Was ist RAID? Warum ist diese Technik sinnvoll? Und was bedeuten all die Zahlen, die ständig mit dem Namen RAID verknüpft sind? Wir beantworten diese Fragen und sagen Ihnen, weshalb es sich für den Schutz der Daten Ihrer Kunden lohnt, wenn Sie sich mit RAID beschäftigen.
RAID ist die Abkürzung für Redundant Array of Independent Discs (Anordung mehrerer unabhängiger Festplattenlaufwerke). Mehrere Festplatten werden also zu einem logischen Laufwerk zusammengefasst. So erhält man je nach RAID-Level eine große "Festplatte", die schneller ist als die einzelnen Laufwerke oder besseren Schutz vor dem Ausfall einer HDD bietet.
Nummern und Grenzen
Die RAID-Ebenen/Level werden mit Nummern bezeichnet. Je nach RAID-Level werden die Daten unterschiedlich auf die Laufwerke verteilt. Die drei häufigsten Level im privaten Bereich und für kleine Büros sind RAID 0, RAID 1 und RAID 5. Wir werden aber auch Alternativen und Zusätze, wie JBOD (Just a Bunch of Disks), Microsofts RAID-artigen Drive Extender und RAID-Virtualisierungs-Techniken von Drobo, Netgear, Synology und Seagate vorstellen.
Die meisten RAID-Modi benötigen keine Festplattenlaufwerke von gleicher Größe, aber sie werden nur für die Kapazität des kleinsten Festplattenlaufwerks im Verbund eingesetzt. Setzen Sie beispielsweise ein 500 GB und ein 1 TB Festplattenlaufwerk in ein RAID-System, dann werden beide wie 500 GB Festplattenlaufwerke behandelt.
Sie sollten sich außerdem bewusst werden, dass die RAID-Technik zur Daten-Redundanz nur dann vor Datenverlust schützt, wenn ein Laufwerk ausfällt und die Festplatte über ein anderes Laufwerk zunächst weiter betrieben werden kann. RAID bietet aber keinen Schutz vor Datenverlust durch Controller-Schäden, Malware, Diebstahl oder Naturkatastrophen und ist deswegen sicherlich kein Ersatz für eine gute Backup-Strategie. (Siehe dazu auch "Wenn das NAS zum Datengrab wird".)
RAID 0: Tempo ist alles
Das Ziel dieses Modus ist Tempo. RAID 0 verteilt Daten über mehrere Laufwerke, beispielsweise Block A geht an Laufwerk 1 und Block B an Laufwerk 2. Dadurch wird die Lese- und Schreibgeschwindigkeit erhöht. Diese Vorgehensweise wird auch häufig Striping genannt. Allerdings gibt es auch noch andere RAID-Modi, die ordentlich Tempo machen.
Jedoch sollten Sie gewarnt sein: RAID 0 bietet keinerlei Schutz vor Laufwerkausfällen, da die Dateien nicht mehrfach auf mehrere Laufwerke geschrieben werden. Im Gegenteil: Die Gefahr, Daten durch eine defekte Festplatte zu verlieren, erhöht sich. Falls nämlich ein Laufwerk ausfällt, sind alle Daten verloren, auch, wenn sich Teile davon auf den noch intakten HDDs befinden. Eine professionelle Datenrettung kann zwar helfen, das kostet aber Ihren Kunden sehr viel Geld.
RAID 1: Sicherheit geht über alles
RAID 1 spiegelt die Daten über zwei Laufwerke indem Lese- und Schreibbefehle gleichzeitig bei beiden Laufwerken erfolgen. Die Daten auf beiden Laufwerken sind identisch - sollte eines ausfallen, können Sie mit dem intakten weiterarbeiten. Natürlich sollte das defekte Laufwerk dann schnellstmöglich ersetzt werden. RAID 1 ist die einfachste Methode um Daten vor einem Laufwerkausfall zu schützen. Dieser Schutz kostet jedoch die Hälfte der Gesamt-Speicherkapazität, da beispielsweise zwei 1 TB Laufwerke nun zu einem zusammengefasst werden und somit statt 2 TB nur 1 TB Speicherkapazität zur Verfügung steht.
Sie können so viele Spiegelpaare zusammenstellen, wie es der RAID-Controller zulässt. Sofern das System zudem Duplex-Reading unterstützt, kann RAID 1 dazu genutzt werden die Lesegeschwindigkeit zu erhöhen, indem Datenblöcke abwechselnd von Laufwerk 1 und Laufwerk 2 ausgelesen werden.
