RAID 0+1 versus RAID 10

Gespiegeltes Striping oder geklonte Paare?

Ein RAID-System (Redundant Array of Inexpensive Disks) lässt sich aus den primären RAID-Leveln RAID 0 und RAID 1 performant aber abgesichert betreiben – allerdings in unterschiedlicher Reihenfolge. Entweder werden zuerst die Hälfte der Platten zu Stripesets zusammengefasst und danach gespiegelt (RAID 0+1 bzw. RAID 01) oder die Paare werden gespiegelt und dann erst kombiniert (RAID 10). (Unsere TopRAID-Modelle lassen sich beispielsweise so flexibel in allen erdenklichen RAID-Konfigurationen betreiben.)

Die Nettokapazität und Geschwindigkeit sind bei beiden Varianten indes gleich. Deshalb gehen wir hier folgenden Fragen nach: Was passiert, wenn mehr als zwei Platten in einem gespiegelten RAID-Set konfiguriert werden und wie steht es dabei um die Datensicherheit? Wie hoch ist also die Gefahr während des Rebuild einen weiteren Laufwerksausfall zu erleiden?

RAID-01

Halber HDD-Bestand kombiniert und gespiegelt

RAID 0+1

Bei einem RAID 0+1 wird erst über jeweils die Hälfte aller Platten ein Stripeset mit RAID 0 gebildet. Im Gegensatz zu allen anderen RAID-Varianten schützt dieses sogenannte Striping jedoch nicht die Daten, sondern erzeugt aus den vielen beteiligten Datenträgern lediglich ein einziges Laufwerk. Der Umstand, dass die Daten auf alle Festplatten verteilt werden, sorgt insgesamt allerdings für eine höhere Datenübertragungsrate als bei Einzellaufwerken. Und genau das machen sich die Administratoren zu Nutze.

Da bei RAID 0 die Ausfallwahrscheinlichkeit mit jeder beteiligten Festplatte aber sogar steigt, gilt es eine Sicherungsmaßnahme einzubauen. Dafür ist RAID 1 (die Spiegelung) zuständig: Das Stripeset wird also auf die andere Hälfte des HDD-Pools – der ebenfalls per RAID 0 zusammengefasst wurde – gespiegelt (RAID 1).

RAID 10

Spiegelung einzelner Paare

RAID 10

Im RAID10-Modus spiegelt der Controller je zwei Festplatten aufeinander, so dass eine Eins-zu-Eins-Kopie entsteht. Das entspricht dem RAID1-Modus. Diese Art der Sicherung wird üblicherweise bei RAID-Systemen angewendet, die nur aus zwei Laufwerken bestehen wie etwa Bootpartitionen. 

Die so geklonten Laufwerke bieten also bereits einen gewissen Schutz, da diese Daten an zwei Stellen vorliegen. Die so gedoppelten Festplatten werden wiederum zugunsten der Performance zu einem virtuellen Laufwerk im RAID-Level 0 zusammengefasst. Das sorgt für Tempo am Hostrechner, da die Daten schneller verfügbar sind. RAID 0 für sich birgt indes die Gefahr, dass der gesamte Datenbestand futsch ist, wenn nur einer der beiden Laufwerke im RAID-Set ausfällt. Bei RAID 10 wird das durch die RAID 1-Spiegelung ausgeglichen. 

RAID 0+1 versus RAID 10

RAID 0+1 versus RAID 10

Sicherheit von RAID 0+1

Angenommen wir konfigurieren aus acht Platten ein RAID 0+1. Dann haben wir jeweils vier Platten in einem RAID 0 und diese beiden RAID 0 sind als RAID 1 gespiegelt.

Wenn jetzt im ersten RAID 0 eine Platte ausfällt, ist dieses RAID 0 korrupt, da bei einem RAID 0 keinerlei Redundanz vorhanden ist. Die Daten sind nur noch im zweiten RAID 0 intakt. Sollte jetzt auch noch im zweiten RAID 0 eine weitere Platte ausfallen, sind beide RAID 0 korrupt und die Daten sind nicht mehr verfügbar.

Die Wahrscheinlichkeit, dass beim Ausfall einer zweiten Platte alle Daten verloren gehen liegt bei über 50 %, genau genommen bei 4/7 = 57,14 %. Warum? Es ist egal welche der 4 Platten im zweiten RAID 0 ausfällt. Und da nach dem Ausfall der ersten Platte nur noch sieben Platten vorhanden sind, führt bereits ein Ausfall bei vier von sieben Platten zu einem Datenverlust.

Wahrscheinlichkeit für Datenverlust
durch Ausfall einer zweiten HDD (wobei
n die Anzahl an Laufwerkspaaren darstellt):
n/(2n-1)

Beispiel mit vier Laufwerkspaaren:

4 / (2 x 4 – 1) = 0,571

57,1 %

Sicherheit von RAID 10

Wie ist es denn dann bei einem RAID 10 aus acht Platten? Hier haben wir vier Spiegelpaare (RAID 1) aus jeweils zwei Platten, die wir zu einem RAID 0 zusammenfassen.

Wenn eine Platte ausfällt, hat nur eines der Spiegelpaare keine Redundanz mehr. Alle anderen Spiegelpaare sind noch intakt. Für einen Datenverlust müsste also genau die eine Platte des Spiegelpaares ausfallen, welches keine Redundanz mehr hat.

Die Wahrscheinlichkeit dafür liegt bei 1/7 = 14,29 %, denn nur beim Ausfall einer bestimmten Platte der verbliebenen sieben Platten kommt es zum Datenverlust. Die Wahrscheinlichkeit für einen Datenverlust durch den Ausfall einer zweiten Platte ist bei acht Platten als RAID 10 also viermal kleiner als beim RAID 0+1.


Wahrscheinlichkeit für Datenverlust
durch Ausfall einer zweiten HDD (wobei
n die Anzahl an Laufwerkspaaren darstellt):
1/(2n-1)

Beispiel mit vier Laufwerkspaaren:

1 / (2 x 4 – 1) = 0,143

14,3 %

Fazit

RAID 10 bietet eine deutlich geringere Gefahr für Datenverlust. Die Wahrscheinlichkeit für einen Datenverlust bei einem weiteren Laufwerksausfall – bevor eine bereits defekte Platte identifiziert und ausgetauscht werden kann – liegt bei RAID 0+1 deutlich höher. Die Sicherheit von RAID 10 steigt sogar, je mehr Laufwerke ins System eingebunden sind.

Sie benötigen selbst oder für Kunden eine abweichende RAID-Konfiguration?

Starline Kontakt

Noch Fragen? Kontaktieren Sie uns.

Dipl.-Ing. Konrad Beyer ist schon seit 2006 bei uns und hat sich hier noch unter dem ehemaligen Technikleiter als Experte für Netzwerk und IT-Security einen Namen gemacht. Inzwischen kann er zu fast allen Themen eine Expertise beisteuern: Angefangen bei den Betriebssystemen Windows, Linux, macOS und VMware über die Fachgebiete FC, iSCSI, Tape und NAS bis hin zu den Produktlinien von TopRAID, Infortrend und Tiger Technology. Als menschliche Firewall engagiert er sich dafür, dass die internen Systeme sicher laufen und keine Schadsoftware unser Intranet befällt. Auch die Starline-Telefon-Anlage hat der Hobby-Segler fest im Griff.

Konrad Beyer
Technik