RAID-Level: Die wichtigsten RAID-Ansätze im Vergleich

Festplatten als RAID zusammenzuschließen, kann verschiedene Vor- und Nachteile mit sich bringen. Welche das im Einzelnen sind, lässt sich dabei gar nicht pauschal sagen, da die konkreten Eigenschaften eines Verbunds hauptsächlich von dem gewählten RAID-Level abhängen. Diese teilweise sehr unterschiedlichen Standards legen fest, wie viele Festplatten man mindestens benötigt, auf welche Weise die involvierten Datenträger kombiniert werden und welche Verfahren bei der Speicherung der Dateien zum Einsatz kommen.

Definition

Ein RAID (Redundant Array of Independent Disks) ist ein Verbund zwei oder mehr verschiedenen Speichermedien zu einem einzelnen logischen Laufwerk. Die konkrete Funktion bestimmen die jeweiligen Festplatten-Setups, die man auch als RAID-Level bezeichnet.

Wir erklären, in welchen Punkten sich RAID-Level unterscheiden können und welche Auswirkungen die verschiedenartigen Ansätze haben. Zudem vergleichen wir die gängigen RAID-Level miteinander, wobei insbesondere die Faktoren Kosten, Ausfallsicherheit und Performance im Vordergrund stehen.

RAID-Level: Die wichtigsten Unterschiede im Überblick

RAID-Level wie RAID 5 oder RAID 6 beschreiben unterschiedliche Ansätze, um Festplatten in einem Verbund zusammenzuschließen, der als einzelnes logisches Laufwerk fungiert. Als man die RAID-Technik 1988 erstmalig präsentierte, stand dabei noch die Kostenersparnis, die mit solchen Hardware-Clustern erzielt werden konnte, im Fokus. Heute spielt der Kostenfaktor jedoch nur noch eine untergeordnete Rolle bei der Bewertung der verschiedenen Level.

Die entscheidenden Eigenschaften, in denen sich RAID-Level heute voneinander unterscheiden, sind folgende:

  • Maß an Ausfallsicherheit
  • Lesegeschwindigkeit (Output-Rate)
  • Schreibgeschwindigkeit (Input-Rate)
  • Ausnutzung der möglichen Speicherkapazität
  • Mindestanzahl an benötigten Festplatten
Hinweis

Häufig wird fälschlicherweise angenommen, dass die einzelnen RAID-Level aufeinander aufbauen, was nicht den Tatsachen entspricht. Es existieren allerdings Kombinationen aus zwei verschiedenen Leveln wie RAID 10, die beide Grund-Level in der Bezeichnung vereinen. Im genannten Beispiel: RAID 1 und RAID 0.

Wie kommen die unterschiedlichen Eigenschaften der RAID-Level zustande?

Das primäre Ziel von RAIDs ist es, die Sicherheit gespeicherter Daten zu erhöhen. Ausfälle einzelner Festplatten sollen auf diese Weise kompensiert werden und nicht zu Datenverlust führen. Hierfür setzen die einzelnen RAID-Level verschiedene Techniken ein, um Dateien redundant zu speichern. Das klassische Verfahren ist beispielsweise die Spiegelung aller Daten – hier liegen also alle Informationen im Platten-Cluster in doppelter Ausführung. Alternativ setzen andere RAID-Level auf Paritätsinformationen, die gemeinsam mit den Nutzdaten auf den eingebundenen Datenträgern gespeichert werden und – im Falle eines defekten Speichermediums – die schnelle und einfache Wiederherstellung der Daten ermöglichen.

Hinweis

Ein RAID ist keinBackup-Ersatz: Die räumlich und zeitlich getrennte Speicherung von Dateien, die klassische Backups auszeichnen, ist in RAID-Verbunden nicht gegeben!

Um die Performance zu steigern, setzen viele RAID-Level außerdem auf das sogenannte Striping-Verfahren (von engl. stripes „Streifen“): Die gespeicherten Daten werden hierbei in Streifen zerlegt und gleichmäßig auf alle eingebundenen Festplatten verteilt. Auf diese Weise lassen sich sowohl die Schreib- als auch die Lesegeschwindigkeit optimieren, wobei der Grad der Steigerung von dem eingesetzten Redundanzverfahren abhängt.

Viele RAID-Level bieten im Vergleich zu den Einzellaufwerken sowohl eine erhöhte Ausfallsicherheit als auch eine verbesserte Performance. Dabei gilt allerdings die Faustregel: Je stärker der Festplattenverbund gegen einen Ausfall gesichert wird, desto schwächer fällt der Performance-Boost aus.

Auch die maximal für Nutzdaten verfügbare Speicherkapazität resultiert in erster Linie aus der Methode, die für die Generierung von Redundanz eingesetzt wird. RAID-Level, die auf eine Spiegelung der Daten setzen, können automatisch nur auf 50 Prozent des Speicherplatzes zurückgreifen. In RAIDs, die mit Parität arbeiten, steigt der für Nutzdaten verfügbare Speicheranteil mit zunehmender Anzahl an Festplatten.

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Tabellarische Gegenüberstellung der wichtigsten RAID-Level

Das Verhältnis aus Ausfallsicherheit, Performance, Speicherkapazität und letztlich auch Kostenfaktor fällt also von RAID-Level zu RAID-Level ganz unterschiedlich aus. Einige Ansätze wie RAID 0 und RAID 1 sind darüber hinaus von Grund auf nur auf eine Eigenschaft ausgelegt: Während RAID 0 ausschließlich für einen gesteigerten Datendurchsatz beim Lesen und Schreiben sorgt, steht in einem RAID-1-System die doppelte Speicherung der Dateien so stark im Vordergrund, dass lediglich eine minimale Verbesserung der Lesegeschwindigkeit (bei passendem RAID-Controller) erzielt wird.

