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Semsterarbeit RAID-Systeme Einsatzzweck und Funktionsweise

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Semsterarbeit RAID-Systeme Einsatzzweck und Funktionsweise. Michael Sand Frank Schlesselmann Tobias Stumpp WWI01B. Gliederung. RAID – Einführung RAID-Allgemein RAID ist nicht gleich RAID RAID – Theorie, Sicherheit & Performance Die verschiedenen RAID-Level 0-7 Software-RAID IDE-RAID

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semsterarbeit raid systeme einsatzzweck und funktionsweise

Semsterarbeit RAID-Systeme Einsatzzweck und Funktionsweise

Michael Sand

Frank Schlesselmann

Tobias Stumpp

WWI01B

gliederung
Gliederung
  • RAID – Einführung
    • RAID-Allgemein
    • RAID ist nicht gleich RAID
  • RAID – Theorie, Sicherheit & Performance
    • Die verschiedenen RAID-Level 0-7
    • Software-RAID
    • IDE-RAID
    • SCSI-RAID
    • Fazit
  • RAID – Anwendungen
    • RAID – SOHO
    • RAID – Video- und Photo-Editing
    • RAID – Datenbankserver
    • RAID im Kleinunternehmen
    • RAID: Network Attached Storage (NAS)
    • RAID: Storaged Area Network (SAN)
    • RAID – Kosten
raid allgemein
RAID - Allgemein
  • Abkürzung für "Redundant Array of Independent Disks" oder "Redundant Array of Inexpensive Disks„
  • mehrere unabhängige Festplatten bilden ein großes logisches Laufwerk
  • Daten werden durch einen Controller oder durch Software auf die verschiedenen Platten verteilt
  • Es werden dabei nicht nur Nutzdaten, sondern auch "Redundanz Informationen" hinzugefügt
raid ist nicht gleich raid
RAID ist nicht gleich RAID
  • Es existieren mehrere "RAID-Levels", die über unterschiedliche Leistungsmerkmale verfügen
  • RAID Level 0 - 7
  • Die Grundlage der RAID-Technologie wird durch sogenannte "Stripe Sets" gebildet (stripe = Streifen).
  • Dabei werden relativ kleine Datenblöcke – im Bereich von einigen KByte auf mehrere Festplatten verteilt.
raid 0
RAID 0

Data Striping

  • Daten werden in Blöcke (Stripes) auf eine gewisse Anzahl von Festplatten aufgeteilt
  • Blöcke können unterschiedlich gros sein
  • Mindestens 2 Festplatten
sicherheit performance
Sicherheit & Performance
  • RAID Level 0
    • Verminderte Sicherheit
    • Höheres Ausfallrisiko
    • Kein echtes RAID Level
    • Beste Performance aller RAID Level
raid 1
RAID 1

Data Mirroring/Duplexing

  • Duplexing = an 2 unabhängigen Kanälen
  • Mirroring = an einem Kanal
  • Daten werden zu 100% gespiegelt / dupliziert
  • Mindestens 2 Festplatten
  • Festplatten sollten gleichgroß sein
sicherheit performance1
Sicherheit & Performance
  • RAID Level 1
    • größtmöglichste Sicherheit
    • Keine Geschwindigkeitsverbesserung gegenüber einer Einzelplatte
    • Doppelte Festplattenkapazität notwendig
raid 2
RAID 2
  • Teilt Daten nicht in Blöcke sondern auf BIT-Ebene
  • Verteilt nach Striping-Prinzip
  • Generiert einen Fehlerkorrekturcode, der auf eine zusätzliche Festplatte geschrieben wird
  • Ist ein einziges Bit fehlerhaft kann es an Hand der Fehlerkorrekturcodes sofort korrigiert werden

 Error Checking & Correction (ECC)

sicherheit performance2
Sicherheit & Performance
  • RAID Level 2
    • Gleicht einzelne Bitfehler aus
    • Mindestens 10 Platten
    • Findet heute keine Verwendung mehr
raid 3 4
RAID 3 + 4

Data Striping Dedicated Parity

  • Daten werden blockweise (RAID 4) bzw. byteweise (RAID 3) auf mehrere Festplatten aufgeteilt
  • Eine zusätzlich Platte speichert in Echtzeit die jeweiligen Checksummen (Paritätsdaten)
  • Beim Ausfall einer Festplatte, können die Daten wieder hergestellt werden
raid 3 41
RAID 3 + 4

