Network Attached Storage

NAS Laufwerke finden sich mittlerweile in vielen kleinen mittelständischen Unternehmen, aber auch in vielen Privathaushalten. Die kostengünstige Alternative zu komplexen Serverlösungen sind leicht einzurichten und ebenso leicht zu verwalten, obwohl es auch komplexere Varianten gibt.

06. Juni 2018 - Sebastian Evers

NAS Laufwerke erfreuen sich in den letzten Jahren immer größerer Beliebtheit. Anstatt eine reguläre externe Festplatte per USB oder FireWire am eigenen Computer anzuschließen, verbindet man die Netzwerkspeicher einfach mit dem heimischen Router und die dargebotene Speicherkapazität kann von jedem Client (z. B. PC, Mac, Laptop, MacBook) des eigenen Netzwerks genutzt werden. Die Netzwerkspeicher erhalten eine eigenständige IP Adresse, sowie jeder andere Client im Netzwerk. Ein im NAS Gerät implementierter Server fungiert als Gateway für den Clientzugriff aus dem Netzwerk. Dieser Serverfunktionalität verdanken die Network Attached Storage ihre gemeinhin gebräuchliche Bezeichnung als NAS Server.

Die NAS Speicher bieten einen zentralisierten praktischen Knotenpunkt, um Daten von mehreren Geräten innerhalb eines Netzwerks zu speichern, zu verwalten und abzurufen. Zudem sind die NAS Geräte im Vergleich zu komplexeren individuell angepassten Serverlösungen wesentlich kostengünstiger. Aus diesem Grund finden immer mehr NAS Server Verwendung im Kleinstgewerbe oder kleinen mittelständischen Unternehmen. Hinzu kommt, dass sowohl der Einrichtungsaufwand als auch der Verwaltungsaufwand eines NAS Speichers recht überschaubar ist, sodass es bei NAS Geräten mit einer einzelnen Festplatte kaum mehr bedarf, als das Gerät mit dem Netzwerkrouter oder einem Switch/Netzwerkhub zu verbinden.

Bei NAS Servern mit RAID Funktionen kommt noch die Konfiguration der gewünschten RAID Level hinzu. Klassische moderne Netzwerkspeicher kommen mit zwei oder vier Festplatten daher, woraus sich verschiedene Einrichtungsvarianten ergeben. Bei NAS Speichern mit zwei Festplattensteckplätzen werden meistens die Varianten RAID 0 und RAID 1 angeboten. Bei den Netzwerkfestplatten mit vier Festplatten können neben RAID 0 und RAID 1 auch ein RAID 5, RAID 10 oder RAID 6 konfiguriert werden.

Des Weiteren ermöglich das mdadm neben den RAID Konfigurationen auch non-RAID Konfigurationen wie linear, multipath, faulty oder container.

Network Attached Storage mit RAID

RAID 0 Konfiguration bei Netzwerkspeichern:

Die Konfiguration des RAID 0 (Striping) – keine Redundanz – stellt bei vielen NAS Servern mit mehr als einem Datenträger die Standardeinstellung bzw. Werkskonfiguration dar. Man kann kann davon ausgehen, dass das NAS in fast allen Fällen ein RAID 0 ist, wenn man die schnellstmögliche Einrichtungsvariante vornimmt. Bei einem RAID 0 werden die Festplatten basierend auf der definierten Streifengröße miteinander gestaffelt und gespeicherte Daten innerhalb der Streifen (basierend auf der Kapazität der jeweiligen Datei) versetzt über beide Festplatten hinweg geschrieben. Die vorhandene und nutzbare Speicherkapazität richtet sich hierbei nach der Gesamtkapazität aller involvierter Speichermedien.

Man kann sich das Ganze bei zwei Festplatten so vorstellen wie die beiden Zahnreihen eines Reißverschlusses, die perfekt ineinandergreifen. Der erste Zahn enthält den ersten Teil der Datei, der zweite Zahn den zweiten Teil und der dritte den dritten Teil der Daten und so weiter und so fort. Mit nur einer Zahnreihe lässt sich der Reißverschluss nicht schließen und ebenso hat man bei einer fehlenden Festplatte bei einem RAID 0, abhängig von der Streifen- und Dateikapazität, nur noch die Hälfe der Datei – dies entspricht dann einer defekten Datei. RAID 0 eignet sich hervorragend für performante Aufgaben, bei denen eine verifzierte Datensicherung des Datenbestands existiert oder für Daten deren Verlust verkraftbar ist.

