# Datenverfügbarkeit - RAID

**Datenverfügbarkeit**

Verwaltung von Daten

**Datenschutz vs Datensicherheit vs Informationssicherheit**

Datenschutz

Datensicherheit

Informationssicherheit

**Datenschutz vs Datensicherheit (485)**

**Datenschutz -Schutz von Personen**

- Schutz von personenbezogenen Daten
- Schutz des allgemeinen Persönlichkeitsrechtes
- Stichworte: Datenschutz-Grundverordnung DSGVO und Bundesdatenschutz-Gesetz BDSG

Datensicherheit -Schutz von Daten

Informationssicherheit -Schutz von Informationen

**Datenschutz vs Datensicherheit (485)**

**Datenschutz -Schutz von Personen**

- Schutz von personenbezogenen Daten
- Schutz des allgemeinen Persönlichkeitsrechtes
- Stichworte: Datenschutz-Grundverordnung DSVGO und Bundesdatenschutz-Gesetz BDSG

**Datensicherheit -Schutz von Daten**

**Schutz vor :**

- Unbefugter Zugriff Dritter
- Manipulation
- Verlust der Daten

**Informationssicherheit -Schutz von Informationen**

**Datenschutz vs Datensicherheit (485)**

**Datenschutz -Schutz von Personen**

- Schutz von personenbezogenen Daten
- Schutz des allgemeinen Persönlichkeitsrechtes
- Stichworte: Datenschutz-Grundverordnung DSVGO und Bundesdatenschutz-Gesetz BDSG

**Informationssicherheit -Schutz von Informationen**

- Gewährleistung von:
- Vertraulichkeit
- Integrität
- Verfügbarkeit von Daten

**Datensicherheit -Schutz von Daten**

- Schutz vor :
- Unbefugter Zugriff Dritter
- Manipulation
- Verlust der Daten

**Datenverfügbarkeit / Data Availibility**

**Produkte und Dienste, die sicherstellen, dass**

- Daten bis zu einem vorgegebenen Leistungsniveau
- unter allen Umständen (von normal bis katastrophal)
- verfügbar bleiben

**Datensicherheit vs. Datenverfügbarkeit**

**Datensicherheit vs. Datenverfügbarkeit**

**RAID**

**RAID Buch S. 362-365**

**RAID -Redundant Array of Independent Disks**

**Mehrere Festplatten werden zu einer logischen Einheit zusammengefasst**

Ist für den User wie eine Festplatte ansprechbar Werden häufig auf Servern oder NAS eingesetzt

**RAID -Redundant Array of Independent Disks**

**Wofür wird RAID eingesetzt**

RAID 0

Steigerung der Schreib- und LesezugriffeRAID 1

RAID 1

Verbesserung der Datensicherheit Daten sollen ständig abrufbar sein

**RAID -Redundant Array of Independent Disks**

**Wofür wird RAID eingesetzt**

RAID 0

Steigerung der Schreib- und LesezugriffeRAID 1

RAID 1

Verbesserung der Datensicherheit Daten sollen ständig abrufbar sein

**RAID -Redundant Array of Independent Disks**

**RAID -Redundant Array of Independent Disks**

**!!!RAID ersetzt kein Backup!!!**

**RAID -Redundant Array of Independent Disks**

**!!!RAID ersetzt kein Backup!!!**

**RAID -Redundant Array of Independent Disks**

**'RAID' erstmals 1988 Universtity of Berkley**

**Frage damals:**

- Wie kann man kostengünstige PC-Festplatten zu einem Verbund zusammenschließen und
- als ein großes logisches Laufwerk betreiben

**Problem:**

- Höheres Ausfallrisiko

**Lösung:**

- Konzept der redundanten Speicherung

**RAID -Redundant Array of Independent Disks**

**Folgezeit**

- Standardisierung von RAID
- Einsatz in Serverumgebung rückte in Vordergrund

**Verschiebung des Einsatzgrundes**

- Kostenersparnis: rückte zunehmend in Hintergrund

**Neuer Hauptaspekt**

- problemloser Austausch von Festplatten im laufenden Betrieb
- 'Redundant Array of Independet Disks'
- 'redundante Anordnung unabhängiger Festplatten'

