Was ist ein RAID? RAID-Level 0 bis 7 einfach erklärt!

In den Bereichen Datenspeicherung und -verwaltung sind Redundanz (mehrfaches Ablegen von Inhalten, vorzugsweise auf jeweils einzelnen Speichermedien) und Leistung von großer Bedeutung. Hier kommt die RAID-Technologie, kurz für Redundant Array of Independent Disks, ins Spiel. RAID-Systeme haben sich bei der Sicherstellung von Datenintegrität, Verfügbarkeit und Leistung für verschiedene Anwendungen bewährt, von privat genutzten Computern bis hin zu Servern auf Unternehmensebene. Im Folgenden findet ihr Informationen zu RAID im Allgemeinen sowie zu den verschiedenen Leveln, die jeweils auf Datensicherheit, Leistung oder beide Aspekte ausgelegt sind.

Was ist ein RAID-System?

Ein RAID-System stellt eine Methode zur Organisation von Daten über mehrere Festplatten hinweg dar. Sie dient dazu, Redundanz, Leistung oder beide Faktoren gleichzeitig zu optimieren. Statt auf eine einzelne Festplatte zu setzen, verteilt ein RAID-System die Daten auf mehrere unabhängige Laufwerke, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Datenverlust minimiert wird. Denn fällt eines der Speichermedien aus, dann liegen die Daten immer noch auf den intakten Medien vor. Die im Folgenden kurz erklärten RAID-Level bieten unterschiedliche Ansätze, um die Vorteile von Redundanz und Leistung zu kombinieren, je nach den Anforderungen der Anwender/innen.

RAID-Level 0

Das RAID-Level 0, auch „Striping“ genannt, ist hauptsächlich für die Verbesserung der Leistung gedacht. Die Daten werden gleichmäßig über mehrere Laufwerke verteilt, was zu schnelleren Lese- und Schreibgeschwindigkeiten führt. Allerdings bietet RAID 0 keine Redundanz, was bedeutet, dass der Ausfall einer einzelnen Festplatte zum vollständigen Datenverlust führen kann. Hier ist es also weiterhin sinnvoll, auf Backup-Lösungen wie externe Festplatten, Cloud-Speicher und dergleichen zu setzen, um bei einem Systemausfall weiterhin auf die eigenen Dateien und Programme zugreifen zu können.

• Fokus von RAID 0 liegt auf: Beschleunigung des Festplattenzugriffs
• Mindestanzahl der Festplatten: 2

RAID-Level 1

Das RAID-Level 1, auch „Mirroring“ genannt, legt den Schwerpunkt auf Redundanz. Das heißt, dass die Inhalte mehrfach vorliegen sollen, um beim Ausfall eines einzelnen Speichermediums weiterhin von einem zweiten aus genutzt werden zu können. Dazu werden die Daten auf zwei oder mehr identischen Laufwerken gespiegelt. Wenn eines der Laufwerke ausfällt, bleiben die Daten auf dem anderen Speicher intakt und zugänglich. RAID 1 bietet eine hohe Datensicherheit, im Vergleich zu RAID 0 büßt es dafür aber etwas an Speichernutzung und Gesamtleistung ein.

• Fokus von RAID 1 liegt auf: Datensicherheit durch Kopieren aller Inhalte
• Mindestanzahl der Festplatten: 2

RAID-Level 2

Das RAID-Level 2 kam vornehmlich im Großrechner-Bereich zum Einsatz und spielt heutzutage keine Rolle mehr. Neben den Vorteilen anderer RAID-Versionen spielt hier auch die komplizierte Implementierung in (bestehende) Systeme eine Rolle. RAID 2 sollte sowohl Leistung als auch Datenredundanz liefern und realisierte das mit Techniken wie „Hamming-Code-Bits“ (fehlerkorrigierende Dateneinheiten) und „Bit-Level-Striping“. Hier kommt also ein „Error Correcting Code“ bzw. das „Error Checking and Correcting“ (beides mit ECC abgekürzt) zum Einsatz.

