NAS und Speicherlösungen: RAID, Prüfsummen, Betrieb

NAS und Speicherlösungen (Network Attached Storage) sind im kleinen und mittleren Umfeld die Grundlage für zentrale Dateiablagen und Sicherungen. Der Unterschied zwischen einem guten und einem schlechten Aufbau zeigt sich selten beim Kauf – sondern beim ersten Ausfall.

Die entscheidende Frage vorher

FALSCH: "Wir brauchen ein NAS."\nRICHTIG: "Wer greift von wo mit welcher\n         Berechtigung auf welche Daten zu -\n         und was passiert beim Ausfall?"\n\nDie Fragen der Reihe nach:\n  1) WELCHE ART von Daten? (Dateien, virtuelle\n     Maschinen, Sicherungen, Datenbanken)\n     # Dateien ueber SMB/NFS: NAS\n     # Virtuelle Maschinen: Blockzugriff (iSCSI/SAN)\n     # oder NAS mit ZFS/Btrfs (funktioniert gut)\n     # Datenbanken: lieber Blockzugriff oder lokal\n  2) WIE VIELE NUTZER gleichzeitig? (Durchsatz)\n  3) WIE VIEL Speicher jetzt und in 3 Jahren?\n  4) WELCHE Anforderungen an Verfuegbarkeit?\n  5) WELCHE Sicherungsstrategie? (separates Ziel!)\n  6) WER ist zustaendig fuer Betrieb und Updates?\n\nWANN EIN NAS (und wann nicht):\n  Gut geeignet: Dateiablage, Sicherungsziel,\n    virtuelle Maschinen, Medien, Zusammenarbeit\n  Schlecht geeignet: Datenbanken mit hoher Last\n    (Latenz, kein Blockzugriff), Dienste mit\n    hohen Sicherheitsanforderungen ohne\n    Netzsegmentierung, alles was Internetzugriff\n    braucht (Standardnas ist kein Webserver)\n  # Und: Ein NAS ist ein Dienst, kein Moebelstueck.\n  # Wer es hinstellt und vergisst, hat in zwei\n  # Jahren eine ungepatchte Kiste mit allen Daten.

Festplattenauswahl

CMR gegen SMR - die wichtigste Frage bei Festplatten:\n  CMR (Conventional Magnetic Recording)\n    Herkoemmliche Aufzeichnung\n    Gleichmaessige Schreibleistung\n    -> Fuer RAID UND NAS geeignet\n  SMR (Shingled Magnetic Recording)\n    Ueberlappende Spuren -> hoehere Kapazitaet\n    Schreiblast bricht bei gemischter Last ein\n    -> Fuer ARCHIVE in Ordnung\n    -> Fuer RAID/NAS PROBLEMATISCH!\n  # In NAS-Platten, die mit CMR verkauft werden,\n  # wurden in der Vergangenheit SMR verbaut -\n  # mit erheblichen Leistungseinbruechen und\n  # Ausfaellen aus Wiederherstellungen.\n  # VOR DEM KAUF pruefen, welche Technologie\n  # die Platte nutzt. Der Hersteller nennt es\n  # manchmal nicht - dann beim Hersteller fragen\n  # oder eine bekannt CMR-Platte waehlen.\n\nNAS-Platten gegen Arbeitsplatz-Platten:\n  NAS-Platten (Western Digital RED Plus/Pro,\n    Seagate IronWolf) sind fuer Dauerbetrieb,\n    Vibration und RAID ausgelegt (TLER/ERC).\n  # "TPU"-Platten aus dem Sonderangebot in einem\n  # NAS sind eine schlechte Idee: Sie brechen\n  # nach Monaten aus, weil sie nicht fuer\n  # Dauerlast und Vibration gebaut sind.\n\nWeitere Kennzahlen:\n  Dauerbetrieb (24/7) und Lastzyklen\n  Fehlerkorrekturzeit (ERC/ERC) - wichtig fuer RAID!\n    # Ohne ERC kann eine Platte mit einem Lesefehler\n    # den Controller so lange blockieren, dass\n    # der Controller sie aus dem Verbund wirft.\n  Kapazitaet <- ZULETZT pruefen! (gross ist nicht\n    automatisch gut: groessere Platten = laengere\n    Wiederherstellung)