**RAID -Verhältnis zwischen Schutzniveau und Leistung**

**Unterschiede bei RAID: Umsetzung und Level**

**Software/ Hardware Level**

**Unterschiede bei RAID: Umsetzung und Level**

**Software/ Hardware**

**Unterschiede bei RAID: Umsetzung und Level**

**Software**

- Host-based-RAID
- Verwaltung der Speichermedien direkt auf der CPU des Hosts
- Möglichkeiten auf gängigen OS implementiert
- Vorteil
- deutlich schneller und kostengünstiger eingerichtet
- Nachteil
- hoche CPU-Auslastung
- schlechtere Performance

**Hardware**

- RAID-Controller
- übernimmt Organisation der einzelnen Speichermedien
- im Computer selbst als Erweiterungskarte
- Auf dem Mainboard selbst
- In einem DiskArray ('Plattensubsystem') bsp. NAS
- Hohe Performance
- hohe Datentransferraten

**Software für Windows und Mac**

**Windows**

- → 'Speicherplatz verwalten'
- → 'Neuen Pool und Speicherplatz erstellen'

**MacOS**

- → Festplattendienstprogramm
- → Ablage
- → RAID-Assistent

**Software vs Hardware**

|                            | Software-RAID   | Hardware-RAID   |
|----------------------------|-----------------|-----------------|
| Kosten                     | niedrig         | hoch            |
| CPU-Auslastung (Host)      | hoch            | niedrig         |
| Performance                | niedrig         | hoch            |
| Plattformunabhängigkeit    | nein            | ja              |
| Betriebssystemabhängigkeit | ja              | ja              |

**Unterschiede bei RAID: Umsetzung und Level**

**Level**

**RAID-Level**

**Level**

- Art, wie Festplatten in einem RAID kombiniert werden

**Vorsicht**

- Level-Nummern stehen in keiner Verbindung
- kennzeichnen lediglich verschiedene Ansätze für Aufbau und Funktion des RAID

**RAID-Level**

**Mehrere Stufen**

- Standard
- RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 6
- Verschachtelt
- RAID 10 (RAID 1 + RAID 0)
- RAID 01

**Leistungs -und Redundanzanforderungen**

- RAID 0 am schnellsten
- RAID 1 am zuverlässigsten
- RAID 5 gute Kombination

**RAID-Level 0**

**Striping**

- Daten werden im 'Reißverschluss -Verfahren' gespeichert

**Vorteil**

- Erhöhung der Zugriffsgeschwindigkeit
- Erhöhung Lesegeschwindigkeit

**Nachteil**

- Bei Ausfall einer Festplatte sind Daten nicht rekonstruierbar

**RAID-Level 0**

**Striping**

- Daten werden im 'Reißverschluss -Verfahren' gespeichert

**Vorteil**

- Erhöhung der Zugriffsgeschwindigkeit
- Erhöhung Lesegeschwindigkeit

**Nachteil**

- Bei Ausfall einer Festplatte sind Daten nicht rekonstruierbar

**RAID-Level 1**

**RAID 1 -min. 2 Festplatten**

- Daten Mirroring (Spiegelung)
- Jeder Datenblock wird auf 2 Festplatten gespeichert

**Vorteil**

- Redundanz
- Evt bessere Lesegeschwindigkeit

**Nachteil**

- Schreibgeschwindigkeit genauso schnell oder langsamer wie bei Einzellaufwerk
- Festplattenredundanz

**RAID-Level 5**

**RAID 5 -min. 3 Festplatten**

- Kompromiss aus Performanz (Level 0) und Datensicherheit (Level 1)
- Durch Hinzufügen von Paritätsinformationen Möglichkeit der Wiederherstellung von Daten bei Ausfall einer Festplatte

**Vorteil**

- Hohe Fehlertoleranz
- höhere Lesegeschwindigkeit entsprechend Anzahl der Platten

**Nachteil**

- Schreibintensive Arbeiten werden durch Berechung der Parität weniger effizient

**Paritätsinformationen**

|   A |   B |   A XOR B |
|-----|-----|-----------|
|   0 |   0 |         0 |
|   0 |   1 |         1 |
|   1 |   0 |         1 |
|   1 |   1 |         0 |

**Paritätsinformationen**

|   A |   B |   A XOR B |
|-----|-----|-----------|
|   0 |   0 |         0 |
|   0 |   1 |         1 |
|   1 |   0 |         1 |
|   1 |   1 |         0 |

Ungerade Zahl 1 → 1

**Paritätsinformationen**

|   A |   B |   A XOR B |
|-----|-----|-----------|
|   0 |   0 |         0 |
|   0 |   1 |         1 |
|   1 |   0 |         1 |
|   1 |   1 |         0 |

