Netzwerkspeicher und Dateisysteme - FAUWindos 8 Devel Backup 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und...
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REGIONALES RECHENZENTRUM ERLANGEN [RRZE]
Netzwerkspeicher und Dateisysteme Systemausbildung − Grundlagen und Aspekte von Betriebssystemen und System-nahen Diensten Marcel Ritter, Gregor Longariva, 03.06.2015
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Agenda
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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Prinzipieller Aufbau
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Aufbau einer Festplatte
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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Aufbau einer Festplatte
Spur
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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6
Aufbau einer Festplatte
Spur
Sektor
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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Aufbau einer Festplatte
Sektor Lücke
Präambel 4096 Datenbits ECC
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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Aufbau einer Festplatte
Spur
Sektor
Zylinder
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Aufbau einer Festplatte
Spur
Sektor
Zylinder
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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Aufbau einer Festplatte
Spur
Sektor
Zylinder
Cluster
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11
Wie schnell ist eine Platte (worst case)?
Festplatte mit 15k (= 15.000 Umdrehungen / Min)
Latenz: 15.000 60 sec / = 0,004 sec -> 4ms
IOPS: 0,004 sec 1 Operation / = 250 Ops / sec
Bandbreite: 250 x 4096 Bytes pro Sektor =
1MByte pro Sekunde!
1.024.000 bytes / sec
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Wie schnell ist eine Platte (best case)?
1.024.000 bytes / sec
also ca. 180 MByte pro Sekunde
x 6 Köpfe = 6.144.000 Bytes / sec
6.144.000 Bytes / sec 30 (Zylinder pro Cluster) =
184.320.000 Bytes / sec
(aber immer noch ohne Plattencaches)
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Theoretische Werte vs. Herstellerangaben
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Plattenzugriffe beschleunigen - Cache
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Partitionierung
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Partitionieren
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Partitionieren - warum?
Windows
Linux
FreeBSD
verschiedene Betriebssysteme
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Partitionieren - warum?
Windows
Filme
Fotos
Trennung Daten und Betriebssystem
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Partitionieren - warum?
verschiedene Bereiche eines OS
/home
swap
root
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Partitionieren - warum?
Arbeitskopien und Backups
Windows 8
Windos 8 Devel
Backup
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Partitionieren - warum?
Verkleinern der Platte
Windows 8
Win 95a
MS-DOS
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Partitionieren
System-ID
83 - Linux
bf - Solaris
87 - NTFS
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Partitionen am PC
4 Primärpartitionen
oder
3 Primärpartitionen beliebige erweiterte Partitionen
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Klassischer Bootsektor MBR vs. GPT
MBR GPT
512 Bytes
EFI BIOS
Primäre Partitionstabelle
Backup Partitionstabelle
min. 16 384 Bytes
eine Partitionstabelle
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Partitionen anderer Systeme (Solaris)
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PLATTEN ZUSAMMENFASSEN
RAID - Redundant Array of Independent Disks
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Warum RAID
mehr Speicherplatz Sicherheit gegen
Datenverlust*
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RAID 0
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RAID 1 - Mirror
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RAID 3
Quelle: Wikimedia 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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RAID 4
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RAID 5
Quelle: Wikimedia 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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RAID 6
Quelle: Wikimedia 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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34
▪ Verschnitt an Speicherplatz ist gleich ▪ RAID5: Hotspare wird „geschont“ ▪ Im Fall eines Plattendefekts: ▪ RAID5 keine Redundanz (entspricht langsames Raid0) ▪ Nach Einspringen der HotSpare werden alle Daten von allen
verbliebenen, intakten Platte gelesen um Parity neu zu berechnen ▪ Treten Lesefehler auf, ist Rebuild ohne Datenverlust unmöglich ▪ Zeitfenster für Rebuild bei großen Festplatten enorm (2 TB bei 100 MB/
s = 6 Stunden!) ▪ Fehlerwahrscheinlichkeit durch atypisches Lesen aller Disks ebenfalls
RAID 5 + HotSpare oder RAID 6?
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35
RAID 5 + HotSpare oder RAID 6?
Fazit: RAID 6 ist RAID 5 + HotSpare vorzuziehen
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DATEISYSTEME
Speicherung von Daten
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37
Probleme beim Speichern von Daten
Dateisysteme verwenden Cluster
Dateien sind oft größer (oder kleiner) als ein Cluster
Wie kann man nun gespeicherte Daten adressieren?
