RAID: Festplattenverbünde verstehen, auswählen und berechnen

RAID: Festplattenverbünde verstehen, auswählen und berechnen

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RAID, Festplattenverbund, Striping, Parität, Nettokapazität, Speichereffizienz, Hot Spare, Hot Swap, JBOD, NAS, RAID 50, RAID-Controller

tl/dr; (ca. 37 min Lesezeit): Ein RAID fasst mehrere Festplatten zu einem logischen Laufwerk zusammen, um Daten verfügbarer, schneller oder beides zu machen. Der Artikel erklärt Striping, Spiegelung und Parität, die RAID-Level 0, 1, 5, 6 und 10 samt Blockschema, die Berechnung von Brutto- und Nettokapazität, Speichereffizienz, Plattengröße und Kosten, Hot Spare und Hot Swap, verschachtelte Level, Software- und Hardware-RAID, NAS und weitere Maßnahmen für die Verfügbarkeit und warum ein RAID keine Datensicherung ersetzt [AI-Assisted]. (Zuletzt geändert am 28.10.2026)

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Dieser Artikel baut auf der Kann-Liste des Artikels Speicherbedarf und Datenmengen berechnen auf (vor allem: TB und TiB umrechnen).

Als RAID-Grundlagen kann ich nach Durchlesen des Artikels…

• … erklären, wofür RAID steht und welche Ziele ein Festplattenverbund verfolgt, und die Begriffe Striping, Spiegelung, Parität, Hot Spare und Rebuild erläutern.

• … die RAID-Level 0, 1, 5, 6 und 10 beschreiben, ihre Mindestplattenzahl, Nettokapazität und Ausfallsicherheit angeben und ihre Vor- und Nachteile vergleichen.

• … die Verteilung von Datenblöcken und Paritätsblöcken in einem RAID schematisch darstellen und ein RAID-Level an einem Schema erkennen.

• … an einem Beispiel zeigen, wie mit XOR-Parität ein Block berechnet und nach einem Plattenausfall wiederhergestellt wird.

• … Brutto-, Nettokapazität und Speichereffizienz berechnen, Herstellerangaben in TB in TiB umrechnen und auch rückwärts die nötige Plattengröße, Plattenzahl oder den Höchstpreis je Platte ermitteln.

• … die Kapazität bei unterschiedlich großen Platten (RAID und JBOD) berechnen und JBOD von RAID 0 abgrenzen.

• … begründen, warum ein RAID keine Datensicherung ersetzt, und Gefahren nennen, gegen die es nicht schützt.

• … ein RAID-Level für eine Anforderung technisch und wirtschaftlich begründet empfehlen und Software- und Hardware-RAID vergleichen.

• … aus einer Datenmenge die nötige Plattenzahl einschließlich Parität und Hot Spare berechnen und berechnen, wie viele Platten für die Erweiterung eines bestehenden Verbunds nötig sind.

• … die Nettokapazität verschachtelter Level (RAID 15, 50, 60) berechnen und für gegebene Platten die fehlertolerante Konfiguration mit der größten Nettokapazität ermitteln.

• … Hot Spare und Hot Swap unterscheiden, die Bedingungen für eine Hot-Spare-Platte nennen und leistungsbestimmende Merkmale eines RAID-Controllers angeben.

• … den Begriff NAS erläutern, HDD und SSD für einen Einsatzzweck abwägen und weitere Maßnahmen neben RAID beschreiben, die die Ausfallsicherheit erhöhen.

Darüber hinaus kann ich als RAID-Expertenwissen…

• … erklären, warum RAID 5 beim Schreiben kleiner Datenmengen langsamer ist (Schreibstrafe) und warum große Platten das Risiko während eines Rebuilds erhöhen.

• … verschachtelte Level wie RAID 50 und RAID 60 einordnen und RAID 10 von RAID 0+1 unterscheiden.

Ein Server mit nur einer Festplatte hat eine Schwachstelle: Fällt die Platte aus, stehen alle Dienste still, bis eine neue Platte eingebaut und die letzte Datensicherung zurückgespielt ist. Das kann Stunden oder Tage dauern, und alles, was seit der letzten Sicherung geändert wurde, ist verloren. Festplatten und SSDs sind Verschleißteile; dass eine von vielen Platten im Betrieb ausfällt, ist keine Frage des Ob, sondern des Wann. Ein RAID sorgt dafür, dass so ein Ausfall den Betrieb nicht unterbricht. In Aufgaben zu IT-Systemen tauchen RAID-Systeme regelmäßig auf: als Rechenaufgabe zur Nettokapazität, als Schema, in das Datenblöcke eingetragen werden, und als Frage nach dem passenden RAID-Level für einen Kunden.

Was ist ein RAID?

RAID steht für Redundant Array of Independent Disks, also einen „redundanten Verbund unabhängiger Festplatten“. In der ursprünglichen Veröffentlichung von Patterson, Gibson und Katz (1988) hieß das „I“ noch Inexpensive: Viele billige Platten sollten zusammen so zuverlässig und schnell sein wie eine teure Großrechnerplatte.

