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数据安全笔记

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导读与大纲

2020/03/10

数据备份 -> 防止灾难、意外事故造成损失

数据恢复 -> 灾难发生后，尽可能拯救数据

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www.dgxue/huifu/ 数据恢复迷

数据备份

数据存储介质

硬盘、磁带、光盘
- 主流与趋势
- 市场调查

存储系统结构(重点)

存储系统结构(重点)
- DAS、NAS、SAN
  - 各个存储架构的组成、技术特点、应用
  - 能够设计合理的存储架构

存储新技术

虚拟化、节能技术
- 分级存储于管理、数据自动迁移、重复数据删除技术、自动精简配置、MAID技术
- 能够根据需要使用配置相关技术

数据容灾技术(重点)

容灾系统、容灾策略及方案
- 能够设计合理的数据容灾系统

数据恢复

磁盘内部物理和逻辑结构

磁盘部件
工作原理
逻辑结构划分
分区设定(难点)

FAT文件系统(难点+重点)

系统结构
文件记录方式
数据存储方式
数据的查找与恢复

NTFS文件系统(难点+重点)

windows主流文件系统

系统结构
文件记录方式
数据存储方式
数据的查找与恢复

RAID磁盘阵列(难点+重点)

阵列类型
特点与参数
阵列恢复方法

数据恢复工具

PC3000
Winhex

16进制编辑软件
其他数据恢复软件

傻瓜式恢复软件

数据备份 - 数据存储介质

光存储设备

光存储设备常被简称光驱，光存储设备所使用的存储存放介质被称为光盘，由于其存储容量大、价格便宜、保存时间长，是许多软件和数据采用的存储介质。从CD、DVD再到HD DVD和BD，光盘存储量越来越大，技术也越来越先进

光存储设备的种类

光存储设备分为台式内置光驱、笔记本内置光驱、外置通用光驱三种

台式内置光驱

台式内置光驱安装在主机箱内部，是DIY市场中最为普遍的光存储产品类型
笔记本内置光驱

笔记本内置光驱强调薄、轻、省电、价格高，其牢固度要远低于台式机内置
光驱
外置通用光驱

外置通用光驱则是通过外部接口连接在主机上，主要是针对需要移动工作的
用户，更多的是强调移动性，在性能、其数据传输率、体积、重量等方面都
受到制约，要逊色于内置式光驱，而且价格要远远高于内置式

按读写光盘的类型分类

DVD-DOM驱动器

一种可以读取DVD盘片的光驱，兼容DVD-ROM、CD-ROM等常见的格式

DVD-ROM驱动器分台式机内置型、笔记本内置型和外置型三种

DVD的单倍速是指1358KB/s，而CD的单倍速是150KB/s，大约为
CD的9倍

目前DvD-ROM驱动器所能达到的最大DVD读取速度是18倍速最大数据传输率为27MB/S，缓存容量从198K至256K不等。接口类型有IDE和SATA两种。安装方式分内置和外置两种
DVD刻录机

可写光盘

DVD刻录规格并没有简历起统一的规格，目前有三种不同的刻录规格：DVD-RAM、DVD-R/W、DVD+R/W，而且三种规格相互不兼容，主流为DVD-R/W、DVD+R/W

目前多数刻录机都支持 DVD-ROM，DVD+R DL，DVD+R，DVD+RW. dVD-R DL，DVD-R，DVD-RW，DVD-RAM，DVD Video，CD-ROM，CD-R，CD-RW等多种类型
蓝光刻录机

蓝光刻录机是基于蓝光DVD技术标准的刻录机
DVD使用MPEG2压缩技术，可以存储广播级效果的电影

光存储设备的工作原理

光存储设备的外部结构
读取数据的工作原理
- 光盘上存在着凹点和凸点
  凹0 凸1，突起的地方表示1，凹陷的地方表示0
  
  详细：光盘上存在着“凹点”和“凸点”两种状态，它们的反射信号正好相反，这两种不同的信号很容易就能被光监测器识别，在光驱中有专门的部件将它们转换并校验，再交给光存储设备中的控制芯片处理，然后就会在计算机中得到光盘中的数据。
- 不同类型的光盘主要区别是激光头产生的不同波长
  
