Tag 7: RAID & Network Storage

IHK-Vorbereitung · Fachinformatiker Systemintegration

Tag 7: RAID & Network Storage

RAID-Level

7 Level

RAID 0, 1, 5, 6, 10, 50, 60 – alle prüfungsrelevant

Speicherprotokolle

3 Protokolle

SMB, NFS (Dateiebene) und iSCSI (Blockebene)

AP Teil 1 & Teil 2

Prüfungsrelevante Themen

RAID-Level erklären, Unterschiede benennen, Anwendungsfall zuordnen
Speicherkapazität und Ausfalltoleranz berechnen
Unterschied NAS vs. SAN erklären
Protokolle SMB, NFS, iSCSI kennen und abgrenzen
Geeignetes RAID-Level für ein Szenario auswählen und begründen

Schnellübersicht: RAID-Vergleich

Alle Level auf einen Blick

RAID	Mindestplatten	Ausfalltoleranz	Nutzkapazität	Leseperf.	Schreibperf.
0 – Striping	2	0 Platten	100 %	Sehr gut	Sehr gut
1 – Mirroring	2	1 Platte	50 %	Gut	Mittel
5 – Striping + 1 Parität	3	1 Platte	(n−1)/n	Gut	Mittel
6 – Striping + 2 Parität	4	2 Platten	(n−2)/n	Gut	Geringer
10 – Striping + Mirror	4	1 je Spiegel	50 %	Sehr gut	Sehr gut
50 – RAID 5+0	6	1 je Gruppe	variabel	Sehr gut	Gut
60 – RAID 6+0	8	2 je Gruppe	variabel	Sehr gut	Mittel

Merkhilfe: Typische Prüfungsfragen

„Welches RAID setzt man ein, wenn maximale Performance und kein Datenverlustrisiko toleriert wird?" → RAID 0 (Achtung: keine Redundanz!)
„Eine Firma betreibt 6 Festplatten à 4 TB im RAID 5. Wie viel Speicher steht nutzbar zur Verfügung?" → 5 × 4 TB = 20 TB
„Warum eignet sich RAID 6 besser als RAID 5 für große Festplattenverbände?" → 2 Platten dürfen ausfallen; bei großen Kapazitäten ist Rebuild-Zeit länger → zweiter Ausfall realer
„Unterschied NAS und SAN in einem Satz?" → NAS = Dateizugriff über Netzwerk; SAN = Blockzugriff über dediziertes Netzwerk
„Welches Protokoll wird für dateibasierten Zugriff unter Windows eingesetzt?" → SMB

RAID 0

Striping

Kein Alias – reine Performance

Daten werden in Blöcke aufgeteilt und abwechselnd (im Stripe) auf alle Festplatten geschrieben. Es gibt keine Redundanz. Fällt eine Platte aus, sind alle Daten verloren.

D1A1

D2A2

D3A3

Alle Blöcke gestripped – volle Kapazität, volle Speed

Mindestplatten

Ausfalltoleranz

0 Platten

Nutzkapazität

n × Plattengröße (100 %)

Typischer Einsatz

Video-Editing, Gaming (keine kritischen Daten)

✓ Vorteile

Maximale Lese- & Schreibgeschwindigkeit
100 % der Kapazität nutzbar

✗ Nachteile

Keinerlei Redundanz
Erhöhtes Ausfallrisiko (je mehr Platten, desto höher)

RAID 1

Mirroring (Spiegelung)

„Spiegel-RAID"

Alle Daten werden identisch auf zwei (oder mehr) Platten gespiegelt. Eine Platte ist reine Kopie der anderen. Sehr einfaches Konzept mit maximaler Datensicherheit bei 2 Platten.

D1Orig.