Ein RAID-Controller (Hardware oder Software) fasst mehrere physische Platten zu einem logischen Laufwerk zusammen. Das Betriebssystem sieht danach nur noch eine große Platte. Je nach Verfahren (RAID-Level) verfolgt der Verbund diese Ziele:

• Verfügbarkeit (Ausfallsicherheit): Fällt eine Platte aus, laufen Server und Dienste weiter, weil die Daten redundant gespeichert sind. Das ist in fast allen Aufgaben das wichtigste Ziel.

• Geschwindigkeit: Werden Daten auf mehrere Platten verteilt, können diese parallel lesen und schreiben.

• Kapazität: Mehrere Platten ergeben ein großes Laufwerk.

Redundanz kostet Speicherplatz. Deshalb unterscheidet man:

• Bruttokapazität: Summe der Kapazitäten aller Platten im Verbund.

• Nettokapazität (Nutzkapazität): Speicherplatz, der für Daten tatsächlich zur Verfügung steht.

• Speichereffizienz (in manchen Aufgaben „Speichereffektivität“): Anteil der Nettokapazität an der Bruttokapazität in Prozent.

\text{Speichereffizienz} = \frac{\text{Nettokapazität}}{\text{Bruttokapazität}} \cdot 100\,\%

Drei Grundtechniken: Striping, Spiegelung und Parität

Alle RAID-Level setzen sich aus drei Techniken zusammen:

• Striping (Zerlegen in Streifen): Die Daten werden in Blöcke fester Größe (Chunks, z. B. 64 KiB) zerlegt und reihum auf die Platten verteilt. Mehrere Platten arbeiten gleichzeitig, das beschleunigt Lesen und Schreiben. Redundanz entsteht dadurch nicht.

• Spiegelung (Mirroring): Jeder Block wird auf mindestens zwei Platten identisch gespeichert. Fällt eine Platte aus, liegt die Kopie noch vor. Der Preis: Die Hälfte (oder mehr) des Speichers geht für Kopien drauf.

• Parität (Parity): Aus mehreren Datenblöcken wird ein zusätzlicher Prüfblock berechnet, mit dem sich ein beliebiger fehlender Block der Gruppe rekonstruieren lässt. Das spart Platz gegenüber der Spiegelung, kostet aber Rechenzeit.

Dazu kommen Begriffe zum Betrieb:

• degraded (herabgesetzt): Ein Verbund mit ausgefallener Platte arbeitet noch, hat aber keine (oder weniger) Reserve mehr.

• Rebuild: Nach dem Austausch einer Platte stellt der Controller ihren Inhalt aus den übrigen Platten wieder her.

• Hot Spare: Eine eingebaute Reserveplatte, die im Normalbetrieb leer mitläuft und bei einem Ausfall automatisch einspringt (mehr dazu weiter unten).

Die RAID-Level im Einzelnen

In allen Formeln steht n für die Anzahl der Platten im Verbund und C für die Kapazität einer Platte. Bei Platten unterschiedlicher Größe zählt die kleinste Platte (siehe unten).

RAID 0: schnell, aber ohne Netz und doppelten Boden

RAID 0 verteilt die Daten per Striping auf mindestens zwei Platten. Weil alle Platten parallel arbeiten, steigt die Transferrate, und die volle Kapazität steht zur Verfügung:

C_\text{netto} = n \cdot C

Das „R“ für redundant trägt RAID 0 zu Unrecht: Es gibt keine Redundanz. Fällt eine einzige Platte aus, sind die Daten aller Platten unbrauchbar, weil jede Datei in Stücken über alle Platten verteilt ist. Das Ausfallrisiko steigt sogar mit jeder zusätzlichen Platte. RAID 0 eignet sich nur für Daten, die jederzeit neu erzeugt werden können (z. B. Zwischenspeicher beim Videoschnitt).

RAID 1: alles doppelt

RAID 1 spiegelt alle Daten auf mindestens zwei Platten. Jede Platte enthält den vollständigen Datenbestand, die Redundanz ist also vollständig. Nutzbar ist nur die Kapazität einer Platte:

C_\text{netto} = C

Bei zwei Platten beträgt die Speichereffizienz 50 %. Es dürfen n - 1 Platten ausfallen; beim üblichen Paar also eine. Lesen geht schnell (beide Platten können Anfragen bedienen), Schreiben ist so schnell wie bei einer Einzelplatte. RAID 1 ist einfach und robust und wird gern für das Betriebssystem eines Servers verwendet.

RAID 5: Parität, verteilt über alle Platten

RAID 5 kombiniert Striping mit einem Paritätsblock je Streifen. Die Paritätsblöcke liegen nicht auf einer festen Platte, sondern wandern reihum über alle Platten (verteilte Parität). So wird keine Platte zum Engpass. RAID 5 braucht mindestens drei Platten; die Kapazität einer Platte geht für Parität verloren:

C_\text{netto} = (n - 1) \cdot C

Es darf genau eine Platte gleichzeitig ausfallen. Die Speichereffizienz steigt mit der Plattenzahl: bei drei Platten rund 66,7 %, bei fünf Platten 80 %. Lesen ist schnell, weil viele Platten parallel arbeiten. Schreiben ist langsamer, weil bei jeder Änderung die Parität neu berechnet und mitgeschrieben werden muss.