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38
Kontinuierliche Speicherung
Chunk 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
2: Datei A Länge 5
7: Datei D Länge 5
14: Datei V Länge 2
12: leer 0: leer
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39
Verkettete Speicherung
3 7 9 1 12
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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40
Indizierte Speicherung
3 7 9 1 12
3 7 9 1 12
Index-Cluster
Daten-Cluster der Datei
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41
Indizierte Speicherung, mehrstufige Indizierung
3 7 9 1 12
3 7 9 1 Index-Cluster
Daten-Cluster mit einem zusätzlichen Index Cluster
12 16 2
16
…
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DATEISYSTEME
Beispiele anhand gängiger Dateisysteme
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43
FAT
Bootsektor reserv. FAT 1 FAT 2 Stammverz. Datenbereich
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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44
FAT
Bootsektor reserv. FAT 1 FAT 2 Stammverz. Datenbereich
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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45
FAT
Bootsektor reserv. FAT 1 FAT 2 Stammverz. Datenbereich
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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46
FAT
Bootsektor reserv. FAT 1 FAT 2 Stammverz. Datenbereich
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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47
FAT
Bootsektor reserv. FAT 1 FAT 2 Stammverz. Datenbereich
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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48
FAT
Bootsektor reserv. FAT 1 FAT 2 Stammverz. Datenbereich
3 93 16 45 0 -1 0 37 …
3 93 16 45
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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49
FAT
Bootsektor reserv. FAT 1 FAT 2 Stammverz. Datenbereich
Dateiname Erweit. Attrib. erstellt letzt. Zugr. letzt. Änd. Start Clust. Größe
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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50
NTFS - Next Technology File System
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51
NTFS - Next Technology File System
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52
NTFS - Next Technology File System
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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53
NTFS - Next Technology File System
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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54
NTFS - Next Technology File System
Master File Table (12,5%)
Datenbereich
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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55
Klassische Unix Dateisysteme
Quelle: heise.de 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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56
System V File System
Boot block
Super block
Inode Tabelle
Daten Cluster
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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57
Linux ext2 / ext3 Dateisystem
Boot block
Super block zweite Blockgruppe erste Blockgruppe
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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58
Linux ext2 / ext3 Dateisystem Boot block
Super block zweite Clustergruppe erste Clustergruppe
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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59
Linux ext2 / ext3 Dateisystem
Super block
Deskriptor Tabelle
Block Bitmap
Inode Bitmap
Cluster mit Inode Tabelle
Daten Cluster
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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DATEISYSTEME
Konzepte um Datenintegrität zu garantieren
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61
Journaling
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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62
Metadaten - Journaling
Metadaten Daten
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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63
Vollständiges Journaling
Metadaten Daten
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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64
Ordered - Journaling
Metadaten Daten
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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65
copy on write
Daten und Metadaten werden immer in freie Blöcke geschrieben: es werden keine Daten überschrieben
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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66
ZFS - Beispiel für copy on write
Uberblock
Zeiger/Metadaten
Zeiger/Metadaten
Daten
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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67
ZFS - Beispiel für copy on write
Uberblock
Zeiger/Metadaten
Zeiger/Metadaten
Daten
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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68
ZFS - Beispiel für copy on write
Uberblock
Zeiger/Metadaten
Zeiger/Metadaten
Daten
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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69
ZFS - Beispiel für copy on write
Uberblock
Zeiger/Metadaten
Zeiger/Metadaten
Daten
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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70
ZFS - Beispiel für copy on write
Uberblock
Zeiger/Metadaten
Zeiger/Metadaten
Daten
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
![Page 71: Netzwerkspeicher und Dateisysteme - FAUWindos 8 Devel Backup 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva . 21 Partitionieren - warum? Verkleinern](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051914/60050c7c54c0e209474c975a/html5/thumbnails/71.jpg)
71