→

D2Spiegel

D1 und D2 sind stets identisch

Mindestplatten

Ausfalltoleranz

1 Platte (n−1 bei mehr)

Nutzkapazität

50 % (1 × Plattengröße)

Typischer Einsatz

OS-Laufwerk, kleine kritische Systeme

✓ Vorteile

Einfachste Redundanz
Schnelles Lesen (beide Platten nutzbar)
Rebuild sehr schnell

✗ Nachteile

Nur 50 % Kapazität nutzbar
Schreiben nicht schneller als Einzelplatte

RAID 5

Striping mit verteilter Parität

„Der Klassiker" im Unternehmensbereich

Daten werden gestripped und für jeden Stripe wird ein Paritätsblock (XOR) berechnet. Die Parität rotiert über alle Platten. Aus den verbleibenden Platten kann die ausgefallene Platte rekonstruiert werden.

D1Data

D2Data

PParität

D3Data

Parität rotiert über alle Platten

Mindestplatten

Ausfalltoleranz

1 Platte

Nutzkapazität

(n − 1) × Plattengröße

Typischer Einsatz

Dateiserver, NAS-Systeme, Web-Server

✓ Vorteile

Gute Balance aus Performance, Kapazität, Sicherheit
Weit verbreitet, gute Hardwareunterstützung

✗ Nachteile

Nur 1 Platte Ausfalltoleranz
Rebuild bei großen Platten dauert lang → Risiko
Schreib-Overhead durch Paritätsberechnung

RAID 6

Striping mit doppelter Parität

Wie RAID 5, aber sicherer

Wie RAID 5, aber es werden zwei unabhängige Paritätsblöcke (P und Q) je Stripe berechnet. Damit können gleichzeitig zwei Platten ausfallen, ohne Datenverlust.

D1Data

D2Data

PPar.1

QPar.2

Zwei rotierende Paritätsblöcke

Mindestplatten

Ausfalltoleranz

2 Platten gleichzeitig

Nutzkapazität

(n − 2) × Plattengröße

Typischer Einsatz

Unternehmens-Storage, Archivserver, große Arrays

✓ Vorteile

Sehr hohe Datensicherheit
Empfohlen bei Platten > 4 TB (lange Rebuild-Zeit)

✗ Nachteile

Höherer Schreib-Overhead als RAID 5
Teurer: mindestens 4 Platten, 2 als Overhead

RAID 10

Striped Mirror (RAID 1+0)

„Das Premium-RAID" für Datenbanken

Kombination aus RAID 1 und RAID 0: Zuerst werden Spiegelpaare (RAID 1) gebildet, dann werden diese Paare miteinander gestripped (RAID 0). Hohe Performance und Redundanz – zum Preis von 50 % Kapazität.

D1Orig.

D2Spiegel

D3Orig.

D4Spiegel

Zwei Spiegel-Paare → gestripped

Mindestplatten

4 (geradzahlig)

Ausfalltoleranz

1 Platte je Spiegel-Paar

Nutzkapazität

50 % der Gesamtkapazität

Typischer Einsatz

Datenbankserver, Virtualisierung (hohe I/O)

✓ Vorteile

Beste Performance unter redundanten RAIDs
Sehr schneller Rebuild (nur Spiegel neu schreiben)

✗ Nachteile

Nur 50 % Kapazität nutzbar
Teuer bei vielen Platten

RAID 50

RAID 5+0 (Striped RAID-5-Gruppen)

Skalierbare Lösung für große Storage-Arrays

Mehrere RAID-5-Gruppen werden miteinander zu einem RAID-0-Stripe verbunden. Jede RAID-5-Gruppe toleriert 1 Plattenausfall. Höhere Performance und bessere Skalierbarkeit als einfaches RAID 5.

Zwei RAID-5-Gruppen → gestripped

Mindestplatten

6 (min. 2 Gruppen à 3)

Ausfalltoleranz

1 Platte je RAID-5-Gruppe

Nutzkapazität

Abhängig von Gruppenanzahl/-größe

Typischer Einsatz

Große Unternehmens-Arrays, Backup-Systeme

✓ Vorteile

Bessere Performance als RAID 5
Gut skalierbar

✗ Nachteile

Fällt in einer Gruppe eine zweite Platte aus, sind alle Daten verloren
Komplex in der Verwaltung

RAID 60

RAID 6+0 (Striped RAID-6-Gruppen)

Maximum an Sicherheit und Performance

Wie RAID 50, aber mit RAID-6-Gruppen statt RAID-5-Gruppen. Jede Gruppe toleriert 2 gleichzeitige Plattenausfälle. Wird bei sehr großen, kritischen Storage-Systemen eingesetzt.

