STORAGE. Martin Schmidt Berufsschule Obernburg
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- Jörg Gerhardt
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1 STORAGE Martin Schmidt Berufsschule Obernburg
2 Storage Begriffserklärung Storage ist die Bezeichnung für eine große Menge zusammenhängenden Speicherplatz in einem Netzwerk. Storage heißen auch die große Miet-Garagen-Parks in den USA. Ein Storage im Netzwerk arbeitet mit dem selben Prinzip. Im Storage bekommt jeder Netzwerkbenutzer einen bestimmten Speicherplatz reserviert, auf dem er eigene Dateien speichern kann. Quelle:
3 Storage - Speichernetze Im Zusammenhang mit Storage (-Systemen) wird sehr häufig der Begriff Speichernetze verwendet. Aus der Definition große Menge zusammenhängenden Speicherplatz in einem Netzwerk Direct Attached Storage (DAS) Network Attached Storage (NAS) Storage Area Network (SAN)
4 Storage - DAS Direct Attached Storage klassische Festplatten (HDD) Direkt mit einem Computer/Server verbunden Fest im Gehäuse verbaut (SATA, SCSI) Per Kabel angebunden (USB, esata) Zugriff durch andere Computer auf das DAS Vergabe von Benutzerrechten Laufwerksfreigabe
5 Storage - DAS Direct Attached Storage Nachteile Zugriff: Computer/Server muss laufen Lösung: Ersatz -Server mit gespiegelten Laufwerken Datenverlust bei Beschädigung der Laufwerke Lösung: RAID (spiegeln der Laufwerke auf eine physikalisch zweite Festplatte
6 Storage - NAS Network Attached Storage Fileserver bietet Speicherplatz im Netzwerk (LAN)
7 Storage - NAS Network Attached Storage (Meistens) mehrere Festplatten in einem Gehäuse In besseren Geräten als RAID ausgelegt Eigenes auf den Einsatzzweck reduziertes OS (i.d. Regel LINUX) Verwaltung der HDDs Zugriff (auch via Internet) Bevorzugter Einsatzbereich Kleine Firmennetze Home-Office
8 Storage - NAS Network Attached Storage Vorteile Relativ einfach zu konfigurieren / administrieren Einfache Benutzerverwaltung Hohe Datensicherheit (RAID) Hot-Swap Kostengünstig
9 Storage - NAS Network Attached Storage Nachteile Kaum / fehlende Server-Funktionalitäten Back-Up / Datensicherung Load-Balancing
10 Storage - SAN Storage Area Network In einem SAN ist der Datenspeicher über das Netzwerk mit einem (oder mehreren) Server(n) verbunden. Dabei spielt es keine Rolle, wo sich der Server und das Speichersystem befinden. Im LAN erscheint das SAN wie ein Speicher, unabhängig davon, wie viele HDDs angeschlossen sind. Die Verwaltung des verfügbaren Speichers erfolgt zentral. Dabei werden die einzelnen Festplatten in Gruppen (virtuelle Einheiten) zusammengefasst. Für den Zugriff auf den Datenspeicher sorgen spezielle Server.
11 Storage SAN
12 Storage - SAN Storage Area Network Logische Organisation Speicher wird (aus Sicht des Servers) als virtuelles Laufwerk angelegt Logical Unit Number (LUN) als kleinste Einheit der Zuordnung Server kann LUNs einzeln ansprechen Mehrere LUNs lassen sich zu Dateisystem zusammenfassen (unabhängig davon, wo sich die LUNs physikalisch befinden)
13 Storage - SAN Storage Area Network Netzwerkorganisation Server ist mit SAN über eine LAN-ähnliche Netzwerkarchitektur verbunden Dieses ist vom eigentlichen LAN (Client Server) entkoppelt Aufgrund der hohen Übetrragungsrate kommt meistens Glasfaser als Übertragungsmedium zum Einsatz
14 Storage - SAN Storage Area Network Vorteile Skalierbarkeit Kostenersparnis Flexibilität Erweiterung durch Anschluss neuer HDDs Trennung v. Server und Speicher räumliche Trennung v. Server und Speicher z.b. Zentrale und Niederlassungen
15 STORAGE - RAID Redundant Array of Independent Disks (früher: inexpensive statt independent) Mehrere physikalische Festplatten (HDD) werden zu einer logischen Einheit zusammengefasst. Aus Sicht der Anwendung erscheint das RAID als ein Laufwerk. Ziel: Erhöhung der Datensicherheit (Redundanz) Steigerung der Performance
16 STORAGE - RAID Funktionsweise Bei einem RAID werden die Daten bewusst redundant auf verschiedenen physikalischen Festplatten verteilt abgelegt. Fällt eine Platte aus, so ist der Zugriff auf die Daten weiter möglich, weil diese gespiegelt vorliegen. Auf der Anwenderebene erfolgt dies unsichtbar.