RAID 4

(blockweise)

RAID 3

(byteweise)

sicherheit performance3
Sicherheit & Performance
  • RAID Level 3
    • Mindestens 3 Platten
    • Ausfall einer Platte kann behoben werden
    • Gute Performance bei großen sequentiellen Schreib-/Lesezugriffen (große Dateien)
    • Flaschenhals: Synchronisation der Köpfe (bei kleinen Files)
sicherheit performance4
Sicherheit & Performance
  • RAID Level 4
    • Ausfall einer Platte möglich
    • Gute Performance bei großen sequentiellen Schreib-/Lesezugriffen (große Dateien)
    • Flaschenhals: Parity-Laufwerk
    • Wird selten genutzt
raid 5
RAID 5

Data Parity Striping

  • Mindestens 3 Festplatten
  • Blockweise Adressierung
  • Paritätsdaten werden (in Echtzeit) zusammen mit Nutzdaten auf den Festplatten gespeichert
  • Bei 5 Festplatten ist jede 1/5 Paritätsplatte und 4/5 Datenplatte
sicherheit performance5
Sicherheit & Performance
  • RAID Level 5
    • Ausfall einer Platte möglich
    • Schreib-Performance nicht mehr abhängig vom Parity-Laufwerk
    • Lese-Performance etwa wie Level 4
    • Allround-Lösung
raid 6
RAID 6
  • Sicherere Version von RAID 5
  • Es werden doppelt so viele Paritätsdaten geschrieben
  • Dadurch wird auch der Ausfall von 2 Festplatten toleriert
sicherheit performance6
Sicherheit & Performance
  • RAID Level 6
    • Zwei Platten können ausfallen
    • Deutlich langsamere Schreibzugriffe
raid 7
RAID 7
  • Kein offener Standard
  • Patentiertes Verfahren der Firma Storage Computer Corporation
  • Basiert auf Level 3 + 4, wurde jedoch verbessert
  • Das Array wird asynchron verwaltet
  • D.h. jede Platte wird vom Controller separat verwaltet
sicherheit performance7
Sicherheit & Performance
  • RAID Level 7
    • Erheblich schneller als die anderen Levels
    • Ausfall mehrerer Platten möglich
gemischte raid level
Gemischte RAID-Level
  • RAID-Levels können kombiniert werden
  • RAID 15 = gespiegeltes RAID Array nach Level 5
  • RAID 53 = RAID Array nach Level 5, aber anstelle von einzelnen Festplatten wird ein Disk Array nach dem Level 3 verwendet. Minimum 9 Platten, da 3x3.
sicherheit performance8
Sicherheit & Performance
  • Software-RAID
    • Linux Level 0, 1, 4, 5
    • Windows NT & 2000 Level 0, 1, 5
    • Hohe CPU-Belastung
    • Nicht hot-pluggable
    • System-Partition nicht abgesichert
sicherheit performance9
Sicherheit & Performance
  • IDE-RAID
    • CPU wird nicht belastet
    • Nicht hot-pluggable
    • Kurze Kabellängen
    • Nur 2 Geräte pro IDE-Kanal
    • IDE-Platten nicht für Dauerbetrieb ausgelegt
sicherheit performance10
Sicherheit & Performance
  • SCSI-RAID
    • Höhere Transferraten (bis 320Mbyte/s)
    • Hot-pluggable
    • Höhere Kabellängen
    • Bis zu 15 Laufwerke pro Kanal
sicherheit performance11
Sicherheit & Performance
  • Fazit: Redundanz mit Grenzen
    • Erhöhte Datensicherheit und Performance
    • Nicht 100% Ausfallsicherheit
    • Keine Alternative zu Backups
    • Datenverfügbarkeit ≠ Systemverfügbarkeit
    • Kein Schutz gegen Einflüsse von außen
    • Schließt Risikofaktor Mensch nicht aus
    • RAID Levels stellen keine Wertung dar
raid soho
RAID - SOHO
  • Anforderung:
    • Kostengünstige Steigerung von Performance und Sicherheit
  • Lösung:
    • RAID 0 für Grafik/Video: gleichzeitiges Schreiben und Lesen von Stripe-Blocks auf mehrere Platten
    • RAID 1 für geschäftskritische Daten: Spiegelung der Nutzdaten auf eine redundante Platte
    • RAID 0+1: hohe Performance durch RAID 0 plus Sicherheit durch RAID 1

