NAS: Typische Datenorganisation und Besonderheiten der Datenrettung

Der moderne Computermarkt bietet ein reichhaltiges Angebot an NAS-Einheiten, die sich je nach Händler geringfügig in Firmware, Einstellungen, Besonderheiten des Datenlayouts und anderen Eigenschaften unterscheiden können. Insgesamt haben die meisten von ihnen jedoch ein ähnliches Prinzip der Datenorganisation: Eine NAS-Box besteht normalerweise aus einem bis mehreren Laufwerken, die zu einem bestimmten RAID-Systemtyp kombiniert werden können. Folglich basieren die primären Datenwiederherstellungstechniken, die auf NAS-Geräte angewendet werden, gewöhnlich auf den Prinzipien der Datenrettung von RAID. Dieser Artikel enthält hilfreiche Informationen zur Struktur gängiger NAS-Systeme und zum Abrufen ihrer Daten. Als Beispiel werden verschiedene NAS-Lösungen wie Buffalo, TeraStation, Iomega und Synology verwendet.

Datenorganisation

NAS-Geräte dienen hauptsächlich als gemeinsam genutzte Speicher, die den Zugriff auf Daten über ein lokales Netzwerk ermöglichen. Im Allgemeinen haben die meisten von ihnen eine gleiche Speicherstruktur und Datenorganisation. Das bestimmte Datenlayout hängt jedoch vom NAS-Hersteller und der vom entsprechenden Modell verwendeten eingebetteten Konfiguration ab.

Speicherstruktur

Die Daten auf jedem Laufwerk, das zum NAS gehört, sind normalerweise auf den folgenden Partitionen angeordnet:

• Firmware-reservierte Partition. Diese Partition enthält technische Informationen, die von der eingebetteten NAS-Firmware verwendet werden. Auf 1-TB-TeraStation ist diese Partition beispielsweise 0.6 GB groß, als "Linux native" gekennzeichnet und mit dem SGI XFS-Dateisystem formatiert. Es ist nur auf dem 1. und 2. NAS-Laufwerk verfügbar.
• Swap-Partition. Diese Partition enthält den Swap für die NAS-Firmware.
• Diese Partition speichert Benutzerdaten. Bei einer TeraStation von 1 TB handelt es sich beispielsweise um eine 232-GB-Partition, die als "Linux native" identifiziert wird. Die tatsächliche Größe hängt von den NAS-Einstellungen ab.
• Padding-Partition. Diese Partition wird verwendet, um die Größe der Datenpartition unabhängig von der tatsächlichen Anzahl der Festplatten zu vereinheitlichen. Ihre Größe hängt vom Modell des Laufwerks ab. Auf 1-TB-TeraStation wird sie als "Linux native" identifiziert, enthält jedoch kein Dateisystem.

Der Festplattenpartitionierungsstil ist ein Standard-DOS-Stil (MBR-basiert) und kann von jeder Software gelesen werden.

RAID-Konfiguration und Datenorganisation

Abhängig von der Konfiguration bietet die RAID-Technologie mehrere mögliche Methoden zur Datenorganisation auf Datenpartitionen:

• RAID 5. Die am weitesten verbreitete Konfiguration. Im RAID 5-Modus befinden sich Benutzerdaten auf Datenpartitionen aller vier Festplatten. Die übliche Art der Paritätsverteilung ist rückwärts dynamisch (links symmetrisch). Die Stripe-Größe hängt von den Einstellungen ab (normalerweise ist es 64 KB). Die Reihenfolge der Laufwerke in RAID ist folgend: Die erste NAS-Festplatte ist die erste Festplatte in RAID usw. Die Datenpartition auf TeraStation wird beispielsweise mit SGI XFS formatiert und in Synology – mit Ext3.
• RAID 0. Benutzerdaten werden normalerweise als einzelner Speicher mit voller Kapazität oder als Paar von RAID 0-Stripe-Sets mit zwei unabhängigen Partitionen (verschiedene virtuelle "Share"-Ordner auf dem NAS) angeordnet. Beide enthalten denselben Dateisystemtyp, jedoch unterschiedliche Daten.
• RAID 10 oder RAID 0+1. Der Spiegel von zwei RAID 0-Stripe-Sätzen oder ein Stripe-Satz von zwei Spiegeln. Benutzerdaten sind wie in RAID 0 angeordnet, aber nur ein 'Share' und beide Stripe-Sets enthalten die gleichen Informationen.
• JBOD. Datenpartitionen werden verkettet, um maximale Speicherkapazität zu erzielen. Benutzerdaten werden über alle Datenpartitionen verteilt.
• Spezifische RAID-basierte Technologie. Einige Hersteller präsentieren ihre eigenen RAID-Implementierungen, die proprietäre Algorithmen verwenden und häufig Ähnlichkeiten mit logischen Volumen-Managern aufweisen:
  • Drobo BeyondRAID, das von Drobo verwendet wird, erfordert zwei oder mehr Laufwerke, möglicherweise mit unterschiedlichen Kapazitäten. Das Array besteht aus vielen RAID-Sets mit einer Größe von jeweils 64 KB. Der Offset für die Bestandteile, das RAID-Level und die Größe des Stripes werden vom System dynamisch festgelegt. Darüber hinaus ist der gesamte Speicherplatz in Blöcke von 4 KB unterteilt, um Thin-Provisioning zu ermöglichen. Das Schema der Blockzuweisung wird in einer speziellen Karte widergespiegelt. Anstelle der Datenpartition enthält eine Drobo BeyondRAID-Partition die Daten auf jedem Drobo-Laufwerk. Das am häufigsten verwendete Dateisystem ist Ext4.
  • Das von Synology NAS unterstützte Synology Hybrid RAID (SHR) wird auf zwei oder mehr Laufwerken mit unterschiedlichen Kapazitäten erstellt. Auf jedem Laufwerk wird basierend auf der Größe des kleinsten Laufwerks eine Zuordnungseinheit generiert, die dann in einen der herkömmlichen RAID-Typen eingeteilt wird (Levels 1, 5 oder 6, abhängig von der Anzahl der Laufwerke und der ausgewählten Redundanzstufe). Die verbleibenden „Schwänze“ der Laufwerke, deren Kapazität die Größe des kleinsten überschreitet, werden dann in einem anderen RAID-Set organisiert, das dann mit dem ersten RAID unter Verwendung von Linux LVM überspannt wird, um einen einzelnen virtuellen Speicher zu erstellen. Die Datenpartitionen in Synology werden normalerweise mit dem Ext4-Dateisystem formatiert.
  • RAID-Z kann in benutzerdefinierten NAS-Lösungen, auf denen TrueNAS (FreeNAS) ausgeführt wird, gefunden werden. Das System ist in einem Speicherpool mit ZFS eingerichtet, der mindestens drei Laufwerke enthält. Die für die Datenverteilung verwendeten Techniken sind analog zum Standard-RAID 5, jedoch wird die Stripe-Größe vom System basierend auf den aktuellen Anforderungen ausgewählt und diese Informationen werden in die Metadaten geschrieben.
• Einzelne Laufwerke. Auf NAS-Laufwerken, die nicht in RAID organisiert sind, ist jede Datenpartition auf ein unabhängiges Dateisystem angewiesen.
• Verschlüsselung. Einige NAS-Hersteller wie Synology, QNAP, Buffalo, Western Digital und andere bieten integrierte Optionen für die Volumenverschlüsselung, sodass Daten mithilfe bestimmter Verschlüsselungstechnologien, hauptsächlich Linux LUKS, vor unbefugtem Zugriff geschützt werden können.

Bevor Sie mit der Datenwiederherstellung auf NAS beginnen, müssen Sie die tatsächliche Konfiguration des Speichers ermitteln. Weitere Informationen zu RAID-Systemen finden Sie in dem Artikel, in dem die Besonderheiten der Datenorganisation auf RAID erläutert werden. Um mehr über zu bestimmte NAS-Technologien wie Drobo BeyondRAID und Synology Hybrid RAID zu erfahren, beachten Sie bitte die entsprechenden Artikel.

Wann ist die Wiederherstellung erforderlich?