RAID-Varianten für NAS

RAID 1   Zwei Platten gespiegelt, 50 % Nutzung\n         Einfach, schnell bei Wiederherstellung\n         # Fuer kleine Systeme (2-4 Platten) ideal\nRAID 5   n-1 Platten nutzbar, eine Paritaet\n         # PROBLEM: Bei grossen Platten (ueber 4 TB)\n         # dauert die Wiederherstellung viele Stunden\n         # bis Tage. Ein zweiter Fehler in der Zeit\n         # ist ein Totalverlust.\n         # Heute kaum noch empfehlenswert.\nRAID 6   n-2 nutzbar, zwei Paritaeten\n         # Besser fuer grossere Systeme - zwei\n         # gleichzeitige Ausfaelle verkraftbar\n         # Preis: 2 Platten "Verlust" und langsamere\n         # Schreibvorgaenge\nRAID 10  Spiegelung + Streifen, 50 % Nutzung\n         # Beste Leistung, schnellste Wiederherstellung\n         # Hoher Preis (50 % Nutzung)\n         # Fuer virtuelle Maschinen und Datenbanken\nRAIDZ (ZFS) RAIDZ1/2/3\n         # ZFS-Variante mit Pruefsummen und\n         # Selbstheilung - sehr empfehlenswert\n         # ACHTUNG: ZFS laesst sich nicht erweitern wie\n         # klassisches RAID - vorher planen!\n         # Ein Pool aus vdevs (je vdev Verlusttoleranz)\n         # Widerherstellung: resilver, meist schneller\n         # als klassisches RAID\n\n"Zwei Platten, eine Paritaet" (SHR, FlexRAID):\n  Vereinfachte Varianten von Synology/QNAP\n  # Praktisch fuer Heimanwender, aber die\n  # Einschraenkungen (fehlende Erweiterbarkeit,\n  # Mischbetrieb unterschiedlicher Groessen)\n  # sind genau zu pruefen.\n  # Fuer geschaeftlichen Einsatz: klassisches\n  # RAID oder ZFS waehlen - nachvollziehbarer.\n\nWICHTIG:\n  Ein RAID ist KEINE Sicherung!\n  # Es schuetzt vor Plattenausfall - nicht vor\n  # Loeschen, Ransomware, Verschluesselung,\n  # Diebstahl, Wasser, Fehler der Anwendung.\n  # Ein NAS als einziges Sicherungsziel ist\n  # ein einzelner Ausfallpunkt (siehe unten).

Datenintegrität und Selbstheilung

PRUEFSUMMEN (ZFS, Btrfs) - der wichtigste Vorteil\n  # Jeder Block hat eine Pruefsumme.\n  # Beim Lesen wird geprueft: Stimmt die\n  # Pruefsumme noch?\n  #   Ja   -> Daten unveraendert\n  #   Nein -> Fehler erkannt; bei Redundanz kann\n  #           die Kopie genutzt und der defekte\n  #           Block REPARIERT werden (Selbstheilung)\n  #          ohne Redundanz: Fehler wird GEMELDET\n  #          (statt stumm falsche Daten zu liefern!)\n  # Das ist ein echter Unterschied: Ein klassisches\n  # RAID mit einem Dateisystem ohne Pruefsummen\n  # liefert bei einem "Bit Rot"-Fehler STUMM\n  # falsche Daten.\n  # Deshalb: ZFS oder Btrfs verwenden, wenn die\n  # Daten wichtig sind.\n\n  Regelmaessige Pruefung (scrub) einplanen:\n    zpool scrub meinpool            # ZFS\n    btrfs scrub start /mnt/daten    # Btrfs\n    # Monatlich oder vierteljaehrlich. Der Scrub\n    # liest alle Daten und repariert, was reparierbar\n    # ist - er findet auch "schlafende" Fehler.\n    # Im Scrub laeuft das System langsamer - in eine\n    # ruhige Zeit legen!\n\nMomentaufnahmen (Snapshots):\n  # Kostenlos, sofort, platzsparend (nur Aenderungen)\n  # Der beste Schutz gegen Versehen und Ransomware\n  # (bei unveraenderlichem Ziel: Schutz gegen\n  # Verschluesselung)\n  # Regeln:\n  #   - Automatisch (zeitgesteuert), nicht von Hand\n  #   - Aufbewahrung definieren (stundlich 24,\n  #     taeglich 30, woechentlich 12)\n  #   - NICHT als Sicherung verwenden! Liegen auf\n  #     DEMSELBEN Medium. Verlust des Mediums =\n  #     Verlust der Momentaufnahmen.\n  #   - Bei Ransomware: Momentaufnahmen, die\n  #     beschreibbar sind, sind mitbetroffen!\n  #     Nur unveraenderliche (read-only, Offline,\n  #     WORM) schuetzen wirklich.\n\nIntegritaetspruefung einrichten:\n  # ZFS:      zpool status (Fehler), zpool scrub\n  # Btrfs:    btrfs scrub, btrfs device stats\n  # SMART:    Alle Platten ueberwachen!\n  smartctl -a /dev/sda | grep -E 'Reallocated|Pending|Offline|CRC|Temperature'\n  # PFLICHT: Alarme bei SMART-Warnungen und\n  # bei Scrub-Fehlern. Ohne Alarm ist die\n  # Ueberwachung wertlos.\n  # Kennzahlen: Reallocated_Sector_Ct, Current_Pending_Sector,\n  # UDMA_CRC_Error_Count (steigt -> Kabelproblem!)