**Paritätsinformationen**

|   Platte 1 |   Platte 2 |   Platte 3 | Parität   |
|------------|------------|------------|-----------|
|          0 |          1 |          1 |           |
|          1 |          0 |          0 |           |
|          1 |          1 |          0 |           |
|          1 |          1 |          0 |           |

**Paritätsinformationen**

|   Platte 1 |   Platte 2 |   Platte 3 |   Parität |
|------------|------------|------------|-----------|
|          0 |          1 |          1 |         0 |
|          1 |          0 |          0 |         1 |
|          1 |          1 |          0 |         0 |
|          1 |          1 |          0 |         0 |

**Paritätsinformationen**

|   Platte 1 |   Platte 2 |   Platte 3 |   Parität |
|------------|------------|------------|-----------|
|          0 |          1 |          1 |         0 |
|          1 |          0 |          0 |         1 |
|          1 |          1 |          0 |         0 |
|          1 |          1 |          0 |         0 |

**Paritätsinformationen**

|   Platte 1 |   Platte 2 |   Platte 3 |   Parität |
|------------|------------|------------|-----------|
|          0 |          1 |          1 |         0 |
|          1 |          0 |          0 |         1 |
|          1 |          1 |          0 |         0 |
|          1 |          1 |          0 |         0 |

**Paritätsinformationen: Entferne Platte 2 (CRASH)**

|   Platte 1 |   Platte 3 |   Parität |
|------------|------------|-----------|
|          0 |          1 |         0 |
|          1 |          0 |         1 |
|          1 |          0 |         0 |
|          1 |          0 |         0 |

**Paritätsinformationen: Entferne Platte 2 (CRASH)**

|   Platte 1 |   Platte 3 |   Parität |
|------------|------------|-----------|
|          0 |          1 |         0 |
|          1 |          0 |         1 |
|          1 |          0 |         0 |
|          1 |          0 |         0 |

**Paritätsinformationen: Entferne Platte 2 (CRASH)**

|   Platte 1 |   Platte 3 |   Parität |
|------------|------------|-----------|
|          0 |          1 |         0 |
|          1 |          0 |         1 |
|          1 |          0 |         0 |
|          1 |          0 |         0 |

|   Platte | 2   |
|----------|-----|
|        1 |     |
|        0 |     |
|        1 |     |
|        1 |     |

**RAID-Level**

**RAID 6 -min. 4 Festplatten**

- ähnlich RAID 5
- 2 Paritätsinformationen
- Verlust von 2 Laufwerken verkraftbar

**Nachteil**

- noch rechenintensiver als RAID 5

**Vorteil**

- Hohe Fehlertoleranz
- höhere Lesegeschwindigkeit

Risiko von Datenverlust minimiert

**RAID-Level**

**RAID 10 -Strip of Mirrors**

- Verbund von RAID 0 …
- … über mehrere RAID 1
- Benötigt mindestens 4 Festplatten
- Auf jeden Fall gerade Anzahl

**Vorteil**

- Schnelle Datenrekonstruktion nach einem Plattenausfall …
- … da nur ein Teil der Daten rekonstruiert werden muss

**Nachteil**

- Nur 50% der Festplattenkapazität

**Raid 10, weil**

- zuerst Spiegelung von Datum 1
- dann Striping von Datum 2 mit anschließender Spiegelung

**RAID 1+0**

**RAID-Level**

**RAID 01 -Mirror of Stripes**

- RAID 1 …
- … über mehrere RAID 0
- Benötigt mindestens 4 Festplatten

**Vorteil**

- Schnelle Datenrekonstruktion nach einem Plattenausfall …
- … da nur ein Teil der Daten rekonstruiert werden muss

**Nutzbares Volumen**

- 50% der Festplattenkapazität

**RAID 01, weil**

- zuerst werden Daten 1 und 2 gestriped
- anschließend gespiegelt

**RAID O+1**

Übungen RAID

**Übung 1**

Ein RAID-5 ist bitweise XOR-Verknüpft.

Welche Bit müssen in die fehlenden Stellen eingetragen werden?

**Übung 1**

Ein RAID-5 ist bitweise XOR-Verknüpft.

Welche Bit müssen in die fehlenden Stellen eingetragen werden?

**Übung 2**

Eine zusammenhängende Datei wird aufgeteilt in die Datenpakete A-E auf einem RAID aus 5 Laufwerke gespeichert.