17 STORAGE - RAID ACHTUNG!!! Ein RAID ersetzt keine systematische Datensicherung. Denken Sie an einen Feuer- oder Wasserschaden! Da sind u.u. alle Festplatten im Eimer. Es schützt auch nicht vor unüberlegtem Löschen!
18 STORAGE - RAID Bei einem RAID unterscheidet man zwischen: Hardware RAID Software RAID Host RAID
19 STORAGE - RAID Hardware RAID = die gebräuchlichste Form des RAID Eine spezielle Hardware-Komponente (RAID-Controller) organisiert die Verwaltung der einzelnen Festplatten.
20 STORAGE - RAID Software RAID Software (oft ein Teil des Betriebssystems) kümmert sich um die Organisation der Festplatten. So kann z.b. Windows 7 mit verschiedenen RAID-Level umgehen. (MacOS und LINUX auch )
21 STORAGE - RAID Redundant Array of Independent Disks Host RAID Ähnlich dem Hardware RAID. Entweder über Erweiterungs-Karten oder direkt durch einen Controller (RAID Chipsatz) auf dem Mainboard realisiert.
22 STORAGE - RAID Ein RAID lässt sich nach unterschiedlichen Kriterien anlegen. Dazu wurden unterschiedliche RAID-Level spezifiziert. Für die Praxis sind vor allem relevant: RAID-Level 0 RAID-Level 1 RAID-Level 5 RAID Level 6 RAID-Level 10
23 STORAGE - RAID RAID-Level 0 Genau genommen kein RAID, die 0 steht für Null Redundanz Erfordert mindestens zwei Festplatten Festplatten werden zu einem (logischen) Laufwerk zusammengefasst Daten werden abwechselnd auf zwei (oder mehr) Platten verteilt Striping
24 STORAGE - RAID RAID-Level 0 Speicherung Aufteilung (= to stripe) der Daten in Blöcke (64 / 128 KB) Blöcke werden wechselweise auf die Platten geschrieben ( mindestens auf zwei verschiedene) Dadurch erhöht sich die Performance, weil z.b. Block 2 bereits auf Platte B geschrieben werden kann, während der Schreibvorgang von Block 1 (auf Platte A) noch läuft. Ebenso wird schneller gelesen
25 STORAGE - RAID RAID-Level 0 Nachteile Festplattenausfall = Datenverlust Mit jeder zusätzlichen Festplatte erhöht sich das Ausfallrisiko Abwägen: Performance vs. Datensicherheit
26 RAID Level 0 Berechnung der Speicherkapazität 2 Festplatten werden zu einem logischen Laufwerk zusammengefasst Formel: Kapazität = (Anzahl Festplatten) x Festplattenkapazität Beispiel: 2 Festplatten à 1000 GB 2 x 1000 GB = 2000 GB
27 STORAGE - RAID RAID-Level 1 Erfordert mindestens zwei Festplatten Festplatten werden zu einem (logischen) Laufwerk zusammengefasst Daten werden redundant (doppelt) auf verschiedenen Festplatten gespeichert Mirror Die kleinste Platte im RAID bestimmt die Gesamtkapazität (paarweise Anordnung) ideal: Verwendung identischer HDDs Duplexing: Jede Festplatte hat einen eigenen Controller
28 STORAGE - RAID RAID-Level 1 Vorteile Hohe Datensicherheit durch 1:1-Kopie Hohe Lesegeschwindigkeit bei kluger Verteilung der Lesezugriffe durch den RAID-Controller
29 STORAGE - RAID RAID-Level 1 Nachteile Teuer: Speicherplatz kostet immer das Doppelte
30 RAID Level 1 Berechnung der Speicherkapazität Jede Festplatte wird gespiegelt. Für die Datenspeicherung stehen netto 50 Prozent der Festplattenkapazität zur Verfügung Formel: Kapazität = (Zahl Festplatten / 2) x Festplattenkapazität der kleinsten Festplatte Beispiel: 2 Festplatten à 1000 GB (2/2) x 1000 GB = 1000 GB