Zwei RAID-6-Gruppen → gestripped

Mindestplatten

8 (min. 2 Gruppen à 4)

Ausfalltoleranz

2 Platten je RAID-6-Gruppe

Nutzkapazität

Abhängig von Gruppenanzahl/-größe

Typischer Einsatz

Sehr große Unternehmens-Storage, Rechenzentren

✓ Vorteile

Höchste Datensicherheit in einem Verbund
Sehr gute Performance durch Stripe über Gruppen

✗ Nachteile

Viele Platten als Overhead (2 Parität je Gruppe)
Hoher Controller-Aufwand, teuer

Grundunterschied

NAS vs. SAN – das Wichtigste zuerst

Der entscheidende Unterschied liegt in der Zugriffsebene: NAS arbeitet auf Dateiebene, SAN auf Blockebene. Für die Prüfung muss man diesen Unterschied klar benennen und Einsatzszenarien zuordnen können.

NAS

Network Attached Storage

Zugriff auf Dateiebene über das normale LAN/WLAN. Ein NAS-System ist ein eigenständiges Gerät mit eigenem Betriebssystem, das Freigaben über Netzwerkprotokolle (SMB, NFS) zur Verfügung stellt.

Anschluss über normales Ethernet (TCP/IP)
Günstig, einfach zu administrieren
Ideal für Dateifreigaben, Backups, Home-Verzeichnisse
Typische Beispiele: Synology, QNAP, Netgear ReadyNAS

✓ Stärken

Kostengünstig
Einfache Einrichtung
Für viele gleichzeitige Nutzer geeignet

✗ Grenzen

Teilt Bandbreite mit dem Netzwerk
Latenz höher als SAN
Kein echtes Block-Device

SAN

Storage Area Network

Zugriff auf Blockebene über ein dediziertes Speichernetzwerk. Server sehen den SAN-Speicher wie eine lokal angeschlossene Festplatte. Wird in Rechenzentren und Enterprise-Umgebungen eingesetzt.

Eigenes, dediziertes Netzwerk (Fibre Channel oder iSCSI)
Sehr hohe Performance und niedrige Latenz
Ideal für Datenbankserver, Virtualisierung (z.B. VMware)
Typische Hersteller: EMC (Dell), NetApp, HPE, IBM

✓ Stärken

Sehr hohe Performance
Niedrige, konstante Latenz
Zentraler, hochverfügbarer Speicher

✗ Grenzen

Sehr teuer (Hardware + Administration)
Komplex in Einrichtung und Betrieb

Direktvergleich NAS vs. SAN

Kriterium	NAS	SAN
Zugriffebene	Dateiebene	Blockebene
Protokolle	SMB, NFS, FTP	Fibre Channel, iSCSI, FCoE
Netzwerk	Standard LAN (Ethernet)	Dediziertes SAN-Netzwerk
Performance	Mittel (netzwerkabhängig)	Sehr hoch (dediziert)
Kosten	Gering–mittel	Hoch–sehr hoch
Einsatz	Dateifreigaben, Backup, SMB	Datenbank, Virtualisierung, RZ
Administration	Einfach (Web-GUI)	Komplex (Spezialwissen nötig)

Prüfungstipp

Szenariofragen richtig zuordnen

„Ein KMU möchte Dateien zentral für 20 Mitarbeiter ablegen" → NAS (einfach, kostengünstig, Dateifreigabe)
„Ein Rechenzentrum betreibt 50 VMs, die alle auf gemeinsamen Speicher zugreifen" → SAN (Blockzugriff, hohe Performance, Live Migration möglich)
„Ein Datenbankserver benötigt extrem geringe I/O-Latenz" → SAN
„Eine Schule benötigt einen zentralen Backup-Speicher" → NAS

Überblick

Netzwerkspeicher-Protokolle

Die drei prüfungsrelevanten Protokolle unterscheiden sich in Zugriffebene, Betriebssystemherkunft und typischen Einsatzgebieten. Man muss sie klar voneinander abgrenzen können.

