failover-Funktion zu testen, wurde das Kabel vom aktiven Controller während eines Windows-Explorer- und Robocopy-Kopiervorgangs abgezogen. Beide Jobs liefen nach einer kurzen Unterbrechung von ein bis zwei Sekunden weiter. Die grafische Oberfläche von Secure Path zeigte nach etwa zehn Sekunden an, dass der Link zum aktiven Controller ausgefallen ist.

Der automatische Failback ist standardmäßig deaktiviert. Im Test wurde die Auto-Failback-Funktion aktiviert, allerdings ohne Erfolg. Nachdem die unterbrochene Verbindung wiederhergestellt worden war, wurden die Daten trotzdem nach wie vor über den ursprünglich passiven Controller übertragen.

Störmeldungen per E-Mail

Für das Monitoring der SAN-Verbindungen wäre es wünschenswert, dass die grafische Oberfläche von Secure Path die Pfade nicht nur für jeweils eine LUN anzeigt, sondern alle LUNs auf einen Blick darstellen könnte. Hilfreich ist die Funktion von Secure Path, bei Fehlermeldungen per E-Mail zu verschicken. Auch SNMP wird unterstützt.

Die SAN-Einsteigerlösung 9520V von Hitachi Data Systems setzt sich ebenfalls aus zwei Rack-Einschüben zusammen. Die Basiseinheit ist mit ein oder zwei Storage-Controllern sowie FC-Festplatten ausgestattet und entspricht damit weitgehend dem FC-Array 9530V. Das Basissystem lässt sich über Kupfer-FC-Kabel (2 Gbit/s HSSDC) mit bis zu drei SATA-Gehäusen verbinden. Alle Komponenten verfügen über redundante Netzteile.

Die Verwaltungssoftware der 9520V behandelt die bis zu 14 FC-Festplatten wie SATA-Disks, weshalb das Gesamtsystem als SATA-Lösung zu betrachten ist. Ein SATA-Gehäuse nimmt bis zu 15 Platten auf, womit bei einem FC-Basismodul und drei SATA-Erweiterungseinheiten eine maximale Brutto-Speicherkapazität von 13,3 TB erreicht wird (146-GB-FC-Disks, 250-GB-SATA-Disks). Jeder SATA-Einschub enthält zwei SENC (SATA-Enclosure), um die FC-Befehle in SATA-Kommandos umzusetzen. Für die Server-Anbindung via SAN stehen pro Controller zwei FC-Ports (1 bis 2 Gbit/s) zur Verfügung. Die Controller unterstützen sowohl den Active/Active- als auch den Active/ Passive-Betrieb und können bis zu 2 GB Cache-Speicher aufnehmen. Fortsetzung auf Seite 30

Das Testgerät war mit der maximalen Ausbaustufe bestückt. Der Cache ist batteriegepuffert und wird gespiegelt. Die SATA-Gehäuse lassen sich im laufenden Betrieb hinzufügen. Der Austausch eines Controllers und die Aktualisierung des Mikrocodes sind ebenfalls ohne Unterbrechung möglich.

Die SAN-Starter-Lösung wird mit der Software "Resource Manager" (auch Disk Array Management Program genannt) geliefert. Sie stellt die grundlegenden Tools für die Verwaltung des Speichersystems bereit. Hierzu zählen LUN-Management, LUN Size Expansion (Luse), Cache-Management sowie die V-Port-Funktion. Damit ist es möglich, an einen FC-Controller-Port Server mit unterschiedlichen Betriebssystemen anzuschließen. Der Administrator kann dabei jedem V-Port individuelle LUNs zuordnen. Für Anwendungen mit sehr hohen Performance-Anforderungen wie zum Beispiel Index-Dateien von Datenbanken ist es auch möglich, eine LUN zu konfigurieren, die vollständig im Cache liegt.

Gegen Aufpreis sind zusätzliche Funktionen wie Mount-fähige Block-Level-Snapshots oder Volume-Kopien mit Shadow Image. Der Hi-Command Device Manager erlaubt die zentrale Verwaltung unterschiedlicher HDS-Systeme. Spezielle Gerätetreiber für Microsoft MPIO bietet HDS bislang nicht an. Auch über Pläne für einen iSCSI-Support in der 9520V ist noch nichts bekannt.