Aufgrund ihrer offensichtlichen Vorteile sind NAS-Geräte bereits zu einem wesentlichen Bestandteil der täglichen Arbeit für Heimanwender und KMUs geworden. NAS-Anbieter begannen, recht kosteneffiziente Lösungen anzubieten, die Ihre Verfügbarkeit auf dem Markt erhöhten. Trotz der erhöhten Zuverlässigkeit dieser Speicher sind sie immer noch Ausfällen ausgesetzt, die zu einer Unzugänglichkeit des Speichers oder sogar zu Datenverlust führen. Die häufigsten Ursachen für Datenverlust sind:

• Verlust von der NAS-Verbindung;
• Ein Offline-Array oder "vier rote Ampeln";
• Datenbeschädigung aufgrund von Stromausfällen;
• Ein Firmware-Absturz oder ein fehlgeschlagener Start;
• Das Versagen einer oder mehrerer Festplatten;
• Der Fehler von dem Controller;
• Elektrische oder mechanische Schäden.

Zu den Benutzerfehlern, die zu Datenverlust führen, gehören:

• Fehlerhaftes Firmware-Update, das zum Zurücksetzen der eingebetteten RAID-Einstellungen führt;
• Löschen von Dateien;
• Neuerstellung der eingebetteten RAID-Konfiguration für Live-Daten, was zu einer Neuformatierung der Festplatten führt.

Wenn Sie absolut sicher sind, dass NAS-Laufwerke keinen physischen Schaden erlitten haben und intakt bleiben, können Sie mit der Datenwiederherstellung beginnen, indem Sie die unten angegebenen Anweisungen befolgen. Wenn die Laufwerke jedoch physische Defekte infolge mechanische, thermische oder elektrische Schäden aufweisen, wird es dringend empfohlen, sich an ein spezialisiertes Datenrettungszentrum zu wenden.

Für die selbst-gemachte Datenwiederherstellung auf NAS bietet SysDev Laboratories UFS Explorer an: UFS Explorer RAID Recovery wurde speziell für die Arbeit mit RAID-Sets verschiedener Konfigurationen entwickelt, während UFS Explorer Professional Recovery einen professionellen Ansatz für die Datenrettung von einer Vielzahl komplexer Speichersysteme verwendet. Die Programme unterstützen eine breite Palette von RAID-Schemata, von Standardtypen (RAID 0, RAID 1, RAID 1E, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6) bis zu Hybrid-Levels (RAID 0+1, RAID 10, RAID 50, RAID 51 usw.) und spezifischen RAID-Mustern (Drobo BeyondRAID, Synology Hybrid RAID, ZFS RAID-Z, Btrfs-RAID). Darüber hinaus verarbeiten die Anwendungen eine Vielzahl von Dateisystemen, die von modernen NAS-Geräten verwendet werden, darunter Ext2, Ext3, Ext4, XFS, UFS, ZFS, Btrfs und verschiedene moderne Verschlüsselungstechnologien.

Hinweis: Detaillierte Informationen zu den unterstützten Technologien finden Sie in den technischen Daten des jeweiligen Softwareprodukts.

Erste Schritte

Da NAS-Geräte keinen Zugriff auf Daten auf niedriger Ebene bieten, müssen Sie den Speicher zerlegen und seine Festplatten an einen Computer anschließen, bevor Sie mit der Datenrettung beginnen. Um dies zu tun:

• Entfernen Sie die Festplatten aus der NAS-Box und markieren Sie deren Reihenfolge;
• Identifizieren Sie den Schnittstellentyp der Laufwerke: Moderne NAS verwenden SATA-Laufwerke. Sehr alte Speicher verwenden möglicherweise noch PATA/IDE-Laufwerke;
• Schließen Sie die Laufwerke an einen PC an.

Hinweis: Lesen Sie den Artikel, um ein optimales Betriebssystem für die NAS-Wiederherstellung auszuwählen.

Wenn der für die Datenrettung verwendete Computer nicht genügend Festplattenadapter-Schnittstellen bietet, können Sie:

• Einen zusätzlichen PCI-Festplattenadapter installieren;
• Einen USB-Festplattenadapter verwenden;
• Die Datenträger einzeln anschließen und vollständige Disk-Images erstellen. Diese Lösung wird empfohlen, sofern Sie über genügend freien Speicherplatz verfügen.

Warnung: Schalten Sie den Computer aus und ziehen Sie das Netzkabel ab, bevor Sie ein PCI-Gerät installieren oder SATA/PATA-Laufwerke anschließen/trennen, um elektrische Schäden zu vermeiden!