Für brisante und unwiederbringliche Datenbestände ist eine RAID 0 Konfiguration bei einem NAS Server oder einem klassischen Server in jedem Fall nicht zu empfehlen. Die Vorteile sind die hohe Performance und die schnelle Schreib- und Lesegeschwindigkeit.

RAID 1 Konfiguration bei Netzwerkspeichern:

Mit der Einrichtung einer RAID 1 (Mirroring) Spiegelung erreicht man eine echte Redundanz. Die gespeicherten Daten bzw. das gesamte Volumen wird auf die anderen involvierten Datenträger des RAID Verbunds dubliziert, sodass im Falle eines Festplattendefekts der tatsächliche Datenverlust bei Null liegt. Das gilt nicht, wenn Daten beispielsweise versehentlich gelöscht werden ,da diese Änderungen automatisch für alle anderen Dublikate mit übernommen werden.

NAS Speicher mit mitgelieferten Festplatten haben zumeist das Problem, dass diese Festplatten z. B. aus der selben Charge stammen können (fortlaufende oder sehr ähnliche Seriennummern). Demnach könnte bereits ein Werksfehler, ein Sturz oder eine starke Erschütterung des Gerätes (Transportschaden) alle Festplattenspeicher einer Lieferung mit einem vorbelastenden Defekt versehen haben. Fallen die Datenträger nun zeitnahe nacheinander aus, so kann auch die Redundanz eines RAID 1 ohne zusätzliches Backup effektiv keinen Datenverlust vorbeugen.

Trivia: Mache NAS Geräte mit einzelnen Festplatten sind per mdadm als „RAID 1 degraded“ vorkonfiguriert. Das bedeutet, dass das NAS Gehäuse mit einem einzelnen Steckplatz für nur eine einzige Festplatte wie ein RAID 1 mit zwei Festplatten, von denen eine ausgefallen ist, angelegt wurde.

RAID 5 und RAID 6 Konfiguration bei Netzwerkspeichern:

Ein RAID 5 (Parity) lässt sich mit einem Minimum von drei Festplatten bilden, beispielsweise in einem 4-bay NAS Server, welcher ein RAID 5 Volumen ermöglicht. Der große Vorteil von RAID 5 ist, dass es zum einen performant ist, als auch eine gewisse Ausfallsicherheit bietet, die nur noch vom nächst höheren RAID 6 Level (minimal vier Festplatten erforderlich) übertroffen wird. Ein bestehender RAID 5 Verbund kann den Ausfall einer Festplatte verkraften und dennoch die Daten bereit stellen. Erst sobald eine weitere Festplatte ausfallen sollte, wechselt das RAID aus dem „degraded mode“ zu RAID „offline“.

Bei einem RAID 6 erlaubt der Verbund sogar den Ausfall zweier defekter Festplatten aufgrund von SMART-Fehlern oder ähnlichen Ursachen, bevor das RAID 6 „offline“ ist. Durch die bei RAID 5 und RAID 6 zeitgleich angelegte Parität, die über alle involvierten Datenträger geschrieben wird lässt sich der RAID Verbund nach dem Austausch der defekten Speichermedien „rebuilden“ und die Informationen auf die ersetzen Datenträger spielen. Kritisch wird es dann wenn im Rebuildprozess eine weitere Festplatte (RAID 5) oder eine bis zwei weitere Festplatte, abhängig von den bereits ausgefallenen Festplatten (RAID 6), ausfallen

RAID 4 Konfiguration bei Netzwerkspeichern:

RAID 4 lässt sich auf mdadm Basis durchaus konfigurieren und entspricht hinsichtlich der Ausfalltoleranz einem RAID 5, findet aber, angesichts der vollständig auf einer separaten Festplatte befindlichen Parität, so gut wie keine Anwendung.

RAID 10 Konfiguration bei Netzwerkspeichern:

Ein RAID 10 Verbund stellt eine Kombination aus den Redundant Array of Independet Disk Varianten RAID 1 und RAID 0 dar. Hierbei wird ein RAID 0 über mehrere RAID 1 hinweg angelegt. Dieses bietet eine erhöhte Sicherheit sowie gesteigerte Schreib- und Lesezugriffe. Dort, wo eine 0+1 (RAID 01) Konfiguration nicht in der Lage ist, den Defekt in einem untergeordneten RAID 0 einer einzelnen Festplatte des Verbunds zuzuordnen, ermöglicht RAID 10 eine schnelelre Wiederherstellung nach einem Datenträgerausfall, da beim Festplattentausch nur ein Teil der Daten „rebuild“ werden muss. Für ein RAID 10 werden mindestens vier Festplatten benötigt. Die maximale Ausfalltoleranz liegt bei vier eingesetzen Speichermedien bei zwei, unter der Voraussetzung, dass die beiden ausgefallen Festplatten nicht beide der ersten oder der zweiten Position der beiden RAID 0 entsprechen.