Der Aufbau eines SAN erfolgt mit dem 9520V-System ähnlich wie bei HP. Zunächst wurden im Test-Server die beiden HBAs eingebaut und die Treiber installiert. Für die Erstkonfiguration des Speichersystems kam ein Notebook zum Einsatz, das per Cross-Connect-Kabel direkt mit den Controllern verbunden wurde, um auf die Browser-Oberfläche zuzugreifen. Die Verwaltung der 9520V erfolgt vollständig out of Band über das LAN. Beide Controller erhielten IP-Adressen aus dem Test-LAN, wodurch sie sich vom Test-Server aus über das IP-Netzwerk administrieren ließen.

Für die Installation der beiden FC-Switches Brocade Silkworm 3250 liefert HDS eine spezielle Setup-CD mit. Sie führt den Administrator mit Hilfe eines grafischen Wizards Schritt für Schritt durch die SAN-Konfiguration. Das Tool fand die Brocade-Switches auf Anhieb und erkannte alle vorhandenen FC-Verbindungen.

Um die Festplatten der 9520V zu verwalten und vom Server aus über zwei Pfade auf das Speichersystem zuzugreifen, mussten auf dem Test-Server noch der HDS Resource Manager und das Multipath-Tool "Hitachi Dynamic Link Manager" (HDLM) installiert werden. Anschließend wurde sowohl auf dem SATA-Array als auch in der FC-Basiseinheit jeweils ein Raid 5 aus fünf Festplatten mit einem Global-Hot-Spare-Drive eingerichtet. Neben Raid 5 sind auch die Levels 1 und 10 möglich. Raid 0 (Striping ohne Ausfallschutz) wird nicht unterstützt. Bei der Auswahl der Platten für eine Raid-Gruppe ist zu beachten, dass sie immer von links nach rechts und am Stück gewählt werden müssen.

Umgang mit LUNs

Anschließend wurde in beiden Raid-Gruppen eine LUN mit 200 GB angelegt und formatiert. Damit der Server eine LUN sehen kann, ist die so genannte Host Port Security zu konfigurieren. Sie sorgt anhand von WWN-Einträgen (World Wide Name) dafür, dass nur diejenigen Server-HBAs die LUN sehen können, die explizit autorisiert wurden. Zudem muss für jeden Pfad das LUN-Mapping konfiguriert werden. Eine Verkleinerung von einmal angelegten LUNs und Raid-Gruppen ist nicht möglich. Nachdem die WWNs der beiden Server-HBAs zu den Controller-Ports hinzugefügt und das LUN-Mapping für jeden Pfad eingerichtet worden war, konnte der Windows-2003-Test-Server auf die neuen Disks zugreifen.

Ein einmal angelegtes Raid-Set lässt sich bei der 9520V zwar nicht vergrößern. Die Erweiterung des Plattenplatzes ist aber möglich durch die LUN Size Expansion (LUSE). Sie vergrößert einen Raid-Verbund auf der logischen Ebene, indem sie eine neue LUN mit freiem Plattenplatz von einer anderen Raid-Gruppe hinzufügt. Dabei darf es sich sogar um einen anderen Raid-Level und eine andere Plattenanzahl handeln. Im Test wurde eine 10-GB-LUN um weitere 10 GB erweitert, was problemlos funktionierte.

Failover-Test der FC-Links

Das Multipathing-Verhalten der 9520V richtet sich danach, welchem Controller eine LUN zugewiesen ist. Vom "Owner" einer LUN hängt auch die Lastverteilung ab, denn dieser Pfad wird bevorzugt behandelt. Wenn das System im Active/Passive-Modus arbeitet, laufen alle Daten über den Owner-Pfad. Der Ersatzpfad wird erst dann aktiviert, wenn der primäre Link ausfällt. Ist ein Server über beide HBAs mit demselben Controller verbunden, findet dagegen ein Load Balancing zwischen beiden Pfaden statt.