Wie funktioniert die Parität? XOR an einem Beispiel

Die Parität wird bitweise mit der Exklusiv-Oder-Verknüpfung (XOR, \oplus) berechnet: Das Ergebnis ist 1, wenn eine ungerade Anzahl der Eingangsbits 1 ist. Drei Datenbytes auf den Platten 1 bis 3 ergeben das Paritätsbyte auf Platte 4:

Fällt Platte 2 aus, verknüpft der Controller alle übrigen Blöcke des Streifens wieder mit XOR. Weil x \oplus x = 0 gilt, „kürzen“ sich die bekannten Blöcke heraus, und übrig bleibt der fehlende:

A2 = A1 \oplus A3 \oplus P(A) = 1011\,0100 \oplus 1100\,0011 \oplus 0001\,1110 = 0110\,1001

Das funktioniert nur, solange ein Block je Streifen fehlt. Fallen zwei Platten aus, fehlen zwei Unbekannte, und die Daten sind verloren.

RAID 6: zwei Paritäten, zwei Platten Reserve

RAID 6 funktioniert wie RAID 5, legt aber je Streifen zwei unabhängig berechnete Paritätsblöcke (P und Q) an. Q wird mit einem anderen Verfahren berechnet als die einfache XOR-Parität P (z. B. Reed-Solomon-Code), damit aus beiden zusammen zwei fehlende Blöcke rekonstruiert werden können. RAID 6 braucht mindestens vier Platten:

C_\text{netto} = (n - 2) \cdot C

Es dürfen zwei Platten gleichzeitig ausfallen. Das ist vor allem während eines Rebuilds wichtig: Bei großen Platten dauert der Neuaufbau viele Stunden bis Tage, und genau in dieser Zeit sind die übrigen Platten am stärksten belastet. Schreiben ist noch etwas langsamer als bei RAID 5, weil zwei Paritäten berechnet werden.

RAID 10: Stripe über Spiegel

RAID 10 (gesprochen „eins-null“, auch RAID 1+0) ist ein verschachteltes Level: Zuerst werden je zwei Platten zu RAID-1-Spiegelpaaren zusammengefasst, dann werden die Daten per RAID 0 über alle Spiegelpaare verteilt. Lies die Ziffern von unten nach oben: unten RAID 1, oben RAID 0.

RAID 10 braucht mindestens vier Platten und eine gerade Plattenzahl. Die Hälfte der Kapazität dient als Spiegel:

C_\text{netto} = \frac{n}{2} \cdot C

Die Speichereffizienz beträgt immer 50 %. Steht eine ungerade Zahl von Platten zur Verfügung, bleibt eine Platte ungenutzt (oder wird als Hot Spare eingesetzt). Beispiel: Aus fünf Platten zu je 2 TiB entsteht ein RAID 10 aus vier Platten mit \frac{4}{2} \cdot 2\,\mathrm{TiB} = 4\,\mathrm{TiB} netto.

Wie viele Platten dürfen ausfallen? Hier unterscheiden Aufgaben zwei Fälle:

• Im ungünstigsten Fall nur eine: Fallen beide Platten desselben Spiegelpaars aus, sind die Daten verloren.

• Im günstigsten Fall \frac{n}{2} Platten, nämlich je eine aus jedem Spiegelpaar. Bei vier Platten also zwei (z. B. Platte 1 und Platte 3).

Achte auf die Formulierung der Aufgabe: „höchstens gleichzeitig ohne Datenverlust im ungünstigsten Fall“ bedeutet eine Platte.

RAID 10 schreibt schnell (keine Paritätsberechnung) und baut nach einem Ausfall schnell neu auf (es wird nur eine Platte kopiert). Deshalb wird es gern für Datenbankserver eingesetzt, die viele kleine Schreibzugriffe haben.

Übersicht der RAID-Level

Blockverteilung im Schema darstellen

In Aufgaben sollst Du häufig ein vorgegebenes Schema mit Platten ergänzen oder an einem Schema das RAID-Level erkennen. Mit diesen Regeln gelingt beides:

• RAID 0: Blöcke reihum (Block 1 auf Platte 1, Block 2 auf Platte 2, …). Kein Block kommt doppelt vor, keine Parität.

• RAID 1: Alle Platten enthalten dieselben Blöcke in derselben Reihenfolge.

• RAID 5: Je Zeile (Streifen) genau ein Paritätsblock; er wandert von Zeile zu Zeile auf eine andere Platte.

• RAID 6: Je Zeile zwei Paritätsblöcke (P und Q), ebenfalls wandernd.

• RAID 10: Je zwei benachbarte Platten sind identisch (Spiegelpaar, mit „RAID 1“ beschriften); aufeinanderfolgende Blöcke wechseln zwischen den Spiegelpaaren (darüber eine Klammer „RAID 0“). Bei vier Platten liegen also Block 1, 3, 5 … auf dem ersten Paar und Block 2, 4, 6 … auf dem zweiten.