Veritas RAID-Director

ARCServe RAID

raid video und photo editing
RAID – Video- und Photo-Editing
  • Anforderung:
    • Große Dateien schnell verarbeiten
  • Lösung:
    • RAID 0: gleichzeitiges Schreiben und Lesen von Stripe-Blocks auf mehrere Platten
    • RAID 0+1: hohe Performance durch RAID 0 plus Sicherheit durch RAID 1
    • RAID 3: byte-weises Lesen und Schreiben von Daten bei synchronisierten Plattenspindeln.

Onboard-RAID-Controller von Promise (auch IDE)

raid datenbankserver
RAID - Datenbankserver
  • Anforderungen:

- hohe Verfügbarkeit, multiple Zugriffe

  • Lösung:
    • RAID 1 für geschäftskritische Daten: Spiegelung der Nutzdaten auf eine redundante Platte
    • RAID 1+0: hohe Sicherheit durch RAID 1 plus Performance durch RAID 0
    • RAID 5: höchste Datentransaktionsrate der redundanten Level plus Ausfallsicherheit, multiple Zugriffe möglich, bester Trade-Off zwischen Effizienz, Performance und Redundanz
raid im kleinunternehmen
RAID im Kleinunternehmen
  • Anforderungen:

- hohe Verfügbarkeit, hohe Performance,

multiple Zugriffe

  • Lösung:
    • RAID 1+0: hohe Sicherheit durch RAID 1 plus Performance durch RAID 0
    • RAID 5: höchste Datentransaktionsrate unter den redundanten Level plus Ausfallsicherheit, multiple Zugriffe möglich, Einsatz eines Rechners als DC, File-, Datenbank-, Mail- und News-Server

HP LC2000 71000 128MB 3x18GB

raid network attached storage nas
RAID: Network Attached Storage (NAS)
  • Anforderungen:

- hohe Verfügbarkeit, hohe Perfor-

mance, multiple Zugriffe im

Netzwerk

  • Lösung:
    • RAID 5: höchste Datentransaktions-

rate plus Ausfallsicherheit, multiple Zu-griffe (DC, File-, Mail- oder News-Server)

    • RAID 6: geschäftskritische Applikationen mit hoher, nicht geschwindigkeits-relevanten Verfügbarkeit (Datenbankserver)
    • Hardware: NAS: Festplattenspeicher im LAN, Zugriff über Server

Compaq StorageWorks Modular

Maxtor MaxAttach NAS4300 640GB

raid storaged area network san
RAID: Storaged Area Network (SAN)
  • Anforderungen:

- hohe Verfügbarkeit, hohe Performance,

multiple Zugriffe im Netzwerk

  • Lösung:
    • RAID 53: RAID 5-Verteilung auf untergeordnete RAID 3-Arrays: extrem hohe Datenverfügbarkeit (Datenbankserver)
    • RAID 7: hohe I/O-Raten durch asynchrone Transfers, zentrales caching über X-Bus (nur Storage Computer Association)

Hardware: SAN: getrenntes Speicher-Management – geringere Last im LAN, Fibre Channel (1Gbps, Distanz 100 km)

StorageTek 9175

(RAID 0, 0+1, 5)

raid kosten
RAID - Typ

Datenvolumen

Kosten min. ca.

Kosten ca.

SW-Raid WinNT/2000

80-160 GB

490,00 €

1.070,00 €

SW-Raid Storage Software

80-160 GB

1.300,00 €

5.100,00 €

RAID-On board Controller

80-160 GB

480,00 €

930,00 €

RAID-Controller-Karte

140-350 GB

490,00 €

7.400,00 €

(IDE / SCSI)

RAID Mittelstand

100-700 GB

5.600,00 €

5.600,00 €

(NAS / SCSI)

RAID Mittelstand Server

480-640 GB

5.100,00 €

23.000,00 €

RAID Großunternehmen

1,8-8 TB

146.000,00 €

220.000,00 €

(SAN / Fibre Channel)

RAID – Kosten
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