  激光头会产生0.54μm~0.78μm
- 激光波长：
  - DVD：650nm
  - CD：780nm
刻录数据的工作原理

只有具备刻录光盘功能的光存储设备才能在特定的光盘中刻录数据。
CD刻录机是在 CD-ROM的基础上发展起来的光存储设备，可刻录的光盘类型有CD-R光盘和CD-RW光盘

DVD刻录机是在DVD-ROM的基础上发展起来的光存储设备，可刻录的光盘类型有DVD-R、 DVD-RW、 DVD-R DL、DVD+R、DVD+RW、DVD+R DL、DVD-RAM、CD-R、CD-RW等9种格式的光盘。

具体过程：可刻录光盘是在聚碳酸酯制成的片基上喷涂了一层染料层，激光头根据刻写数据的不同控制发射激光束的功率，使部分染料受热分解，在空白的光盘上用高温“烧刻”出可供读取的反光点，由于染料层分解后不能复原，因此DVD-R光盘只能烧刻一次，而RW由于染料层的不同，可以反复刻写。
光存储设备的性能指标

衡量光驱性能指标的最重要参数是数据传输率，其他还有平均寻道时间、数据传输模式、CPU占用时间、缓存容量以及
纠错能力等。
1. 倍速
  1. CD-ROM基准倍率为150Kb/s(1x) 如50x光驱的数据传输速度为7.5MB/s
  2. DVD基准倍率为1.35MB/s(1x) 如20x光驱的数据传输速度为27MB/s
  3. BD-ROM基准倍率为4.5MB/s(1x)
  最大数据传输速度指激光头在光盘最外圈读写数据所达到的最大值，光盘内圈数据传输速度大约为外圈的一半左右。
2. 多格式支持
  
  DVD-ROM光盘驱动器能支持和兼容读取多种盘片
3. 缓存容量
  
  高，因此缓存容量对光驱的性能影响相当大。目前普通光驱大多采用198KB256K缓存容量，而刻录机一般采用28MB缓存容量。
4. 接口类型
  
  市面上主要有IDE、USB、SCSI和SATA，SCSI接口的CD-ROM价格较贵、安装较复杂，且需要专门的转接卡
  
  现在的DE接口的传输速率最高可达133MB/s，SATA150接口的传输速率最高可达150MB/s，而18倍速的 DVD-ROM的实际需要的速度只有18*1358KB/s=24.444MBs，选用哪种接口基本都能满足传输速度要求。
5. 纠错能力
  
  光驱对一些数据区域不连续的光盘进行读取时的使用能力。
  
  其中对比明显为兼容性差的国外的光驱不能读取盗版的光盘，而国内的光驱兼容性强可以读取盗版光盘
6. 震动、噪音和发热

光驱常见故障

光盘概述

优点：

写入后不可修改，成本中等，维护成本低

成本低
- 每张成本不过一两元甚至更低
使用寿命长！
- 合理使用一般会在100年左右
- 抗干扰能力强
便于携带

光盘的分类

CD-ROM光盘
DVD-ROM光盘

DVD-ROM光盘的容量是CD光盘的7倍，为了在相同面积内装载更多内容，DVD光盘釆用了更高密度的(螺旋)轨道间隙设计，从以往CD的1.6微米减小至0.74微米。数据凹槽的(宽度)尺寸从CD的0.83微米缩小到0.40微米。更小的数据凹槽需要更短波长的光束才能正确读取，因此DVD使用了640纳米波长的激光束(而CD的激光波长则为780纳米).存储一部长度为135分钟的电影通常需要4692Kbps的速率。换算成容量单位即为4.75GB，因此以此为标准规定了DD光盘的最初容量。
刻录机

除了只能读不能写的只读型ROM( Read-Only Memory，只读存储器)光盘外，还有可写一次-R( Recordable，可记录)与反复擦写RW(ReWritable，可重写)的光盘。它们除了可以被读取之外，还都能够写入数据。
CDR/DVD±R与 CD-RW//DVD+RW之间的差别是：±R只能写一次，不能擦掉后重写；而±RW则可以反复擦写。