Dateisysteme bei Network Attached Storage:

Da mdadm eine Hilfssoftware unter Linux zur Verwaltung von Software RAIDs ist, sind die eingesetzen Dateisysteme auf den NAS Systemen ebenfalls linuxbasierend. Mit Ausnahme des bei den NAS Servern von Buffalo eingesetzten XFS Dateisystemen sind dies bei den anderen Herstellern (Seagate, WD, QNAP, Thecus etc.) im Regelfall ext3 oder ext4.

Häufige Fehlerbilder für Datenverlust bei NAS:

NAS Firmware updaten:

Es empfiehlt sich im Rahmen eines anstehenden Firmwareupdates die Daten auf dem NAS anderweitig zu sichern – generell sollte eine aktuelle Datensicherung existieren. Im Rahmen eines Updates für die Gerätefirmware des NAS Server kann es vorkommen, dass dieses quasi auf Werkszustand zurück versetzt wird. Die Hersteller selbst weisen in der Bedienungsanleitung darauf hin, dass unbedingt eine Datensicherung vorgenommen werden sollte, um Datenverlust vorzubeugen. Bei NAS Servern mit RAID Funktion kann es passieren, dass mit dem Update die bestehende RAID Konfiguration gelöscht bzw. ein neues RAID Volumen angelegt wird.

Kein Papierkorb eingerichtet, Daten vom NAS gelöscht:

Das Aktivieren des Papierkorbs in einem gemeinsam verwendeten Ordner ermöglicht die Speicherung gelöschter Dateien in einem separaten Unterordner. So lassen sich gelöschte Dateien aus dem Papierkorb wiederherstellen. Mit der Leerung des Papierkorbs lassen sich Daten nach der Verifizierung des beabsichtigten Löschvorgangs administrativ endgültig löschen. Ist kein Papierkorb eingerichtet, so lässt sich die Wiederherstellung der Dateien nicht mehr mit moderatem Aufwand bewerkstelligen.

NAS Freigaben gelöscht:

Bei einigen NAS Servern kann es passieren, dass mit dem Entfernen bzw. der Löschung der Freigaben auch die entsprechenden Datenverzeichnisse gelöscht werden. Ist dann kein Papierkorb aktiviert sind aufwändigere Maßnahmen erforderlich um die entfernten Daten zu retten. In solchen Fällen sollte es unbedingt vermieden werden neue oder weitere Daten auf dem NAS zu speichern, um die gelöschten Daten nicht sukzessive zu überschreiben.

Festplattenausfall beim NAS:

Der Ausfall einer NAS-Festplatte ist mit eine der häufigsten Ursachen für Datenverlust bei NAS Servern. Sei es der Ausfall der einzigen Festplatte in einem NAS mit einer Festplatte oder einem RAID 0, der Ausfall beider Festplatten beim RAID 1 oder der Ausfall zu vieler Festplatten bei RAID 10, RAID 5 oder RAID 6. Speziell bei RAID 5 kommt es oft vor, dass im Verlauf des Rebuilds nach dem Austausch der defekten Festplatte eine weitere NAS-Festplatte ausfällt und danach kein Zugriff mehr möglich und das RAID offline ist.

NAS Server Controller defekt:

In vielen Fällen kann es vorkommen dass nicht die im NAS verbauten Datenträger, sondern das NAS Gerät oder der Controller defekt ist. Dafür kann es die unterschiedlichsten Ursachen (z. B. Überspannung, Blitzschlag, Werksfehler) geben. Bei einer externen Festplatte oder einem DAS (Direct Attached Storage) wäre es nun ein leichtes, die Festplatte auszubauen und per USB Adapter oder per SATA am Computer anzuschließen. Da die meisten NAS Server allerdings ein Linuxdateisystem einsetzen, wird man mit einem Windows oder MacOS nicht zugreifen können.

Zudem muss davon abgeraten werden RAID Festplatten aus dem NAS in ein nahezu baugleiches Gerät zu integrieren. In diversen Fällen hat das neue Geräte einen neuen RAID Verbund angelegt und die ursprüngliche RAID Konfiguration überschrieben. Sind erst wichtige RAID Parameter überschrieben, dann kann eine Datenrettung besonders aufwändig werden.