Wie werden die Datenpakete auf die Laufwerke verteilt? Verbinde

- gespiegelte Platten mit einer Linie mit der Beschriftung mirror ,
- verbinde gekoppelte Platten mit einer Linie mit der Beschriftung stripe ,
- Benenne Paritäten mit P P und
- streiche nicht genutzte Platten durch.

**RAID 1**

**RAID 0+1**

**RAID 10**

**RAID 5**

**RAID 6**

**RAID(n,m) oder RAID n+m**

**RAID(n,m)**

**Neuere Bezeichnung von RAID-Systemen**

Es werden nicht mehr RAID Level verwendet.

**Stattdessen:**

- n = Anzahl der benutzten Platten
- m = Anzahl der Parity-Platten

**RAID(n,m)  Beispiel RAID (5,2)**

**Fünf Platten im Verbund**

Zwei Platten dürfen maximal ausfallen

→ entspricht RAID 6 mit fünf Platten

**Leserate, Schreibrate, Gesamt-Speicherkapazität**

Leserate (Datendurchsatzrate)

Schreibrate gesamt

GesamtSpeicherkapazität

- n x Leserate Einzelplatte
- (n -m) x Schreibrate Einzelplatte

- (n -m) x Einzelkapazität

**Beispiel: Leserate, Schreibrate, Gesamt-Speicherkapazität**

RAID 5

Gesamtkapazität

Datendurchsatz

4 Platten

je 1 TB Kapazität

n - m → 3 TB

Platte 4 für Parität

Lesen: 4 mal so groß wie bei Einzelplatte

Schreiben: 3 mal so groß wie bei Einzelplatte

**Hot Spare und Hot Swapping**

**Hot-Spare-Platten + Hot-Swapping**

**Mehr Festplatten als vom RAID benötigt werden angeschlossen**

- Festplatten werden in Reserve (spare) gehalten
- Diese wird normalerweise nicht verwendet

**RAID-Controller erkennt Defekt einer Platte:**

- Reserve-Platte wird in im laufenden Betrieb (hot) RAID-Verbund integriert
- Fehlende Daten werden aus vorhandenen Daten berechnet
- Diese Daten werden auf Reserve-Festplatte geschrieben

**JBOD und NRAID vs RAID**

**JBOD**

- Just a Bunch of Disks ('nur ein Haufen Platten')

**NRAID**

- NotRAID

**JBOD und NRAID**

Zusammenschaltungen  (Concatenations) von mehreren Festplatten

Kein Sicherheitsgewinn, da keine Redundanz

Kein Geschwindigkeitsgewinn -Daten werden einfach in Reihe geschrieben

**RAID -Verhältnis zwischen Schutzniveau und Leistung**

| RAID-Level   |   Mindestanzahl Platten | Max. Ausfall ohne Datenverlust   | Bedingung             | Ausfallwahrscheinlichkeit (vereinfacht)   |
|--------------|-------------------------|----------------------------------|-----------------------|-------------------------------------------|
| RAID 0       |                       2 | 0                                | keine Redundanz       | Sehr hoch (jede Platte kritisch)          |
| RAID 1       |                       2 | n-1                              | solange 1 Platte lebt | Sehr gering                               |
| RAID 5       |                       3 | 1                                | egal welche Platte    | Mittel                                    |
| RAID 6       |                       4 | 2                                | egal welche Platten   | Gering                                    |
| RAID 10      |                       4 | 1 bis n/2                        | je 1 pro Spiegelpaar  | Sehr gering                               |
| RAID 01      |                       4 | 1 (meist)                        | abhängig von Gruppe   | Höher als RAID 10                         |

**Links**

|   RAID-Level | Mindestanzahl Platten   | Nettokapazität (bei N Platten gleicher Größe)   | Erklärung   |
|--------------|-------------------------|-------------------------------------------------|-------------|
|            2 | N × Größe               | Volle Kapazität, keine Redundanz                | RAID 0      |
|            2 | 1 × Größe               | Spiegelung, nur eine Platte nutzbar             | RAID 1      |
|            3 | (N - 1) × Größe         | Eine Platte für Parität                         | RAID 5      |
|            4 | (N - 2) × Größe         | Zwei Platten für Parität                        | RAID 6      |
|            4 | (N / 2) × Größe         | Spiegelung + Striping                           | RAID 10     |
|            4 | (N / 2) × Größe         | Striping + Spiegelung                           | RAID 01     |

**Links**

https://www.gservon.de/erklaerung-und-berechnung-raid-0-1-5-6-und-10/

---

**Quellen**

- Dokument: Datenverfügbarkeit_RAID
- ID: 137