RAID 5: Das Beste von RAID 0 und 1
Dieser RAID-Modus bietet dem Kunden sowohl Geschwindigkeit als auch Datenspiegelung für einfache und semi-professionelle Zwecke. Dieser Modus ist gerade für Home Office und kleinere und mittlere Unternehmen gut geeignet. RAID 5 schreibt Daten auf verschiedene Laufwerke und legt Paritätsdaten im gesamten Laufwerkverbund an.
Paritätsdaten sind kleine Datenanteile, die mathematisch aus dem großen Datenbündel herausgerechnet werden. Diese reichen dann aber im Umkehrschluss aus, um das große Datenbündel zu rekonstruieren.
RAID 5 benötigt ungefähr ein Drittel des gesamten Speicherplatzes für Paritätsinformationen und verlangt mindestens 3 Festplattenlaufwerke. Da RAID 5 von verschiedenen Laufwerken gleichzeitig liest, ist es im Vergleich zu anderen Systemen sehr schnell.
Jedoch wird dieser Modus sehr schnell ausgebremst, wenn mehrere Datenabfragen gleichzeitig stattfinden sollten, wie beispielsweise in einem Server. Ihre Daten sind mit RAID 5 gut vor einem Laufwerkausfall geschützt, da die Paritätsdaten auf verschiedenen Laufwerken abgespeichert werden, sodass jedes Laufwerk bei einem Ausfall wiederhergestellt werden kann.
Alternativen zu RAID
JBOD
JBOD (Just a Bunch of Disks) kann zwar als ein Festplatten-Array gezählt werden, bietet aber keinerlei Geschwindigkeits-Vorteile oder Datenspiegelung. JBOD führt lediglich mehrere Laufwerke zu einer einzigen Festplatte zusammen. Zunächst wird das erste Laufwerk komplett beschrieben, danach das zweite und so weiter.
Zwar laufen viele Netzwerklaufwerke über dieses Verfahren, jedoch empfehlen wir die Nutzung nur, wenn Sie keine Alternative haben. Dies bedeutet, dass Sie wirklich eine einzige zusammengefasste Festplatte benötigen und zugleich nicht RAID 0 zur Verfügung haben. Zudem ist es in heutiger Zeit mit 2 TB Festplattenkapazität pro Laufwerk kaum mehr von Nutzen im privaten Bereich mehrere Festplatten zu einer einzigen zusammenzufassen.
Drive Extender
Diese RAID-Alternative ist auf NAS-Systemen mit Microsoft Windows Home Server verfügbar. RAID kann über Hardware-Controller oder Software implementiert werden und arbeitet auf der Bit-, Byte- und Block-Ebene. Drive Extender hingegen nutzt die Daten-Ebene des Betriebssystems.
Dadurch wird für diesen Ansatz die CPU benötigt und kann vor allem an ausgelasteten Servern zu spürbaren Leistungseinbrüchen führen. Auf einem NAS-System ohne größere Auslastung hingegen sind die Auswirkungen minimal. Tatsächlich zeigen Windows Home Server NAS-Systeme normalerweise gute Leistungen und können die Vorteile des Drive Extender sehr gut nutzen.
Interne PATA- und SATA-Laufwerke, externe USB und FireWire-Speichersysteme können ohne Probleme miteinander kombiniert werden. Laufwerks-Größen müssen nicht angepasst werden und es können weitere Disks eingebaut werden, ohne die gesamte Anordnung umbauen zu müssen. Sie können auch Laufwerke ohne großen Aufwand ausbauen, sofern die Gesamtkapazität nicht unter den benötigten Speicherplatz fällt.
Drive Extender bietet auch einen gewissen Datenschutz, da Daten auf verschiedenen Festplatten gespeichert werden. Diese Funktion ist aber in der Standardeinstellung ausgeschaltet. Man kann sich auch aussuchen, welche Daten reproduziert werden sollten, indem die entsprechenden Ordner ausgewählt werden. So können unkritische Daten getrost einfach gespeichert bleiben, während wichtigere Daten auf mehrere Laufwerke verteilt werden.
Virtualized RAID
Das Unternehmen Drobo hat sich einen Namen gemacht indem es den RAID-Konfigurations-Prozess deutlich erleichtert hat und dem Nutzer nun gestattet, die gesamte Laufwerkkapazität zu nutzen, falls Festplatten unterschiedlicher Speichergröße genutzt werden. Mit Drobo kann man dem System jedes gewünschte Laufwerk hinzufügen ohne selbst das System rekonfigurieren zu müssen. Es stellt sich nämlich selbst ein. RAID steckt immer noch hinter dem System, ist jedoch für den Nutzer durchschaubarer. Die Virtualisierung kümmert sich um den Datenspiegelungsprozess und kann sogar verschiedene RAID-Ebenen gleichzeitig ansprechen.
