RAID einfach erklärt: Level, Schutz und Grenzen

Ein RAID fasst mehrere Festplatten zu einem logischen Laufwerk zusammen. „Logisch“ heißt: Für dich sieht der Verbund aus wie eine einzige Platte. Ein RAID soll mehr Ausfallsicherheit oder einen größeren Datendurchsatz (mehr Daten pro Sekunde) bieten als eine einzelne Platte.

Striping (englisch stripe: „Streifen“) kommt bei RAID 0 vor. Jede Platte wird in zusammenhängende Blöcke gleicher Größe aufgeteilt. Die Blöcke werden quasi im Reißverschlussverfahren angeordnet. Dadurch können alle Platten gleichzeitig arbeiten. Das macht das Lesen und Schreiben schneller. Bei RAID 0 gibt es aber keine Redundanz. Redundanz heißt: Informationen werden gezielt zusätzlich gespeichert.

Spiegelung gibt es bei RAID 1. Das RAID besteht aus mindestens zwei Platten, und auf allen Platten liegen die gleichen Daten. Das nennt man volle Redundanz. Fällt eine Platte aus, kann jede andere weiterhin alle Daten liefern. Wird die kaputte Platte ersetzt, stellt ein Rebuild (Wiederaufbau) den ursprünglichen Zustand wieder her.

Parität ist eine Zusatzinformation zum Rechnen. Ein Bit ist eine einzelne 0 oder 1. Beim Paritätsbit zählt man die 1-Bits in den Daten. Bei gerader Parität ergänzt das Zusatzbit diese Anzahl auf eine gerade Zahl: Ist die Anzahl der 1-Bits schon gerade, ist das Zusatzbit 0. Ist sie ungerade, ist es 1. Geht ein Bit verloren, kann man es aus den übrigen Bits und dem Zusatzbit berechnen. Bei RAID 5 liegt die Paritätsinformation verteilt auf allen Platten.

Wir vergleichen zwei Dinge: den nutzbaren Platz (Kapazität) und die Ausfalltoleranz. Das ist die Zahl der Platten, die ausfallen dürfen, ohne dass Daten verloren gehen. Mit n meinen wir die Anzahl der Platten. TB (Terabyte) ist eine Einheit für Speicherplatz. Sind die Platten verschieden groß, zählt bei vielen Levels nur so viel wie die kleinste Platte.

RAID 0 nutzt alle n Platten für Daten. Es hat aber keine Redundanz. Fällt nur eine Platte aus, sind alle Daten verloren, auch die auf den anderen Platten. Je mehr Platten, desto höher die Ausfallwahrscheinlichkeit.

RAID 1 speichert auf jeder Platte dasselbe. Der nutzbare Platz ist höchstens so groß wie die kleinste Platte. Erst der Ausfall aller Platten führt zum Totalverlust.

RAID 5 nutzt Striping mit verteilter Parität. Der Platz beträgt (n − 1) × kleinste Platte. Beispiel: vier Platten à 1 TB ergeben (4 − 1) × 1 TB = 3 TB Nutzdaten und 1 TB Parität. Es darf höchstens eine Platte ausfallen. Bei intensivem Einsatz großer Platten kann der Wiederaufbau viele Stunden bis Tage dauern. Bei RAID 5 besteht währenddessen kein Schutz vor einem weiteren Ausfall.

RAID 6 funktioniert ähnlich wie RAID 5. Es verkraftet aber den gleichzeitigen Ausfall von bis zu zwei Platten. Der Platz beträgt n − 2 Platten, und es braucht mindestens vier Platten. Schreiben ist etwas langsamer als bei RAID 5.

RAID 10 ist ein RAID 0 über mehrere RAID 1. Es verbindet Sicherheit und mehr Tempo. Es braucht mindestens vier Platten und hat nur die Hälfte der gesamten Plattenkapazität zur Verfügung. Bei vier Platten übersteht es sicher den Ausfall einer Platte. Eine Wikibooks-Quelle nennt auch den Ausfall von zwei Platten ohne Datenverlust. Eine einfache Einzelzahl gibt es hier also nicht.