DVD盘片格式分类

DVD-RAM规格
DV-RW
DVD+RW
DVD-R与DVD+R
DVD-Multi与DVD-Dual

其中+R好过-R，-R光头定位进度低寻址方式的信号识别度较差，+R则精度高寻址方式比前者好

BD与HD的蓝光盘

BD

蓝光盘的容量大，添加了硬质塑料或聚合物外壳，盘片的保护性好；但与现有DvD不兼容，而且制作成木较髙，播放机的销售价格也较贵
BD视盘采用的是MPEG2、MPEG4/AVC(H.264)和VC-1视频编码，音频则采用了 Dolby Digital(AC3)、DTS和LPCM(可达7.1声道)编码，可选 Dolby Digital Plus和无损的Dolby TrueHD与 DTS HD
HD

HD DVD采用MPEG-4AVC、VC-1和MPEG2视频编码，采用DolbyDigital Plus、DTS、 Dolby digital(AC3)和 MPEG Audio等有损编码和LPCM、MLP( TRUE HD双声道]和 DTS HD等无损编码

光存储设备选购指南

品牌

售后
读盘能力

单激光头和双激光头
接口和缓存

IDE和SATA，推荐SAA
区码的限制
倍速
多格式支持

刻录机的选购

兼容性
稳定性
关头系统
读写倍速
区码问题
售后服务

磁带存储技术

磁带存储器的读写原理基本上与磁盘存储器相同，只是他的载体是一种带状塑料叫做磁带，写入时可通过磁头把信息代码记录在磁带上，当记录代码的磁带在磁头下移动时，就可在磁头线圈上感应出电动势，即读出信息代码
磁带存储器由磁带机和磁盘两部分组成

发展历程

1949年，磁带从实验室诞生，1952年，IBM的第一个磁带单元IBM 726问世，磁带由像以前电影播放的大机柜到后面的小盒子

磁带类型

磁带根据读写磁带的工作原理，可以分成六种规格

其中两种采用螺旋扫描读写工作
另外四种则是选用数据流存储技术设计的设备

螺旋扫描读写方式

面向工作组级的DAT(4mm)磁带机
面向部门级的8mm磁带机

数据流春初技术设计的设备

单磁头读写方式
磁带宽度为1/4英寸
面向低端应用的Travan和DC系列
DLT和IBM的3480/3490/3590系列

磁带技术介绍

硬件
- 单轴
- 双轴
记录方式
- 螺旋
- 线性
磁带宽度
- 4毫米
- 8毫米
- 1/4英寸
- 1/2英寸

线性扫描记录

磁头和磁带之间会有接触(摩擦)，会磨损对寿命会减少，也会被干扰灰尘

容量大

螺旋扫描记录

磁头倾斜着读取，相比于线性扫描记录好

定位块
寿命长

各种技术之间是不兼容的！！！

LTO技术

LTO(linear tape open)线性磁带开放协议，虽然是一直标准格式没的说并不互相兼容

由IBM、惠普与希捷联合建立，在磁带技术里速度最快、容量最大的磁带格式

IBM LTO/Ultrium-1
- 平均文件访问时间70s
IBM LTO/Ultrium-2
- 平均文件访问时间46s
IBM LTO/Ultrium-3
- 平均文件访问时间23s

DLT/SDLT

容量中等速度慢

SDLT-320
SDLT-640

AIT

容量小速度快

AIT-2
AIT-3

综合比较

备份介质比较

磁带机品牌

IT厂商

HP、IBM、Exabyte

存储厂商

Storage Tek、.....