Typischer Fehler beim RAID 10: Die Blöcke 1 bis 4 werden auf Platte 1 bis 4 verteilt, als wäre es ein RAID 0 – dann fehlt die Spiegelung. Prüfe zum Schluss: Kommt jeder Block genau zweimal vor, und zwar auf den beiden Platten eines Paars?

Kapazität berechnen

Rechenaufgaben zum RAID folgen meist einem dieser Muster: Nettokapazität vorwärts, Plattengröße oder Plattenzahl rückwärts (auch aus einer Datenmenge oder für eine Erweiterung), Kosten sowie gemischte Platten und verschachtelte Level. Wie in allen Rechenaufgaben gilt: Gegebenes und Gesuchtes notieren, Formel in Grundform aufschreiben, umstellen, Werte mit Einheiten einsetzen.

Vorwärts: Nettokapazität und Speichereffizienz

Geg.: RAID 5 aus n = 4 Platten zu je C = 4\,\mathrm{TB} (Herstellerangabe)

Ges.: Bruttokapazität, Nettokapazität in TiB, Speichereffizienz

Festplattenhersteller rechnen dezimal, Betriebssysteme und viele Aufgaben binär (siehe Speicherbedarf und Datenmengen berechnen). Zuerst also umrechnen:

C = 4\,\mathrm{TB} = \frac{4 \cdot 10^{12}\,\mathrm{Byte}}{2^{40}\,\mathrm{Byte/TiB}} \approx 3{,}638\,\mathrm{TiB}

C_\text{brutto} = n \cdot C = 4 \cdot 3{,}638\,\mathrm{TiB} \approx \underline{\underline{14{,}552\,\mathrm{TiB}}}

C_\text{netto} = (n - 1) \cdot C = 3 \cdot 3{,}638\,\mathrm{TiB} \approx \underline{\underline{10{,}914\,\mathrm{TiB}}}

\text{Speichereffizienz} = \frac{C_\text{netto}}{C_\text{brutto}} \cdot 100\,\% = \frac{3}{4} \cdot 100\,\% = \underline{\underline{75\,\%}}

Die Speichereffizienz hängt nur vom Level und der Plattenzahl ab, nicht von der Plattengröße: Bei RAID 5 ist sie \frac{n-1}{n}, bei RAID 6 \frac{n-2}{n}.

Ist in der Aufgabe nichts zur Einheit gesagt, rechne mit den Einheiten der Aufgabe (TB bleibt TB). Werden TB gegeben und TiB gefragt, musst Du umrechnen. Wer die Umrechnung vergisst, rechnet mit 4 TiB statt 3,638 TiB und liegt knapp 10 % zu hoch.

Rückwärts: Wie groß müssen die Platten sein?

Geg.: RAID 5 mit n = 5 Platten, geforderte Nettokapazität C_\text{netto} = 15\,\mathrm{TiB}; lieferbar sind Platten mit 4 TB, 6 TB und 8 TB

Ges.: Mindestkapazität je Platte, passende Plattengröße

C_\text{netto} = (n - 1) \cdot C \quad | : (n - 1)

C = \frac{C_\text{netto}}{n - 1} = \frac{15\,\mathrm{TiB}}{4} = 3{,}75\,\mathrm{TiB} = \frac{3{,}75 \cdot 2^{40}\,\mathrm{Byte}}{10^{12}\,\mathrm{Byte/TB}} \approx \underline{\underline{4{,}123\,\mathrm{TB}}}

Jede Platte muss mindestens 4,123 TB fassen. Gewählt wird die nächstgrößere lieferbare Größe: 6 TB. Die 4-TB-Platte (nur 3,638 TiB) reicht nicht – genau diese Falle steckt oft in Aufgaben, in denen TB und TiB gemischt vorkommen.

Rückwärts: Wie viele Platten werden gebraucht?

Geg.: RAID 6 aus Platten zu je C = 6\,\mathrm{TB} \approx 5{,}457\,\mathrm{TiB}, geforderte Nettokapazität 30\,\mathrm{TiB}

Ges.: Anzahl der Platten n

C_\text{netto} = (n - 2) \cdot C \quad | : C

n - 2 = \frac{C_\text{netto}}{C} \quad | + 2

n = \frac{C_\text{netto}}{C} + 2 = \frac{30\,\mathrm{TiB}}{5{,}457\,\mathrm{TiB}} + 2 \approx 5{,}498 + 2 = 7{,}498

Platten gibt es nur ganz: Es werden aufgerundet \underline{\underline{8\,\text{Platten}}} gebraucht (6 für Daten, 2 für Parität). Kommt eine Hot-Spare-Platte dazu, sind es 9 Einschübe.

Von der Datenmenge zur Plattenzahl

Oft ist nicht die Nettokapazität vorgegeben, sondern die Datenmenge, die eine Anwendung erzeugt. Dann rechnest Du zuerst die Datenmenge in TiB aus und erst danach die Plattenzahl.