In der nachfolgenden Tabelle sind die gängigen RAID-Level gegenübergestellt, um ihre Eigenschaften, Stärken und Schwächen im direkten Vergleich aufzuzeigen.

  RAID 0 RAID 1 RAID 5 RAID 6 RAID 10 (1+0)
Mindestanzahl an Festplatten 2 2 3 4 4
Verwendete Verfahren Striping Spiegelung (Mirroring) Striping und Parität Striping und doppelte Parität Striping gespiegelter Daten
Ausfallsicherheit niedrig sehr hoch; Ausfall eines Laufwerks möglich mittel; Ausfall eines Laufwerks möglich hoch; Ausfall von zwei Laufwerken möglich sehr hoch; Ausfall eines Laufwerks pro Sub-Array möglich
Speicherkapazität für Nutzdaten 100 Prozent 50 Prozent 67 Prozent (steigt mit jeder weiteren Platte) 50 Prozent (steigt mit jeder weiteren Platte) 50 Prozent
Geschwindigkeit beim Schreiben sehr hoch niedrig mittel niedrig mittel
Geschwindigkeit beim Lesen sehr hoch mittel hoch hoch sehr hoch
Kostenfaktor niedrig sehr hoch mittel hoch sehr hoch

Für welchen Verwendungszweck eignen sich die verschiedenen RAID-Level?

Mit ihren verschiedenen Eigenschaften eignen sich die vorgestellten RAID-Level für ganz verschiedene Anwendungsfälle. Als einziges Level ohne Redundanz ist RAID 0 dabei als Speicherlösung für sensible Daten gänzlich auszuschließen. Ein solcher Verbund ist vorrangig als SSD-Alternative für unkritische Anwendungen wie Video- und Bildbearbeitungssoftware zu sehen.

Die sehr kostspieligen RAID-Level 1 und 10 eignen sich wie viele RAID-Verbunde nicht für die Speicherung riesiger Datenmengen. Ihre hohe Ausfallsicherheit erlaubt jedoch das Ablegen sensibler Daten. Die beiden Konzepte spielen ihre Vorzüge dabei vor allem bei Anwendungen aus, die eine hohe Datendurchsatzrate erfordern. File- und Webserver (RAID 1) bzw. Datenbank- und Anwendungsserver (RAID 10) sind hier typische Einsatzszenarien.

Auch die mit Parität arbeitenden Level RAID 5 und RAID 6 sind insbesondere für die Speicherung von kleineren Dateien interessant, da die Schreibgeschwindigkeit verhältnismäßig schwach ausfällt. Datenbank- und Transaktionsserver zählen zu den typischen Anwendungsfällen.

Welche Speicher-Alternativen gibt es?

RAID-Systeme waren über viele Jahre hinweg das Nonplusultra, um Daten ausfallsicherer und performanceorientiert zu speichern. Mittlerweile gibt es aber verschiedene alternative Techniken, die an dieser Stelle ebenfalls kurz erwähnt werden sollen.

Multi-Copy-Mirroring (MCM)

Multi-Copy-Mirroring stellt eine praktische RAID-Alternative dar, bei der – wie bei der Spiegelung in RAID-Level 1 – mehrere übereinstimmende Kopien der Daten angelegt werden. Anders als bei einem RAID-System liegen diese Kopien aber auf unterschiedlichen Hosts im Netzwerk und verfügen über einen Modus, um den Zustand der Daten kontinuierlich zu überprüfen. Stößt dieser Wiederherstellungsmechanismus auf beschädigte oder nicht erreichbare Daten, werden diese sofort mithilfe einer Kopie repariert. Die Anzahl der Kopien bestimmt der Anwender selbst, wobei jede Kopie immer genauso viel Speicherplatz einnimmt wie das Original, was MCM schnell zu einer kostspieligen Angelegenheit machen kann.

Erasure Codes (EC)

Erasure Codes greifen auf Algorithmen zurück, die Daten in Teilmengen bzw. Blöcke zerlegen – ganz wie beim Striping-Verfahren, das RAID-Level wie 0 oder 5 auszeichnet. Die einzelnen Datenteile lassen sich dann bequem auf separate Speicherorte verteilen. Auch Erasure Codes verfügen über einen Prüfmechanismus, der die Lesbarkeit und Verfügbarkeit der Daten sicherstellt. Der zusätzliche Speicherplatz, der für diese RAID-Alternative einzuräumen ist, liegt bei 33 Prozent, was sie zudem zu einer der kostengünstigsten Optionen für die Dateisicherung macht. Am besten eignen sich Erasure Codes für große Datensätze, da hier die Unterteilung in Blöcke besonders effizient ist.

Cloud-Backup

Der Artikel ist kurz darauf eingegangen, dass ein RAID-System niemals als Alternative zu einem Backup zu verstehen ist – und ebenso soll auch das Backup an dieser Stelle nicht als vollwertige Alternative für einen RAID angepriesen werden. Backups in der Cloud dienen ausschließlich dem Zweck, Daten an einem separaten Speicherort zu lagern. Eine Erhöhung der Ausfallsicherheit oder eine verbesserte Lese- und Schreibgeschwindigkeit sind mit diesem Speicherkonzept nicht verbunden. Wer allerdings auch keine Hardware-Optimierung anstrebt, findet in einem Cloud-Backup mitunter bereits genau die passende Lösung für die sichere Speicherung der eigenen Daten.

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