Hinweis: Um zu erfahren, wie Sie das Laufwerk an das Motherboard des Computers anschließen oder den Datenträger extern über einen USB-zu-SATA/IDE-Adapter verbinden können, schauen Sie bitte die angegebenen Video-Tutorials.

Nachdem Sie den Zugriff auf die NAS-Daten sichergestellt haben, können Sie den Datenrettungsprozess starten. Sorgen Sie jedoch dafür, dass Sie einen Speicher mit der Kapazität vorbereitet haben, die ausreicht, um alle wiederhergestellten Dateien abzulegen – eine im Betriebssystem montierte interne/externe Festplatte oder ein Netzwerkspeicherort.

Datenrettung

Der gesamte Datenwiederherstellungsprozess mit UFS Explorer RAID Recovery erfordert einige einfache Schritte:

1. Überprüfen Sie die Liste der angeschlossenen Geräte im linken Bereich der Softwareschnittstelle:

   • Wenn die Metadaten der eingebetteten RAID-Konfiguration nicht ernsthaft beschädigt wurden, können Sie das zusammengestellte Array unter den Speicheroptionen sehen. Es kann an einem Symbol für „komplexen Speicher“, einem RAID-Level oder der Anzahl der Laufwerke erkannt werden.

   • Falls das RAID-Layout nicht rekonstruiert werden konnte, können Sie es manuell aus den Mitgliedslaufwerken oder ihren Disk-Images zusammenstellen:

     1. Klicken Sie auf die Schaltfläche "RAID erstellen" und fügen Sie jedes Mitglied des Arrays mit der entsprechenden Option im Speicherkontextmenü hinzu. Bei den meisten NAS-Appliances müssen die größten Datenpartitionen und nicht ganze Laufwerke enthalten sein.

     2. Wenn RAID im herabgesetzten Modus arbeitet, fügen Sie mit dem entsprechenden Werkzeug in der Symbolleiste einen Platzhalter ein, um die fehlende Komponente anzuzeigen.

     3. Definieren Sie die Reihenfolge der Bestandteile mithilfe der pfeilartigen Schaltflächen und geben Sie die genaue RAID-Konfiguration im Bereich RAID-Parameter an.

     4. Wenn Sie fertig sind, klicken Sie auf "RAID bilden".

2. Wählen Sie das unter Ihrem RAID bereitgestellte Volumen in der Liste der verbundenen Speicher aus und untersuchen Sie dessen Inhalt. Wenn die Dateien beschädigt aussehen, kann dies darauf hinweisen, dass die RAID-Einstellungen falsch definiert wurden. Klicken Sie in diesem Fall mit der rechten Maustaste auf den RAID-Speicher, wählen Sie "RAID-Konfiguration editieren" und versuchen Sie, sie anzupassen. Drücken Sie danach erneut auf "RAID bilden".

   Beachten Sie bitte: Wenn Sie nicht wissen, auf welcher RAID-Konfiguration Ihr NAS basiert, lesen Sie die NAS-Dokumentation. Sie können beliebig viele Rekonstruktionsversuche durchführen, da die Software im schreibgeschützten Modus arbeitet, ohne die Informationen auf den Quelldatenträgern zu ändern.

3. Um gelöschte oder verlorene Dateien wiederherzustellen, scannen Sie dieses Volumen mit der entsprechenden Schaltfläche oder der Speicherkontextmenüoption.

4. Nach Abschluss aller erforderlichen Vorgänge können Sie Ihre Dateien durchsuchen und an einen sicheren Ort kopieren.

Schlussbemerkungen

Im Falle eines physischen Schadens wird es dringend empfohlen, Ihr NAS zu einem spezialisierten Datenwiederherstellungslabor zu bringen, um Datenverlust zu vermeiden. Wenn Sie sich nicht sicher sind, ob Sie Datenrettungsvorgänge auf Ihrem NAS selbst durchführen können oder wissen nicht, welche RAID-Konfiguration in Ihrem NAS vorhanden ist, können Sie sich an SysDev Laboratories wenden und professionelle Datenwiederherstellungsdienste anfordern. 

Letzte Aktualisierung: 11. August 2022

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