🪟

SMB – Server Message Block

Dateiprotokoll für Windows-Netzwerke. Ermöglicht den Zugriff auf Dateifreigaben, Drucker und andere Ressourcen im Netzwerk. In Linux-Umgebungen durch Samba implementiert.

Standard unter Windows für Netzlaufwerke (\\Server\Freigabe)
Neuere Version: SMB 3.x (verschlüsselt, komprimiert)
Port: 445/TCP (modern), früher auch 139/TCP (NetBIOS)
Authentifizierung via Active Directory oder lokale Konten

Dateiebene Windows Port 445 NAS-Protokoll

🐧

NFS – Network File System

Dateiprotokoll aus der Unix/Linux-Welt (Sun Microsystems, 1984). Ermöglicht das Einbinden (Mounten) von entfernten Verzeichnissen, als wären sie lokal vorhanden.

Standard in Linux/Unix-Umgebungen für Netzwerkverzeichnisse
Aktuelle Version: NFS v4.x (mit Authentifizierung und Verschlüsselung)
Port: 2049/TCP+UDP
Syntax: /etc/exports auf dem Server, mount auf dem Client

Dateiebene Linux/Unix Port 2049 NAS-Protokoll

💾

iSCSI – Internet Small Computer Systems Interface

Blockprotokoll, das das SCSI-Kommandoprotokoll über TCP/IP überträgt. Ermöglicht den Zugriff auf remote Blockspeicher über normales Ethernet – ohne teures Fibre Channel.

Das System sieht den Speicher wie eine lokale Festplatte (Block Device)
Geeignet für Virtualisierung, Datenbankserver, SAN über IP
Port: 3260/TCP
Begriffe: Initiator (Client, der Speicher anfragt) und Target (Server, der Speicher bereitstellt)

Blockebene SAN über IP Port 3260 Initiator/Target

Protokoll-Vergleich auf einen Blick

Kriterium	SMB	NFS	iSCSI
Zugriffebene	Datei	Datei	Block
Herkunft	Microsoft	Sun/Unix	IETF (Standard)
Typisches OS	Windows	Linux/Unix	Betriebssystemunabhängig
Port	445/TCP	2049/TCP+UDP	3260/TCP
Speichertyp	NAS	NAS	SAN (IP-basiert)
Authentifizierung	NTLM / Kerberos	Kerberos (v4), UID/GID	CHAP (Challenge-Handshake)
Einsatz	Windows-Dateiserver, AD-Umgebungen	Linux-Heimat, NFS-Home-Dirs	VM-Storage, DB-Server

Prüfungstipp

Typische Szenariofragen

„Windows-Server soll Laufwerke für Windows-Clients freigeben" → SMB
„Linux-Clients sollen ein Home-Verzeichnis zentral einbinden" → NFS
„Ein VMware-Cluster soll einen zentralen Datenspeicher über das LAN als Block-Device nutzen" → iSCSI
„Wie heißen die beiden Rollen bei iSCSI?" → Initiator (Client) und Target (Server)
„Welches Protokoll arbeitet auf Blockebene?" → iSCSI (SMB und NFS sind Dateiprotokolle)

Merktabelle

Ports merken

SMB

445

TCP – Windows-Dateifreigabe

NFS

2049

TCP + UDP – Unix/Linux-Netzwerkdateisystem

iSCSI

3260

TCP – Block-Storage über IP

Fibre Channel

–

Kein IP-Port – eigenes FC-Protokoll (kein TCP/IP)