磁带的保存

前期采购投入低，本身便宜但是后期维护成本高，存储协议之间兼容性差，磁盘存储不安全可被篡改，易丢失

整体保存时间为十年
温度(保存场地需要对温度进行控制)
- 过高会数据丢失
- 过低会磁带损失
湿度(保存场地需要对湿度进行控制)
- 湿度过高会导致磁带发霉
定期倒带导致老化
- 如果不定期倒带会导致寿命降低老化
磁带读写寿命短
- 一般磁带的读写次数不超过2000次

磁带库

基本组成

库体和机械臂
- 自动化介质管理的基础
- 机槭臂的性能和可靠性在特定环境中要求较髙
磁带机驱动器
- 类型：决定了数据昋吐能力、存储容量、数据査询速度，以及可靠性等基础指标
- 数量：决定了整个磁带库的总数据吞吐和处理能力
磁带戒指存储槽位
其他附属部件

磁带库构成示意图

驱动器

二维机械臂

自由旋转机械臂

企业级自带库机械臂运动方式

磁带仓

磁带标签

唯一的

驱动器的清洗

自动清洗
主机清洗
手动清洗

磁带的保存

整体保存时间为十年
温度
湿度

数据备份

以SAN为中心的告诉、大容量数据备份
传统的基于LAN的数据备份
进行数据级的灾难恢复：方式不可抗力导致的数据丢失

磁带库的应用领域

基本上只有归档存储的时候才会使用磁带库

海量数据的归档

为什么要使用磁带库

自动化管理大量磁带
自动化管理大量数据
消除人工误操作
提高数据保护和存储管理的效率

磁带库厂商

VTL技术介绍

概念

虚拟磁带库 virtual Tape Library VTL，由磁盘构成，性能虽然好但是由于磁盘所以前期价格比较贵

通过固化了专门软件的控制器，使磁盘(阵列)对主机或应用软件体现为常规物理磁带库，也称作虚拟磁带库。
标准的SCSI、FC或ISCSI主机接口，采用易用的管理软件配置、管理虚拟磁带库设备

虚拟磁带库架构

虚拟磁带库实现方式

纯软件方式VTL

整体性能一般、实现成本较低
专用服务器级VTL
- 新能比纯软件快、价格也比纯软件贵，数据受主机的影响小，不足是系统优化性较低
专用控制级VTL
- 性能比专用服务器级快

虚拟磁带库特点

去掉了机械手臂、磁带驱动器，传输速率高，但整体规模较大，不方便携带

虚拟磁带库
虚拟驱动器
机械臂
虚拟磁带
数据传输
数据增值服务
对备份应用的影响

细分

磁带库系统

不同虚拟磁带库架构之间是兼容的
- 同一个物理的虚拟磁带库设备，可同时虚拟成多个磁带库系统；有些设备可提供8个甚至更多
- 可同时提供数据备份
虚拟驱动器
- 全面支持现有物理驱动器类型
- 支持设备数量
  - 理论上没有数据限制
- 通用标准接口
机械臂
磁带
- 全面支持现有物理磁带类型
- 可自定义的数据容量格式
- 与真实磁带的全面兼容、可进行真实磁带和虚拟磁带间的数据备份
数据传输
虚拟磁带
- 数据压缩
- 重复数据删除
- 数据生命周期管理
- 数据加密
- 数据访问权限管理
对数据备份应用的影响
- 备份模式的转变
  D-D、D-D-T、D-VTL
- 数据备份与数据归档的渐行渐远，已逐渐不使用
- 对备份窗口的策略
  - 增量备份、差异备份逐渐转变为全备份

