Storage & Virtualisierung

RAID im Server-Kontext

Die RAID-Grundlagen (Level, Striping, Mirroring, Parity) hast du bereits in AP1 unter „IT-Systeme & Hardware" gelernt. Hier geht es um den Einsatz von RAID in Server- und Storage-Umgebungen, also um die Frage, welches Level für welchen Server-Zweck sinnvoll ist.

• RAID 1 für Betriebssystem-Volumes: geringe Kapazität, aber maximale Ausfallsicherheit für System- und Boot-Partitionen.
• RAID 5 für Fileserver mit überwiegend lesendem Zugriff: gute Kapazitätsausnutzung, verkraftet den Ausfall einer Platte, aber Schreib-Penalty durch Paritätsberechnung.
• RAID 6 für große Datenmengen mit hohen Sicherheitsanforderungen: verkraftet den Ausfall von zwei Platten gleichzeitig — wichtig, weil bei großen HDDs (mehrere TB) der Rebuild nach einem Plattenausfall Stunden dauern kann und in dieser Zeit ein zweiter Ausfall droht.
• RAID 10 für Datenbank- und Virtualisierungsserver mit hohem I/O-Aufkommen: kombiniert Performance und Redundanz, kostet aber die Hälfte der Rohkapazität.

In der Praxis läuft RAID auf Servern meist über einen Hardware-RAID-Controller mit eigenem Cache (oft batteriegepuffert, „BBU") statt über Software-RAID im Betriebssystem, weil das die CPU entlastet und die Performance planbarer macht. Zusätzlich gehört ein Hot-Spare zur Server-Praxis: eine bereitstehende Reserveplatte, die bei Ausfall automatisch in den Verbund einspringt, damit der Rebuild sofort beginnt.

SAN vs. NAS

Beide Konzepte stellen zentralen Speicher für mehrere Server bzw. Clients bereit, unterscheiden sich aber grundlegend in der Zugriffsebene.

SAN — Storage Area Network

Ein SAN stellt Block-Storage bereit: Der anfragende Server sieht ein Rohvolume (LUN) wie eine lokale Festplatte und verwaltet selbst das Dateisystem darauf. Der Zugriff erfolgt über ein eigenes, meist dediziertes Speichernetz.

NAS — Network Attached Storage

Ein NAS stellt Datei-Storage bereit: Das NAS-System verwaltet selbst ein Dateisystem und gibt Clients einzelne Dateien/Freigaben über Standard-Netzwerkprotokolle frei. Der Client sieht keine Blöcke, sondern fertige Dateien.

Kriterium	SAN	NAS
Zugriffsebene	Block-Storage	Datei-Storage
Typisches Protokoll	FC, iSCSI	NFS, SMB/CIFS
Dateisystem verwaltet von	anfragendem Server	NAS-System selbst
Performance	sehr hoch, latenzarm	gut, netzwerkabhängig
Einsatzszenario	Datenbanken, VM-Datastores	Dateifreigaben, Home-Verzeichnisse
Kosten/Komplexität	hoch (eigenes Netz)	niedriger (Standard-LAN)

Merksatz: SAN liefert eine Festplatte, NAS liefert eine Datei.

Speicherprotokolle

• Fibre Channel (FC): dediziertes, sehr schnelles Speichernetz auf Blockebene, eigene Verkabelung/Switches, klassisches SAN-Protokoll mit geringer Latenz — hoher Anschaffungspreis, daher vor allem in großen Rechenzentren.
• iSCSI: überträgt SCSI-Blockbefehle gekapselt in IP-Pakete über Standard-Ethernet. Günstigere SAN-Alternative zu FC, da vorhandene Netzwerktechnik genutzt werden kann, dafür stärker von der Netzwerklast abhängig.
• NFS (Network File System): Datei-Freigabeprotokoll, ursprünglich aus der Unix/Linux-Welt, arbeitet auf Dateiebene über TCP/IP.
• SMB/CIFS (Server Message Block): Datei-Freigabeprotokoll aus der Windows-Welt (z. B. Netzlaufwerke, Freigaben), heute auch plattformübergreifend nutzbar.

Die Einordnung ist prüfungsrelevant: FC und iSCSI arbeiten auf Blockebene (SAN), NFS und SMB/CIFS auf Dateiebene (NAS). iSCSI ist dabei ein Sonderfall, weil es blockbasiert ist, aber über normales IP-Netzwerk läuft statt über ein dediziertes Speichernetz wie FC.

Virtualisierungskonzepte

Virtualisierung trennt Betriebssystem und Anwendung von der physischen Hardware ab. Ein Hypervisor verwaltet die virtuellen Maschinen (VMs) und teilt ihnen CPU, RAM, Storage und Netzwerk zu.

Typ	Funktionsweise	Beispiele
Typ 1 (Bare-Metal)	läuft direkt auf der Hardware, kein Host-Betriebssystem nötig	VMware ESXi, Microsoft Hyper-V
Typ 2 (Hosted)	läuft als Anwendung auf einem bestehenden Host-Betriebssystem	Oracle VirtualBox, VMware Workstation

Typ-1-Hypervisor kommen im Server-/Rechenzentrumsbereich zum Einsatz, weil sie näher an der Hardware laufen und dadurch effizienter und performanter sind. Typ-2-Hypervisor eignen sich eher für Test- und Entwicklungsumgebungen auf Arbeitsplatzrechnern.