• Fokus von RAID 2 liegt auf: Schutz gegen Festplattenfehler
• Mindestanzahl der Festplatten: 2

RAID-Level 3

Das RAID-Level 3 soll ins Verhältnis zu den Anschaffungskosten gesetzt einen recht hohen Leistungsgewinn sowie gleichzeitig eine hohe Datensicherheit liefern. Dabei kommt neben mehreren Festplatten für das Ablegen von Dateien und ihren Kopien ein zusätzlicher Speicher zum Einsatz – die Paritätsplatte. Diese enthält aber keine weiteren Daten-Kopien, sondern die Bit-Summe der Datenplatten. Es werden die Bits jeder Datenplatte zusammengerechnet und dann geprüft, ob die Summe gerade oder ungerade ist. Gerade Summen werden mit dem Bit-Wert 0 vermerkt, ungerade Summen mit dem Bit-Wert 1. Im Vergleich zu den vorigen Leveln führt RAID 3 also eine dedizierte Festplatte für die Fehlerkorrektur ein.

• Fokus von RAID 3 liegt auf: Sichere Verarbeitung großer Dateien
• Mindestanzahl der Festplatten: 3

RAID-Level 4

Das RAID-Level 4 ähnelt RAID 3, verwendet jedoch „Block-Level-Striping“ anstelle von „Byte-Level-Striping“. Es werden also größere Datenblöcke mit Informationen zu den Datenplatten gespeichert. Das dedizierte Paritätslaufwerk ist an allen Lese- und Schreibprozessen beteiligt, was den Fokus auf dessen Maximalgeschwindigkeiten nötig macht. RAID 4 bietet also nur eine hohe Geschwindigkeit, wenn dies auch auf die Paritätsplatte zutrifft. Durch den dauerhaften Zugriff kann dieser Kontrollspeicher zudem schneller verschleißen. Mit der Zeit entstehen durch Ersetzung des möglichst schnellen Speichermediums also vergleichsweise hohe Kosten.

• Fokus von RAID 4 liegt auf: Schnelles Lesen und Schreiben kleinerer Dateien
• Mindestanzahl der Festplatten: 3

RAID-Level 5

Das RAID-Level 5 ist eines der am häufigsten verwendeten Level neben RAID 0, RAID 1 und der Kombination RAID 0+1. Die Speicherkombination RAID 5 verwendet ebenfalls „Block-Level-Striping“, verteilt die Parität allerdings über alle Laufwerke. Dies verringert mögliche Engpässe und kann die Gesamtleistung verbessern. Im Falle eines Laufwerksausfalls können die Daten aus den verbleibenden Laufwerken und den dort abgelegten Paritätsinformationen wiederhergestellt werden. Ein weiterer Vorteil ist natürlich, dass es keine schnelle und tendenziell häufiger zu ersetzende Festplatte braucht, die nur den Paritätsinformationen dient. RAID 5 versagt nur, wenn gleichzeitig zwei oder mehr Speicher ausfallen, was eine hohe Datensicherheit bedeutet.

• Fokus von RAID 5 liegt auf: Lesen und Schreiben kleinerer Dateien, ohne Paritätsplatte
• Mindestanzahl der Festplatten: 3

RAID-Level 6

Das RAID-Level 6 baut auf RAID 5 auf, bietet jedoch doppelte Paritätsinformationen. Dies ermöglicht den Schutz vor einem gleichzeitigen Ausfallen von bis zu zwei Laufwerken. Die zusätzliche Redundanz sorgt für eine erhöhte Datensicherheit, aber geht meist zu Lasten der Schreib- und / oder Rechenleistung. Zumal keine Paritätsbits zum Einsatz kommen, sondern ein Code für die Behebung von Einzelbit-Fehlern. Verschiedene Möglichkeiten zur Implementierung von RAID 6 können den einen oder anderen Nachteil abmildern, also für jeweils mehr Schreibgeschwindigkeit oder für mehr Leistung sorgen.  