Für den Test wurde das System so konfiguriert, dass die zwei Server-HBAs mit unterschiedlichen Controllern kommunizierten. Dadurch lief die 9520V ebenso wie die MSA 1500 im Active/Passive-Modus und übertrug die Daten immer nur über den aktiven Pfad. Der Failover funktionierte zuverlässig, wenn ein Kabel abgezogen wurde, dauerte aber deutlich länger als beim HP-System. Auch diesmal wurden zuvor ein Windows-Explorer- und ein Robocopy-Kopierjob gestartet. Nachdem die Daten aus dem Cache geschrieben worden waren, blieben die beiden Kopiervorgänge zunächst eine Weile stehen und setzten sich dann automatisch fort. Bei einigen Versuchen dauerte die Unterbrechung 15 Sekunden, es kam aber auch vor, dass fast eine Minute verging. Die grafische HDML-Oberfläche zeigte ebenfalls erst nach dieser Zeit an, dass der Owner-Pfad ausgefallen ist.

Nachdem das Kabel wieder eingesteckt worden war, dauerte es zwischen 15 Sekunden und einer Minute, bis das HDML-GUI die Pfade wieder korrekt anzeigte. Der automatische Failback zum ursprünglich aktiven Pfad funktionierte einwandfrei. Über Fehler kann sich der Administrator per E-Mail benachrichtigen lassen. Zudem ist es möglich, im Fehlerfall automatisch eine Anwendung zu starten. SNMP-Support ist ebenfalls vorhanden.

Für den Test der Schreib- und Lese-Performance kam das Tool Iometer zum Einsatz. Es ermittelte in mehreren Testreihen die Übertragungsgeschwindigkeiten bei unterschiedlichen Paketgrößen und Zugriffsarten. Um die maximalen Durchsatzraten auszuloten, nahm Iometer sequentielle Schreib- und Lesezugriffe mit Blockgrößen von 2 KB bis 10 MB vor. Zudem wurde ein datenbanktypisches Lastszenario mit Random-Zugriffen und einer Verteilung von 33 Prozent Schreib- und 67 Prozent Lesezugriffen ausgeführt.

Das 9520V-System von HDS erzielte bei allen Paketgrößen eine höhere Lese-Performance als das MSA-1500-Array von HP. Bei 64-KB-Paketen betrug sie bereits 120 MB/s und stieg bis auf 187 MB/s. Dies dürfte in erster Linie auf den wesentlich größeren Cache des HDS-Arrays zurückzuführen sein. Die Controller von HP waren nur mit je 256 MB RAM bestückt, während jedem HDS-Controller 2 GB zur Verfügung standen. Der Cache-Beschleuniger der MSA 1500 war für die Performance-Tests auf der Standardeinstellung von 50 Prozent Lese- und 50 Prozent Schreibbeschleunigung belassen worden.

Beim Datenbank-Lastprofil und bei den sequentiellen Schreibzugriffen brauchte sich das HP-System aber nicht hinter HDS verstecken. Im ersten Fall schnitt die MSA 1500 mit 4,8 zu 4,3 MB/s etwas besser ab. Im zweiten Fall lag die Schreib-Performance bei den Paketgrößen 128 KB, 512 KB und 1 MB mit bis zu 92 MB/s zum Teil sogar deutlich höher. Bei den 10-MB-Paketen hatte HDS dann mit 113 MB/s die Nase wieder vorn (siehe Testtabelle).

Dass leistungsmäßig zwischen SATA- und FC-Speichersystemen nach wie vor Welten liegen, zeigte der außer Konkurrenz vorgenommene Test mit einem 200-GB-Volume, das auf fünf Fibre-Channel-Platten der 9520V-Basiseinheit eingerichtet worden war. Damit erzielte das System deutlich höhere Durchsatzraten als mit den SATA-Drives. Die Schreib-Performance lag bereits mit 64-KB-Paketen bei knapp 90 MB/s und stieg bis auf 186 MB/s. (ue)