Vorteile der Virtualisierung

• Konsolidierung: mehrere logische Server auf einem physischen Host bündeln, dadurch bessere Auslastung der Hardware und geringere Anschaffungs-/Betriebskosten.
• Snapshots: Zustand einer VM zu einem Zeitpunkt sichern, um bei Fehlern (z. B. fehlgeschlagenes Update) schnell zurückzuspringen.
• Live-Migration: Verschieben einer laufenden VM auf einen anderen Host ohne spürbare Unterbrechung — wichtig für Wartungsfenster ohne Ausfallzeit.
• Bessere Isolation und flexiblere Ressourcenzuteilung als bei physischer Trennung.

Container vs. virtuelle Maschine

Der zentrale Unterschied liegt beim Kernel: Eine VM bringt ein komplettes eigenes Betriebssystem inklusive eigenem Kernel mit und wird vom Hypervisor emuliert. Ein Container teilt sich den Kernel des Host-Betriebssystems und isoliert nur den Anwendungsprozess mit seinen Bibliotheken/Abhängigkeiten (z. B. über Linux-Namespaces und Cgroups).

• Container sind dadurch deutlich leichtgewichtiger und starten in Sekunden statt Minuten.
• Container laufen nur auf einem kompatiblen Host-Kernel (z. B. Linux-Container brauchen einen Linux-Host), VMs sind darin flexibler, da sie ein eigenes OS mitbringen.
• VMs bieten stärkere Isolation, da sie eigene Kernel-Instanzen besitzen — wichtig bei hohen Sicherheitsanforderungen.

Docker-Grundbegriffe

• Image: unveränderliche Vorlage mit Anwendung, Bibliotheken und Konfiguration, aus der Container gestartet werden.
• Container: eine laufende Instanz eines Images, isoliert vom Host-System, aber mit geteiltem Kernel.
• Dockerfile: Textdatei mit Befehlen (z. B. FROM, RUN, COPY, CMD), aus der ein Image gebaut wird — Grundlage für reproduzierbare, versionierbare Deployments.

Storage-Kalkulation: Grundverständnis

Bei RAID-Verbünden unterscheidest du zwischen Bruttokapazität (Summe aller Rohkapazitäten der eingebauten Platten) und Nutzkapazität (tatsächlich für Daten verfügbarer Speicher nach Abzug von Parität/Spiegelung). Beispiel: Bei RAID 5 mit 4 Platten à 2 TB steht eine Platte rechnerisch für Parität zur Verfügung — die Nutzkapazität beträgt also 3 × 2 TB = 6 TB, nicht 8 TB brutto.

IOPS (Input/Output Operations Per Second) beschreibt, wie viele Lese-/Schreibvorgänge ein Speichersystem pro Sekunde verarbeiten kann. Der Wert sagt etwas über die Zugriffsgeschwindigkeit bei vielen kleinen, wahlfreien Zugriffen aus (z. B. Datenbank-Transaktionen) — im Gegensatz zum reinen Durchsatz (MB/s), der eher bei großen, sequenziellen Datenübertragungen relevant ist. SSDs erreichen um Größenordnungen höhere IOPS-Werte als klassische HDDs, weshalb sie bevorzugt für Datenbank- und Virtualisierungs-Storage eingesetzt werden.

Backup- und Restore-Planung: RPO & RTO

Notfallplanung (Disaster Recovery) steht und fällt mit zwei Kennzahlen, die festlegen, wie und wie oft gesichert werden muss.

RPO — Recovery Point Objective

Der RPO legt fest, wie viel Datenverlust maximal tolerierbar ist — gemessen als Zeitspanne zwischen der letzten Sicherung und einem Ausfall. Ein RPO von 4 Stunden bedeutet: Es dürfen maximal die Daten der letzten 4 Stunden verloren gehen. Der RPO bestimmt direkt das Sicherungsintervall — je kleiner der geforderte RPO, desto häufiger muss gesichert werden.

RTO — Recovery Time Objective

Der RTO legt fest, wie lange die Wiederherstellung nach einem Ausfall maximal dauern darf, bis das System wieder produktiv nutzbar ist. Der RTO bestimmt damit Technik und Prozess der Wiederherstellung — z. B. ob ein einfacher Restore aus dem Band reicht oder ob ein Hot-Standby-System für eine Wiederherstellung in Minuten nötig ist.

Sicherungsarten im Vergleich

Sicherungsart	Kernprinzip	Sicherungsdauer	Wiederherstellungsdauer
Vollsicherung	sichert immer den kompletten Datenbestand	lang	kurz (ein Durchgang)
Inkrementelle Sicherung	sichert nur Änderungen seit der letzten Sicherung (voll oder inkrementell)	kurz	lang (Vollsicherung + alle Inkremente in Reihenfolge)
Differenzielle Sicherung	sichert alle Änderungen seit der letzten Vollsicherung	mittel, wächst mit der Zeit	mittel (Vollsicherung + letzte Differenz)

Der Zielkonflikt ist prüfungsrelevant: Inkrementelle Sicherungen sind am schnellsten erstellt, aber am langsamsten wiederherzustellen, weil alle Teilsicherungen in der richtigen Reihenfolge eingespielt werden müssen. Differenzielle Sicherungen liegen als Kompromiss dazwischen.

Eine Sicherung ist erst dann wirklich verlässlich, wenn der Wiederherstellungsprozess auch tatsächlich funktioniert — geprüft durch einen regelmäßigen, dokumentierten Restore-Test. Backup ohne Restore-Test ist kein Backup.