Das NAS richtig einbinden

# 1) NETZSEGMENTIERUNG\n#    Ein NAS gehoert NICHT ins Gaestenetz und\n#    nicht direkt ins Internet.\n#    # Wenn Weitergabe noetig ist (Dateiaustausch),\n#    # dann ueber einen Vermittlungsdienst oder\n#    # ein eigenes Segment mit Regeln und\n#    # Protokollierung - nicht ueber einen\n#    # offenen Port (Portweiterleitung auf das NAS\n#    # ist ein bekannter Angriffsweg!).\n\n# 2) VERSCHLUESSELUNG\n#    Plattenverschluesselung (bei Diebstahl!)\n#    # ACHTUNG: Wo liegt der Schluessel? Wenn\n#    # ein NAS nach dem Neustart automatisch\n#    # entschluesselt, hilft die Verschluesselung\n#    # nur gegen Diebstahl im ausgeschalteten\n#    # Zustand - das ist aber der haeufigste Fall.\n#    # Fuer Transportverschluesselung: TLS bei\n#    # Weitergabe, SMB-Signierung im Netz.\n\n# 3) BENUTZER UND RECHTE\n#    - Keine gemeinsamen Konten\n#    - Kein Gastzugang (oder nur auf einem\n#      Segment mit ausschliesslich freigegebenen Daten)\n#    - Rechte je Freigabe, minimal\n#    - Administrative Konten getrennt von\n#      Zugriffskonten!\n#    # Haeufigster Fehler: Das Administratorkonto\n#    # wird fuer die Dateiablage genutzt. Dann hat\n#    # jeder Zugriff auf alles.\n\n# 4) SICHERUNG DES NAS SELBST\n#    Ein NAS ist eine Datenquelle, kein Sicherungsziel.\n#    Je wichtiger die Daten, desto mehr gilt:\n#      NAS -> Sicherung auf ZWEITES Ziel\n#          -> davon eine Kopie AUSSER HAUS\n#          -> eine davon UNVERAENDERLICH\n#    # Replikation NAS-zu-NAS ist KEINE Sicherung:\n#    # Ein Loeschvorgang und ein Ransomware-Befall\n#    # werden mitrepliziert (je nach Konfiguration).\n\n# 5) BETRIEB\n#    - Firmware-Updates! (NAS-Hersteller liefern\n#      regelmaessig Sicherheitsupdates; veraltete\n#      NAS sind ein bekanntes Ziel)\n#    - Kein Cloudzugang ohne Pruefung (Fernzugang\n#      des Herstellers, "QuickConnect"-Funktionen!)\n#    - Ueberwachung: SMART, Auslastung, Temperatur,\n#      freier Platz (Alarm bei 80 %!)\n#    - Versionierte Aufbewahrung pruefen\n#    - Netzteile redundant bei wichtigen Systemen

Prüfliste

Sind die Datenarten und Zugriffsmuster vor der Auswahl geklärt?
Sind die Festplatten CMR (nicht SMR)?
Sind NAS-geeignete Platten gewählt (Dauerbetrieb)?
Ist die RAID-Ebene für die Kapazität geeignet (kein RAID 5 mit großen Platten)?
Sind Prüfsummen und Selbstheilung aktiv (ZFS/Btrfs)?
Läuft ein zeitgesteuerter Scrub?
Gibt es automatische Momentaufnahmen mit Aufbewahrungsregeln?
Ist der freie Platz überwacht (Alarm bei 80 %)?
Sind SMART-Werte aller Platten überwacht (mit Alarm)?
Ist das NAS in einem eigenen Netzsegment (nicht im Gastnetz)?
Ist die Firmware aktuell und der Hersteller-Fernzugang geprüft/abgeschaltet?
Gibt es eine zweite Sicherung außer Haus und unveränderlich?
Sind administrative Konten von Zugriffskonten getrennt?

Häufige Fehler

RAID mit Sicherung verwechselt. Ein RAID schützt vor Plattenausfall, nicht vor Löschen oder Ransomware.
NAS als einziges Sicherungsziel. Ein einzelner Punkt. Die 3-2-1-Regel verlangt mehr.
SMR-Platten im RAID. Schreibeinbrüche, Ausfälle bei der Wiederherstellung.
RAID 5 mit großen Platten. Wiederherstellung dauert Tage; ein zweiter Fehler ist Totalverlust.
Dateisystem ohne Prüfsummen. Bit Rot liefert stumm falsche Daten – bei klassischem RAID ohne ZFS/Btrfs unbemerkt.
Portweiterleitung auf das NAS. Ein bekannter Angriffsweg. Für Fernzugriff VPN verwenden.
Hersteller-Fernzugang aktiv. „QuickConnect“ und ähnliche Funktionen öffnen Zugänge, die man nicht kontrolliert.
Administratorkonto für die Dateiablage. Dann hat jeder Zugriff auf alles.
Momentaufnahmen als Sicherung betrachtet. Sie liegen auf demselben Medium.
SMART ohne Alarm. Werte werden gelesen, aber niemand wird informiert. Platten kündigen Ausfälle fast immer an.
Freier Platz nicht überwacht. Ein volles NAS bei 100 % kann die Momentaufnahmen und damit die Datenintegrität beschädigen.
NAS nie aktualisiert. Ein ungepatchtes NAS mit allen Firmendaten ist ein attraktives Ziel.

Verwandte Grundlagen: Datensicherung, RAID-Verbünde, NVMe-SSDs, Backup.

Hardware: Peripherie