31 STORAGE - RAID RAID-Level 5 Erfordert mindestens drei Festplatten Festplatten werden zu einem (logischen) Laufwerk zusammengefasst Analog zu Level 0: Aufteilung der Daten in Blöcke Zusätzlich wird eine Prüfsumme (Parity) erzeugt (bitweise XOR) und auf der Platte abgelegt Speicherung (1) Bitfolge HDD1 XOR Bitfolge HDD2 HDD3 (2) Bitfolge HDD2 XOR Bitfolge HDD3 HDD1
32 STORAGE - RAID RAID-Level 5 Beim Ausfall einer Festplatte im RAID werden die verloren gegangenen Daten (-blöcke) aus den gespeicherten Prüfsummen errechnet und rekonstruiert. Nach dem Austausch der ausgefallenen Festplatte berechnet der RAID-Controller die wiederherzustellenden Daten aus der Prüfsumme und speichert diese auf die neu eingebaute Festplatte.
33 STORAGE - RAID RAID-Level 5 Vorteile Relativ sichere Datenhaltung Im Vergleich zu RAID Level 1 effizientere Speicher-Nutzung
34 STORAGE - RAID RAID-Level 5 Nachteile Langsamere Schreibgeschwindigkeit, weil bei jedem Schreibzugriff die Prüfsumme (Parität) ausgelesen, neu errechnet und wieder zurückgespeichert werden muss. Verlust von Speicherplatz für das Ablegen der Prüfsumme.
35 RAID Level 5 Berechnung der Speicherkapazität Mindestens 3 mit redundanter Datenspeicherung: Formel: Kapazität = (Zahl Festplatten - 1) x Festplattenkapazität der kleinsten Festplatte [ideal alle Platten haben die gleiche Kapazität] Beispiel: 3 Festplatten mit jeweils 500 GB Kapazität (3-1) x 500 GB = 1000 GB 4 Festplatten mit jeweils 250 GB Kapazität (4-1) x 250 GB = 750 GB
36 STORAGE - RAID RAID-Level 6 Funktioniert im Prinzip wie RAID Level 5, aber mit der Erweiterung, dass für einen Datenblock zwei (statt einer) Prüfsummen erstellt werden. Daher braucht RAID mindestens vier Festplatten, läuft dafür aber auch beim Ausfall von zwei Festplatten weiter.
37 RAID Level 6 Berechnung der Speicherkapazität Mindestens 3 Festplatten mit redundanter Datenspeicherung: Formel: Kapazität = (Zahl Festplatten - 2) x Festplattenkapazität der kleinsten Festplatte [ideal alle Platten haben gleiche Kapazität] Beispiel: 4 Festplatten mit jeweils 1500 GB Kapazität (4-2) x 1500 GB = 3000 GB
38 STORAGE - RAID RAID-Level 10 Kombiniert (in umgekehrter Reihenfolge) RAID 1 und RAID 0 Erfordert mindestens vier Festplatten Besteht aus mindestens 2 RAID 1, die über ein RAID 0 zusammengeschlossen werden. Daten werden zuerst gespiegelt (RAID 1) Anschließend auf zwei RAID 1 verteilt (RAID 0)
39 RAID Level 10 Berechnung der Speicherkapazität 4 Festplatten, die jeweils paarweise gespiegelt und zu logischen Laufwerken zusammengefasst werden (= RAID 0 über 2 x RAID1) Formel: Kapazität = (Zahl Festplatten / 2) x Festplattenkapazität der kleinsten Festplatte. Beispiel 4 Festplatten je 1500 GB: (4 / 2) * 1500 GB = 3000 GB
40 RAID Berechnung der Speicherkapazität
41 Quellen IT-Berufe: Informations- und Kommunikationstechnik (2. Auflage) A. Zimmermann / V. Zimmermann, Westermann Verlag, 2010 IT-Handbuch für Fachinformatiker (5. Auflage) Sascha Kersten, Galileo Computing,
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