磁盘/磁带价格走势

逐年下降，磁盘接近磁带的价格

磁盘/磁带的应用规划

磁盘替代了许多磁带的应用领域

备份/归档存储方式规划

存储呈阶梯式存储简单说你可以将新能好价格高的硬件保留使用频繁的数据，将性能一般价格适中或性能低价格低的存储设备存放不经常使用的数据

存储方式不同
- 备份
  - 在线备份
  - 近线备份
  - 离线备份
  - 离线存档
- 归档
设备/介质选择不同

磁盘库优缺点

优点
- 超大容量，可实现PB级别数据存储，单位容量价格低
- 可移动介质，便于离线和异地保存，磁带可以直接移动
- 广泛的备份管理软件支持，备份策略均针对磁带库结构定制和优化
缺点
- 维护负担高
  - 磁带库的核心部件磁带驱动器为非封闭机械易损件，本身故障率高，灰尘、潮湿等使故障率不可预期，导致设备可用性差
- 备份容易出错
  - 采用磁带库进行数据保护的介质磁带为非封闭介质，且磁带库中的磁带之间没有容错保护。备份业务涉及到的磁带组中任一盘磨损、卡带、霉点、粘连等，均会导致整个备份无法恢复
- 备份恢复能力不佳
  - 虽然磁带本身的读写速度已有长足提高，但备份恢复时需要抓带、加载、机械定位文件等机械动作，等待时间长，而备份恢复时一般会设计多带查找，应用端被迫因此延长，而备份恢复时一般会设计多带查找应用端被迫因此延长待机时间

磁盘备份的优缺点

磁盘备份(D2D)的优点：
- 与磁带不同，基于ATA的磁盘阵列比传统的光纤通道磁盘阵列的成本低很多，同时逐渐变得非常流行，它可以方便集成到备份系统中
- 可以解决磁带库固有的问题
磁盘备份(D2D)的缺点：
- 以一个文件目录作为一个备份设备且只对应一个备份卷
- 备份数据通过文件系统写入磁盘目录
- 文件系统写速度慢
- 文件系统容易遭到人为破坏
- 备份策略需要重新制定

虚拟磁带库的优缺点

可成为在线应用与备份归档，可以处理数据量大要求速度快的场景

优点
- 方便集成、兼容性好，去掉了几乎所有磁带库的缺点
- 设备可用性提升：虚拟磁带用电子化的机械手和磁带驱动器，代替了机械磁带库中裸、易损的系列机械装置，基于RAID保护的磁盘阵列具备降级工作能力，且具自动报警和在线热恢复能力
- 备份可靠性提升：虚拟磁带库采用基于RAID保护的磁盘阵列，从而将备份的可靠性较常规磁带备份提高了若干量级。封闭式结构的磁盘介质本身的MTBF(平均无故障间隔)一般为开放式结构的磁带介质的5倍以上。
- 恢复工作极为渐变：如果所需数据存在VTL当中则不会设计任何机械工作，恢复工作就像磁盘备份的速度一样
缺点
- 备份介质不能直接移动，存储容量有限
- 价格高

常见的几种设备与存储方式

硬盘

什么是硬盘

硬盘HD

工作方式

磁电转换，硬盘存储数据是根据电、磁转换的原理来实现的
硬盘驱动器加电后，磁盘片由主轴电机驱动进行高速旋转，设置在盘片表面的磁头则在电路控制下径向移动到指定位置然后将数据存储或读出来。

硬盘发展简史

早期硬盘非常大所以没有使用，1968年沿用至今，硬盘也叫温盘

2000年3月，IBM推出“玻璃”硬盘，玻璃-为了降低成本通过将植物纤维提取制作而成，由于植物没有金属磁电能力好，所以后期亏本将其硬盘部门卖出给日本

2007年，硬盘进入TB时代，国内2015年才开始21

早期的硬盘

早期硬盘非常重也非常昂贵，由于当时非常贵，所以IBM用出租的方式盈利，早期DOS系统也很小，所以使用软盘就可以代替，此时硬盘为M级别

G级别的硬盘，最后那台机器为第一台自带硬盘的主机

小知识

为什么现在硬盘是c盘？因为，a盘留给了：软盘，b盘留给了：磁盘
磁盘(温盘)里面会保持气密性，会将里面的空气净化，磁头在读写中会与磁盘盘片精密接触，头发丝的距离，7200/60转一秒钟转120次，若有尘埃灰尘就会产生上下振动，若向下则会物理撞击，则会产生小坑，每过一次小坑则会产生振动导致产生更多的小肯
笔记本的硬盘较为特殊，会有移动监测区域，若超过阈值则命令硬盘停止工作移动至停泊区避免损坏硬盘
不到万不得已，若要开盘更换损害部件则要在超净台操作，开盘价格约在1500，超净台价格在几万到几十万不等