Weitere Programme, die verschiedene Festplatten zu einem einzigen Laufwerk zusammenfassen, von Herstellern wie Netgear, Seagate und Synology bieten zwischenzeitlich auch ähnliche Virtualisierungs-Funktionen zur Datenspiegelung. Jede von ihnen trägt einen anderen Namen. Wenn dieser Trend anhält, wird es bald nicht mehr notwendig sein, die verschiedenen RAID-Modi zu verstehen, da alle Modi virtualisiert zur Verfügung stehen.
Weitere RAID-Optionen: 2, 3, 4
Die RAID-Spezifikationen enthalten noch einige weitere Level, die heutzutage allerdings kaum mehr genutzt werden. Beispielsweise RAID 2.
RAID 2 verteilt geschriebene Daten auf der Bit-Ebene, der kleinsten Informationseinheit im Computer, auf mehrere Laufwerke, anstatt auf der Block-Ebene. Dieses System schreibt zudem Hamming ECC (Error-Correcting Code) Wiederherstellungs-Informationen auf eine Paritäts-Disk auf Byte-Ebene. Dieser Prozess verschlingt sehr viel Rechenleistung.
RAID 3 wurde aus einem ähnlichen Grund von anderen Modi wie 0, 1 und 5 verdrängt. RAID 3 nutzt ebenfalls keine Daten-Blöcke, sondern verteilt Dateninformationen auf den verschiedenen Laufwerken auf der Byte-Ebene (8 Bits) und speichert ebenfalls Paritätsinformationen auf einem weiteren Laufwerk. RAID 4 verteilt zwar die Daten auf der Block-Ebene, speichert aber alle Paritätsinformationen auf einem zusätzlichen Laufwerk. Sofern das Zusatz-Laufwerk ausfällt, ist das gesamte Speichersystem ungeschützt. Darum müsste das Zusatz-Laufwerk so schnell wie möglich ersetzt und die Paritätsinformationen rekonstruiert werden, sodass einem möglichem Datenverlust weiterhin vorgebeugt werden kann.
Maximale Sicherheit und Leistung
Drei weitere RAID-Modi sind eigentlich sehr nützlich, werden aber kaum genutzt. RAID 6 ist fast wie RAID 5 und benutzen auf allen Laufwerken verteilte Paritätsinformationen. RAID 6 hat lediglich mehr davon. RAID 6 nimmt noch ein zweites Paket Paritätsinformationen auf und verteilt das auf alle Laufwerke. Dies erfordert natürlich mehr Festplattenkapazität als bei RAID 5. Jedoch sollte RAID 6 in Erwägung gezogen werden, wenn ein hoher Fehlertoleranz-Grad des Systems erreicht werden soll.
RAID 10, auch häufig als RAID 1+0 bezeichnet, stript die Daten (RAID 0) über gespiegelte Festplattenpaare (RAID 1). Mit diesem Aufbau bekommen Sie einiges von der Schreibgeschwindigkeit zurück, die Sie durch RAID 1 verloren haben. Jedoch benötigen Sie mindestens 4 Laufwerke für RAID 10, da von zwei Laufwerken gleichzeitig gelesen und geschrieben wird und diese beiden dann noch gespiegelt werden. Für die Datensicherheit wird also wie bei RAID 1 50% der Festplattenkapazität geopfert.
Es gibt jedoch auch RAID 0+1. Wie bei RAID 10 erhöht sich die Schreibgeschwindigkeit. Und wieder benötigen Sie 4 Laufwerke und müssen 50% der Kapazität für die Datenspiegelung aufwenden.
Der richtige RAID-Level
Nun möchten wir zum Abschluss noch einige Hinweise geben, wie Sie das für die jeweiligen Bedürfnisse richtige RAID-System finden.
Hardware RAID: Dieser Modus kann im BIOS oder von einem RAID-Controller aktiviert werden. Software-RAID-Lösungen verringern hingegen die Rechenleistung Ihres Systems.
RAID 0: Wenn eine schnelle Festplatte, vor allem beim Verarbeiten großer Daten, erwünscht ist.
RAID 1: Wenn es nur zwei Laufwerke gibt, aber die Daten wirkungsvoll vor einem Laufwerkausfall geschützt werden sollen.
RAID 5: Wenn es mehr als zwei Laufwerke gibt und ein komplettes und flottes Schutznetz aufgebaut werden soll.
Windows Drive Extender: Macht seine Aufgabe sehr gut, ist aber fast nur auf NAS-Systemen zu finden. Es wirkt sich auf die Rechenleistung des Systems aus.
Der Originalartikel stammt von Jon L. Jacobi. Ein Autor unseres Schwestermagazins PCWorld.