Geg.: 400 Dateien pro Monat mit je 2.500.000 KiB, Aufbewahrung 3 Jahre, RAID 5 mit Hot-Spare-Platte, Platten mit je 8 TB

Ges.: Anzahl der Platten n

D = 400\,\tfrac{\text{Dateien}}{\text{Monat}} \cdot 36\,\text{Monate} \cdot 2.500.000\,\tfrac{\mathrm{KiB}}{\text{Datei}} = 36.000.000.000\,\mathrm{KiB} = \frac{36.000.000.000\,\mathrm{KiB}}{1.024^3\,\mathrm{KiB}/\mathrm{TiB}} \approx 33{,}528\,\mathrm{TiB}

C = 8\,\mathrm{TB} = \frac{8 \cdot 10^{12}\,\mathrm{B}}{1.024^4\,\mathrm{B}/\mathrm{TiB}} \approx 7{,}276\,\mathrm{TiB}

Datenplatten: \frac{33{,}528\,\mathrm{TiB}}{7{,}276\,\mathrm{TiB}} \approx 4{,}608, aufgerundet 5. Dazu kommen eine Platte für die Parität des RAID 5 und die Hot-Spare-Platte: n = 5 + 1 + 1 = \underline{\underline{7\,\text{Platten}}}.

Einen bestehenden Verbund erweitern

Soll ein vorhandener Verbund mehr Nettokapazität bekommen, rechnest Du mit der Zahl der Datenplatten, denn die Paritätsplatten werden nur einmal gebraucht. Beispiel: Ein RAID 5 aus fünf Platten zu je 8 TiB hat (5 - 1) \cdot 8\,\mathrm{TiB} = 32\,\mathrm{TiB} netto. Für 64 TiB netto braucht es \frac{64\,\mathrm{TiB}}{8\,\mathrm{TiB}} = 8 Datenplatten plus eine Paritätsplatte, also 9 Platten – vier zusätzliche, nicht fünf, wie es ein bloßes Verdoppeln der Plattenzahl ergäbe. Ob sich ein Verbund im laufenden Betrieb erweitern lässt (Online Capacity Expansion), hängt vom Controller bzw. vom NAS ab; während der Erweiterung werden alle Daten neu verteilt, vorher gehört eine Datensicherung dazu.

Kosten je Gigabyte

Wirtschaftlich vergleicht man RAID-Varianten über die Kosten je nutzbarem Speicher. Geg.: RAID 6 aus 6 Platten zu je 6 TB, Preis 159 € je Platte. Ges.: Kosten je GiB Nettokapazität.

C_\text{netto} = (n - 2) \cdot C = 4 \cdot 5{,}457\,\mathrm{TiB} \approx 21{,}828\,\mathrm{TiB} \approx 22.352\,\mathrm{GiB}

k = \frac{6 \cdot 159\,€}{22.352\,\mathrm{GiB}} \approx \underline{\underline{0{,}043\,€/\mathrm{GiB}}}

Umgekehrt lässt sich aus einer Kostenobergrenze (z. B. „höchstens 0,05 € je GiB netto“) der Höchstpreis je Platte berechnen: Nettokapazität in GiB mal Obergrenze ergibt das Budget für alle Platten, geteilt durch die Plattenzahl den Höchstpreis. Ein Höchstpreis wird abgerundet, sonst wird die Grenze überschritten.

Unterschiedlich große Platten und JBOD

Ein RAID behandelt alle Platten so, als hätten sie die Größe der kleinsten Platte; der Rest größerer Platten bleibt ungenutzt. Beispiel: Aus zwei 4-TB-Platten und drei 2-TB-Platten entsteht ein RAID 5 mit

C_\text{netto} = (n - 1) \cdot C_\text{min} = (5 - 1) \cdot 2\,\mathrm{TB} = \underline{\underline{8\,\mathrm{TB}}}

Ganz anders arbeitet JBOD (Just a Bunch of Disks, auch Spanning oder Concatenation): Die Platten werden einfach hintereinandergehängt, die Kapazität ist die Summe aller Platten, im Beispiel 2 \cdot 4\,\mathrm{TB} + 3 \cdot 2\,\mathrm{TB} = 14\,\mathrm{TB}. JBOD ist kein RAID-Level im engeren Sinn. Gegenüber RAID 0 hat es diese Vorteile:

• Unterschiedlich große Platten werden voll genutzt.

• Ein RAID-Controller ist nicht nötig, und der Verbund lässt sich einfach um weitere Platten erweitern.

• Fällt eine Platte aus, lassen sich Dateien, die vollständig auf den übrigen Platten liegen, unter Umständen noch retten. Bei RAID 0 ist jede Datei über alle Platten verteilt und damit alles verloren.

Wie RAID 0 bietet JBOD aber keine Redundanz und ist für wichtige Daten ungeeignet. Schneller als eine Einzelplatte ist JBOD nicht.

Verschachtelte Level und die beste Konfiguration finden

Verschachtelte (nested) RAID-Level kombinieren zwei Verfahren. Die erste Ziffer beschreibt die untere, die zweite die obere Ebene:

Die Bezeichnung von RAID 15 ist in der Literatur uneinheitlich (RAID 15 oder RAID 51): Manche Hersteller nennen auch einen Spiegel aus zwei RAID-5-Gruppen RAID 15. Plattenzahl, Nettokapazität und die drei garantiert verkrafteten Ausfälle sind bei beiden Varianten gleich.