Stelle dir zwei Fragen. Erstens: Wie wichtig ist es, dass bei einem Plattenausfall nichts verloren geht? Zweitens: Wie wird auf die Daten zugegriffen, also vor allem lesen, große Blöcke oder oft kleine Schreibvorgänge?

RAID 0 ist nur für Anwendungen zu empfehlen, bei denen Ausfallsicherheit nicht von Bedeutung ist. Es passt dort, wo in kurzer Zeit große Datenmengen vor allem gelesen werden, zum Beispiel bei Musik- oder Videowiedergabe.

RAID 1 passt, wo ein Ausfall teuer wäre, etwa in Firmen oder bei sicherheitskritischen Systemen. Es ist aber teuer: Für vier Platten mit Daten bräuchtest du vier weitere zum Spiegeln.

RAID 5 bietet mehr Lesetempo und Redundanz bei relativ geringen Kosten und ist deshalb sehr beliebt. RAID 5 und RAID 6 passen besonders gut, wenn Daten in großen Blöcken verarbeitet werden oder Lesezugriffe dominieren, etwa bei Bild- und Videobearbeitung und bei Archiven. Ein Archiv ist ein Speicher für Daten, die man lange aufbewahrt. RAID 6 nimmst du für noch höhere Ansprüche an die Sicherheit.

RAID 10 ist die bessere Wahl, wenn es häufig Schreibzugriffe auf kleine Datenmengen gibt, die nicht der Reihe nach laufen. Beispiele sind ein gut ausgelasteter Mailserver oder eine Datenbank, mit der Nutzer arbeiten. Ein Mailserver ist ein Computer, der E-Mails annimmt und speichert. Eine Datenbank ist eine geordnete Sammlung von Daten. Bei RAID 10 bleibt weniger nutzbarer Platz als bei RAID 5.

Das ist nur eine Auswahl nach der Anforderung. Eine Datensicherung brauchst du bei jedem Level zusätzlich (mehr dazu im nächsten Abschnitt).

Eine Datensicherung (englisch Backup) ist mindestens eine Kopie der Daten auf anderen Datenträgern. Mit ihr kann man die Originaldaten wiederherstellen, wenn sie verloren gehen. Ein RAID erzeugt zwar gezielt Redundanz, aber diese Redundanz darf nicht mit einer Datensicherung gleichgesetzt werden.

Dafür gibt es mehrere Gründe. Erstens: Fehler werden mitgespiegelt. Versehentliche oder fehlerhafte Schreibvorgänge (Viren, Stromausfall, Benutzerfehler) übertragen sich augenblicklich auf die Spiegelplatte. Zweitens: Ein Wikibooks-Autor schreibt, die meisten Daten gingen durch andere Ursachen verloren. Nach seiner Angabe werden weniger als 10 % aller Datenverluste durch einen Festplattenausfall verschuldet. Ein RAID schützt nur vor dem Ausfall einer Festplatte. Drittens: Ein Fehler im Netzteil oder ein Blitzeinschlag in der Nähe kann beide Platten gleichzeitig zerstören. Viertens: Platten aus fehlerhaften Serien können zeitnah mehrfach ausfallen. Solche Mehrfachfehler lassen sich üblicherweise nur durch das Zurückspielen von Datensicherungen ausgleichen.

Deshalb gilt: Bewahre Sicherungen räumlich getrennt vom Computer auf. So schützen sie auch bei Feuer oder Hochwasser. Die 3-2-1-Regel hilft: Du hast die Daten in dreifacher Ausführung (3), auf zwei verschiedenen Medientypen (2), eine Kopie an einem anderen Standort (1) und eine Kopie offline (1). Offline heißt: komplett vom Netzwerk getrennt, zum Beispiel eine externe Festplatte, die vom System getrennt wird. So kann kein Angreifer die Sicherung löschen oder verschlüsseln. Teste die Sicherung außerdem regelmäßig: Der sichere Beweis ist, dass sich die Daten vollständig zurückholen lassen.