• Fokus von RAID 6 liegt auf: Höhere Datensicherheit als bei den vorigen Leveln
• Mindestanzahl der Festplatten: 4

RAID-Level 7

Das RAID-Level 7 ist keine offizielle Bezeichnung. Die einzelnen, für RAID 7 zum Einsatz kommenden Methoden sind nicht in den offiziellen RAID-Standards enthalten. Der Begriff bezieht sich vielmehr auf eine individuell angepasste RAID-Konfiguration, die spezifische Anforderungen der Nutzer/innen oder des Unternehmens erfüllt.

RAID-Kombinationen und -Variationen mit individuellen Vorteilen

Wie ihr seht, so kommen bei der Schaffung von RAID-Systemen für die Absicherung von Daten verschiedene Faktoren zusammen. Einige der genannten Level erfordern eine Mindestanzahl von Festplatten, was also auch zu einem bestimmten Minimum an Kosten führt. Diese summieren sich je nach Anzahl, Speichermenge, Lese- und Schreibgeschwindigkeit sowie Austauschrate bzw. Ausfallrisiko. Hinzu kommen der Faktor Gesamtgeschwindigkeit und die Auswirkung auf die Rechenleistung zur Daten- und Paritätsverteilung. Durch Anpassung der einzelnen Level bzw. einer kombinierten Nutzung lassen sich einige Bereiche optimieren.

Um bestimmte Sicherheitsaspekte und Leistungsmerkmale aus unterschiedlichen Leveln einzeln zu verbessern oder kombiniert zu nutzen, gibt es daher RAID-Variationen und -Kombinationen. Diese werden nicht als eigene RAID-Level bezeichnet – das bleibt den Leveln 0 bis 6 vorbehalten – bekommen aber dennoch eigene Namen. Das hilft dabei, die entsprechend eingesetzten Technologien zu ermitteln und daraus Schlüsse zu den Vor- und Nachteilen zu ziehen. Es gibt unter anderem: RAID 01, RAID 03, RAID 05, RAID 10, RAID 1.5, RAID 1E, RAID 30, RAID 45, RAID 50, RAID 55, RAID 5E, RAID 60, Matrix-RAID, RAID TP (Triple Parity = dreifache Parität), und mehr.

Zusammenfassung zum Redundant Array of Independent Disks

Im Bereich der Datenspeicherung konnte RAID als wichtige Technologie etabliert werden, um die Datenintegrität sowie in vielen Fällen auch die Leistung zu optimieren. Die verschiedenen RAID-Level bieten eine breite Palette von Optionen, um den Bedürfnissen verschiedener Nutzer/innen gerecht zu werden. Während einige Level sich mehr auf Leistung konzentrieren, legen andere den Schwerpunkt auf Redundanz und Datensicherheit. Um einzelne Aspekte zu priorisieren bzw. zu optimieren, gibt es zudem bestimmte Anpassungen und Kombinationen mit jeweils eigenen Vorteilen und Nachteilen. Neben dem „Wie?“ sollte man bei der Implementierung des RAID-Systems also auch das „Warum?“ mit einbeziehen.

Links zu Quellen mit weiteren Details

Neben den einzelnen Leveln, in die man die RAID-Technologie einteilen kann, gibt es noch viele weitere Informationen. Hier auf alle Kombinationen und Anpassungen, auf Speicherformeln, alternative Festplattenverbunde, bestimmte Fachbegriffe und dergleichen einzugehen, würde den Rahmen sprengen. Deshalb gebe ich euch lieber zwei Links mit auf den Weg, welche die hiesigen Erklärungen ergänzen:

• Deutscher Wikipedia-Artikel zu diesem Thema: Hier lesen
• Geschichte und Informationen von TecChannel / Computerwoche: Hier reinschauen

Johannes Domke

Johannes hat nach dem Abitur eine Ausbildung zum Wirtschaftsassistenten in der Fachrichtung Fremdsprachen absolviert. Danach hat er sich aber für das Recherchieren und Schreiben entschieden, woraus seine Selbstständigkeit hervorging. Seit mehreren Jahren arbeitet er nun u. a. für Sir Apfelot. Seine Artikel beinhalten Produktvorstellungen, News, Anleitungen, Videospiele, Konsolen und einiges mehr. Apple Keynotes verfolgt er live per Stream.