Beispiel mit sechs Platten zu je 4 TB: RAID 15 aus drei Spiegelpaaren ergibt (3 - 1) \cdot 4\,\mathrm{TB} = 8\,\mathrm{TB}, RAID 50 mit zwei Gruppen (6 - 2) \cdot 4\,\mathrm{TB} = 16\,\mathrm{TB}, ein einfaches RAID 5 (6 - 1) \cdot 4\,\mathrm{TB} = 20\,\mathrm{TB}.

Soll aus vorhandenen, unterschiedlich großen Platten die größte fehlertolerante Nettokapazität entstehen, gehst Du so vor:

1. Mögliche Konfigurationen auflisten: ein Verbund über alle Platten (RAID 5, 6, 10 …) oder getrennte Verbünde für gleich große Platten (z. B. RAID 5 aus den kleinen und RAID 1 aus den großen Platten).

2. Für jeden Verbund mit der kleinsten Platte dieses Verbunds rechnen.

3. Nur Konfigurationen vergleichen, die den geforderten Ausfall (meist eine beliebige Platte) verkraften – RAID 0 und JBOD scheiden aus.

Beispiel: drei Platten zu 2 TB und zwei zu 3 TB. RAID 5 über alle fünf: (5 - 1) \cdot 2\,\mathrm{TB} = 8\,\mathrm{TB}. RAID 5 aus den drei kleinen und RAID 1 aus den zwei großen: 2 \cdot 2\,\mathrm{TB} + 3\,\mathrm{TB} = 7\,\mathrm{TB}. Das RAID 5 über alle Platten gewinnt, obwohl je 1 TB der großen Platten ungenutzt bleibt.

Warum ist JBOD für ein Firmenlaufwerk keine Alternative? Es hat keine Redundanz (fällt eine Platte aus, sind ihre Daten verloren, das logische Laufwerk ist beschädigt), es ist nicht schneller als eine einzelne Platte, weil nicht parallel gelesen und geschrieben wird, und das Risiko steigt mit jeder weiteren Platte.

Hot Spare und Rebuild

Eine Hot-Spare-Platte ist im Gehäuse eingebaut und dem Controller bekannt, gehört aber nicht zum aktiven Verbund. Fällt eine Platte aus (oder meldet sie zu viele Fehler, z. B. über S.M.A.R.T.), nimmt der Controller automatisch die Hot-Spare-Platte in den Verbund auf und startet den Rebuild. Niemand muss erst eine Ersatzplatte besorgen und einbauen; die Zeit im unsicheren Zustand „degraded“ wird kürzer.

Für die Rechnung wichtig: Die Hot-Spare-Platte zählt nicht zur Nettokapazität. Sechs Einschübe mit RAID 5 und einer Hot-Spare-Platte bedeuten ein RAID 5 aus fünf Platten, also 4 \cdot C netto.

Die ausgefallene Platte sollte trotzdem bald ersetzt werden, sie wird dann zur neuen Hot-Spare-Platte.

Damit eine Hot-Spare-Platte einspringen kann, muss der Verbund redundant sein (RAID 1, 5, 6, 10 …, nicht RAID 0 oder JBOD), und die Hot-Spare-Platte muss mindestens so groß sein wie die kleinste Platte des Verbunds. Eine globale Hot-Spare-Platte kann mehrere Verbünde schützen.

Nicht verwechseln: Hot Swap (auch Hot Plug) bezeichnet die Möglichkeit, eine Platte im laufenden Betrieb aus- und einzubauen, ohne das System herunterzufahren. Dafür braucht es passende Einschübe, Backplane und Controller. Hot Spare und Hot Swap ergänzen sich: Die Hot-Spare-Platte übernimmt sofort, die defekte Platte wird per Hot Swap ohne Unterbrechung getauscht.

Software-RAID und Hardware-RAID

Wer rechnet die Verteilung und die Parität aus?

• Hardware-RAID: Ein eigener RAID-Controller (Steckkarte oder auf dem Mainboard des Servers) mit eigenem Prozessor und meist mit Schreibcache, der durch einen Akku oder Kondensator (BBU) gegen Stromausfall geschützt ist. Das Betriebssystem sieht nur das logische Laufwerk. Vorteile: hohe Leistung, keine Last für die CPU des Hosts, Rebuild unabhängig vom Betriebssystem, oft Hot-Plug und Hot Spare. Nachteile: höhere Kosten, Abhängigkeit vom Controller-Hersteller (bei einem Defekt wird oft ein baugleicher Controller gebraucht).

• Software-RAID: Das Betriebssystem übernimmt die Arbeit (z. B. mdadm unter Linux, Speicherplätze unter Windows, ZFS). Vorteile: kostenlos, flexibel, nicht an einen Controller gebunden – die Platten lassen sich in einen anderen Rechner umziehen. Nachteile: belastet die CPU (vor allem bei Parität), meist weniger RAID-Level und Komfortfunktionen, bootet nicht immer vom Verbund.