ZFS - mehr als nur ein Dateisystem
Quelle: Sun / RRZE 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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72
ZFS - Datenintegrität
Quelle: Sun / RRZE 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
![Page 73: Netzwerkspeicher und Dateisysteme - FAUWindos 8 Devel Backup 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva . 21 Partitionieren - warum? Verkleinern](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051914/60050c7c54c0e209474c975a/html5/thumbnails/73.jpg)
73
ZFS - Datenintegrität
Quelle: Sun / RRZE 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
![Page 74: Netzwerkspeicher und Dateisysteme - FAUWindos 8 Devel Backup 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva . 21 Partitionieren - warum? Verkleinern](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051914/60050c7c54c0e209474c975a/html5/thumbnails/74.jpg)
74
ZFS - Datenintegrität
Quelle: Sun / RRZE 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
![Page 75: Netzwerkspeicher und Dateisysteme - FAUWindos 8 Devel Backup 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva . 21 Partitionieren - warum? Verkleinern](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051914/60050c7c54c0e209474c975a/html5/thumbnails/75.jpg)
75
▪ 128bit Dateisystem, theoretischer Adressbereich von 2128 (und damit 1.84 x 1019 mal mehr als z.B. btrfs)
▪ max Volume Size 278 bytes ▪ max Dateigröße 264 bytes ▪ max Anzahl an Dateien 248 ▪ max Dateilänge 255 ASCII-Zeichen (oder entspr. weniger Unicode
Zeichen)
ZFS - weitere Features
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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76
▪ Verschlüsselung ▪ Komprimierung ▪ Snapshots (read only) ▪ Clone ▪ Online Deduplizierung (RAM intensiv!) ▪ NFSv4 ACLs ▪ NFS und SMB Freigaben (Solaris) ▪ snapshots send/receive ermöglicht Konzepte wie räumlich
getrenntes clustering
ZFS - weitere Features
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![Page 77: Netzwerkspeicher und Dateisysteme - FAUWindos 8 Devel Backup 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva . 21 Partitionieren - warum? Verkleinern](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051914/60050c7c54c0e209474c975a/html5/thumbnails/77.jpg)
77
▪ Solaris, OpenSolaris, OpenIndiana ▪ versch. BSD Varianten (DragonFly BSD, NetBSD, FreeBSD, OS
X, MidnightBSD, PC-BSD) ▪ NAS OS Distributionen wie FreeNAS, ZFS-Guru, NAS4Free,
NexentaStor, EON NAS und andere ▪ Linux (FUSE, LLNL Implementierung, native Implementierung in
Arbeit …)
ZFS - wo kann ich das bekommen?
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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DATEISYSTEME IM NETZ
Verteilte- und Cluster- Dateisysteme
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79
Verteilte- und Cluster- Dateisysteme
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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80
Verteilte- und Cluster- Dateisysteme
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
![Page 81: Netzwerkspeicher und Dateisysteme - FAUWindos 8 Devel Backup 03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva . 21 Partitionieren - warum? Verkleinern](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051914/60050c7c54c0e209474c975a/html5/thumbnails/81.jpg)
NETWORK ATTACHED BLOCK
Blockgeräte über Storage Attached Netze verwenden
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82
Blockprotokolle über SAN
FCoE
Fibre Channel
iSCSI
AoE
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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NAS - PROTOKOLLE
Netzwerk-File-System-Protokolle
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84
2 „Klassiker: ▪ Windows-Welt: CIFS/SMB ▪ Common Internet Filesystem / System Message Block ▪ Ursprung: IBM / Microsoft
▪ Unix-Welt: NFS ▪ Network Filesystem ▪ Ursprung: Sun Microsystems
Netzwerk-Filesystem-Protokolle
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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85
▪ SMB ▪ Version 1.0
▪ CIFS ▪ Version 2.0 (2006) (>= Windows Vista / Server 2008)
› Vereinfachung (Subcommands: > 100 => 19) › Neu: Symbolische Links, Größere Blockgröße, Unicode
▪ Version 2.1 (>= Windows 7 / Server 2008 R2) › Performance
▪ Version 3.0 (ehemals 2.2, >= Windows 8 / Server 2012) › SMB Direct (SMB over RDMA) › SMB Multichannel › End-to-End encryption
Netzwerk-Filesystem-Protokolle – CIFS/SMB
03.06.2015 | Netzwerkspeicher und Dateisysteme | Marcel Ritter, Gregor Longariva
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▪ NFS – Version 2 ▪ Basierend auf RPC (Remote Procedure Call) ▪ Portmapper (Port 111):
› Vermittelt Dienste auf dynamischen Ports (Firewall!) › UDP (später erst: auch TCP)
▪ 32 bit (max. 2 GB Filegröße) ▪ NFS – Version 3 ▪ UDP + TCP ▪ 64 bit Support
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▪ NFS – Version 4 ▪ IETF ▪ Single Standard Port 2049 => kein Portmapper mehr notwendig ▪ NFSv4 ACLS (ähnlich Windows/CIFS ACLs) ▪ RPCSEC_GSS (Kerberos)
▪ NFS – Version 4.1 ▪ pNFS
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▪ Sicherheit: ▪ Beschränkung Host-basiert (AUTH_SYS / AUTH_UNIX) ▪ ro / rw, (no_)root_squash, (in)secure (NAT VMs!) ▪ Client-Server Mapping uid/gid-basiert (Sicherheit!) ▪ Posix ACLs (nur RFC, kein Standard!)
▪ Ab Version 4.0: ▪ Client-Server Mapping „String“-basiert (idmap!) ▪ Starke Verschlüsselung / Authentifizierung
› krb5: Authentication Only › krb5i: Integrity › krb5p: Privacy
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NAS - FILER
Fileserver Appliances
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Klassisch
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Klassisch (inkl. Spiegelung)
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Scale-Out
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