Bei der Auswahl eines RAID-Controllers achtest Du auf diese leistungsbestimmenden Merkmale:

• unterstützte RAID-Level (z. B. 0, 1, 5, 6, 10, 50, 60),

• Größe des Cache (z. B. 4 GiB) und dessen Schutz bei Stromausfall (Akku oder Kondensator, BBU),

• Anzahl der Plattenanschlüsse und Art der Plattenschnittstelle (SATA, SAS, NVMe) samt Datenrate (z. B. 12 Gbit/s),

• Schnittstelle zum Server (z. B. PCIe 4.0 x8) und Durchsatz des Controllers,

• Funktionen wie Hot Spare, Hot Swap, Erweiterung im laufenden Betrieb und Verwaltung über das Netzwerk.

Viele NAS-Geräte für kleine Unternehmen arbeiten intern mit Software-RAID unter Linux; für den Nutzer sieht es trotzdem aus wie ein fertiges Gerät. Eine Zwischenform sind Onboard-RAIDs billiger Mainboards (Fake-RAID oder Host-RAID), bei denen der Treiber die eigentliche Arbeit macht.

NAS, HDD oder SSD und weitere Maßnahmen für die Verfügbarkeit

Ein NAS (Network Attached Storage) ist ein eigenständiges Speichergerät mit mehreren Platteneinschüben, das direkt ans Netzwerk angeschlossen wird und seinen Speicher als Dateifreigabe bereitstellt (z. B. über SMB oder NFS). Es hat ein eigenes Betriebssystem mit Weboberfläche und bringt RAID, Benutzerverwaltung und oft Sicherungsfunktionen mit. Ein SAN (Storage Area Network) stellt dagegen Speicher blockweise über ein eigenes Speichernetz bereit.

HDD oder SSD? SSDs sind schneller, leiser und unempfindlich gegen Erschütterungen und eignen sich für Datenbanken und viele kleine Zugriffe. Für große Archive (Videos, Sicherungen) sprechen weiterhin HDDs: Es gibt sie mit größerer Kapazität je Platte, der Preis je TB ist niedriger, die Geschwindigkeit reicht für seltene, große Zugriffe aus, die Lebensdauer ist nicht durch Schreibzyklen begrenzt, und bei einem Defekt gelingt eine Datenrettung häufiger.

Ein RAID schützt nur gegen Plattenausfälle. Für eine höhere Verfügbarkeit des ganzen Geräts kommen weitere Maßnahmen dazu:

• USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung): überbrückt Stromausfälle und fährt das Gerät bei längeren Ausfällen geordnet herunter,

• redundantes Netzteil, angeschlossen an zwei Stromkreise,

• zwei Netzwerkanschlüsse mit Link Aggregation bzw. Failover, möglichst an zwei Switches,

• Überwachung (S.M.A.R.T.-Werte, Temperatur, Benachrichtigung bei Fehlern),

• ein zweites System mit Replikation oder ein Cluster, bei hohen Anforderungen an einem anderen Standort.

Ein RAID ist keine Datensicherung

Das ist die wohl häufigste Frage zum Thema: Ein RAID schützt nur vor dem Ausfall einzelner Platten. Jede Änderung wird sofort auf allen Platten ausgeführt – auch eine falsche. Gegen diese Gefahren hilft ein RAID nicht:

• versehentliches Löschen oder Überschreiben durch Benutzer*innen (Bedienfehler),

• Schadsoftware, z. B. Ransomware, die alle Dateien verschlüsselt,

• logische Fehler von Software, beschädigte Dateisysteme, Fehler des RAID-Controllers selbst,

• Brand, Wasserschaden, Überspannung (z. B. durch Blitz), Diebstahl oder Vandalismus, die das ganze Gerät treffen,

• mutwillige Manipulation durch Innentäter*innen,

• den Ausfall von mehr Platten, als das Level verkraftet (z. B. zwei Platten im RAID 5).

Auch RAID 1 oder RAID 10 mit „100 % Redundanz“ ändert daran nichts: Die Redundanz besteht nur zwischen den Platten, nicht über die Zeit. Ältere Stände, aus denen sich eine gelöschte Datei wiederherstellen ließe, gibt es im RAID nicht. Dafür braucht es eine Datensicherung, die getrennt vom System aufbewahrt wird, z. B. nach der 3-2-1-Regel (drei Kopien, zwei Medien, eine außer Haus) und mit regelmäßig getesteter Wiederherstellung. Ein RAID erhöht die Verfügbarkeit, die Datensicherung schützt vor Datenverlust – beides ergänzt sich.

Welches RAID-Level passt?

Bei der Auswahl wägst Du drei Ziele gegeneinander ab: Ausfallsicherheit, nutzbare Kapazität (Kosten) und Geschwindigkeit. Kein Level ist in allen drei Punkten am besten.

Typische Einsatzzwecke der RAID-Level

Anforderung	Geeignet	Begründung
Betriebssystem eines Servers, zwei Platten	RAID 1	einfach, volle Redundanz, schneller Rebuild
Dateiablage mit viel Kapazität, wenig Budget	RAID 5 (wenige, kleinere Platten) oder RAID 6	hohe Speichereffizienz; RAID 6 bei vielen oder großen Platten
Datenbank mit vielen Schreibzugriffen	RAID 10	schnelles Schreiben, schneller Rebuild
Archiv- oder Backup-Speicher mit vielen großen Platten	RAID 6	übersteht zwei Ausfälle, auch während des Rebuilds
temporäre Daten, nur Geschwindigkeit zählt	RAID 0	volle Kapazität und Leistung, Ausfall unkritisch

Beispiel einer begründeten Empfehlung: „Für die Arztpraxis empfehle ich RAID 5. Es verkraftet den Ausfall einer Platte (Verfügbarkeit der Patientendaten) und verliert bei drei Platten nur ein Drittel der Bruttokapazität für Redundanz, während RAID 1 die Hälfte verliert. RAID 0 scheidet aus, weil es keine Redundanz bietet.“ Wichtig sind immer beide Seiten: Was spricht technisch dafür, was wirtschaftlich?

Auch der Energiebedarf kann ein Kriterium sein. Ein NAS läuft rund um die Uhr; sparsam wird es durch:

• ein RAID-Level mit hoher Speichereffizienz (weniger Platten für dieselbe Nettokapazität),

• wenige große statt viele kleine Platten,

• stromsparende Platten (niedrigere Drehzahl, 2,5 statt 3,5 Zoll) oder SSDs,

• Ruhezustand der Platten (Spin-down) in Zeiten ohne Zugriffe, z. B. nachts,

• ein effizientes Netzteil und zeitgesteuertes Herunterfahren, wenn das Gerät nicht gebraucht wird.

Ausblick für Profis

• Schreibstrafe (Write Penalty): Ändert sich bei RAID 5 ein einzelner Block, muss der Controller den alten Block und die alte Parität lesen, die neue Parität berechnen und Block und Parität schreiben – vier Plattenzugriffe statt einem. Bei RAID 6 sind es sechs, bei RAID 10 zwei (beide Spiegel).

• Rebuild-Risiko bei großen Platten: Während eines RAID-5-Rebuilds müssen alle übrigen Platten vollständig fehlerfrei gelesen werden. Bei vielen Platten mit 10 TB und mehr steigt die Wahrscheinlichkeit, dabei auf einen nicht lesbaren Sektor (Unrecoverable Read Error) zu stoßen. Deshalb wird für große Verbünde heute meist RAID 6 empfohlen.

• RAID 0+1 und RAID 10: RAID 0+1 spiegelt zwei RAID-0-Verbünde. Netto gleich, aber nach einem Ausfall ist der gesamte betroffene Stripe-Satz weg; schon eine weitere Platte im anderen Satz führt zum Datenverlust. RAID 10 ist deshalb vorzuziehen.

• RAID 50 und RAID 60: Mehrere RAID-5- bzw. RAID-6-Gruppen werden per RAID 0 zusammengefasst. Netto: Bei g Gruppen gehen g (RAID 50) bzw. 2g (RAID 60) Platten für Parität verloren. Je Gruppe darf eine bzw. dürfen zwei Platten ausfallen.

• Weitere Verfahren: Dateisysteme wie ZFS (RAID-Z) oder Btrfs verbinden RAID mit Prüfsummen und Snapshots und erkennen so auch schleichende Datenfehler. Große Speichersysteme verteilen Daten und Parität über viele Knoten (Erasure Coding).

Typische Fehler in Aufgaben

• TB und TiB vermischt: Herstellerangaben sind dezimal (1 TB = 10^{12} Byte), gefragt ist oft TiB.

• Hot-Spare-Platte in die Nettokapazität eingerechnet.

• Beim RAID 10 eine ungerade Plattenzahl verwendet – die überzählige Platte bleibt ungenutzt.

• Beim RAID 10 den günstigsten statt des ungünstigsten Falls angegeben (oder umgekehrt), ohne auf die Frage zu achten.

• Bei gemischten Plattengrößen mit der Durchschnittsgröße oder der Summe gerechnet statt mit der kleinsten Platte.

• Plattenzahl oder Plattengröße abgerundet – hier muss auf die nächste ganze Platte bzw. die nächste lieferbare Größe aufgerundet werden; ein Höchstpreis wird dagegen abgerundet.

• Bei der Erweiterung eines Verbunds die Plattenzahl einfach verdoppelt – die Paritätsplatten werden nur einmal gebraucht.

• Hot Spare und Hot Swap verwechselt.

• RAID als Backup verkauft.

Leitfragen

1. Wofür steht RAID, welche Ziele verfolgt ein Festplattenverbund, und was unterscheidet Brutto-, Nettokapazität und Speichereffizienz? Antwort

RAID steht für Redundant Array of Independent Disks: Mehrere physische Platten werden zu einem logischen Laufwerk zusammengefasst, um Verfügbarkeit (Ausfallsicherheit), Geschwindigkeit und Kapazität zu erhöhen. Die Bruttokapazität ist die Summe aller Platten, die Nettokapazität der tatsächlich für Daten nutzbare Platz, und die Speichereffizienz ist Nettokapazität / Bruttokapazität · 100 %, siehe Abschnitt „Was ist ein RAID?“.

2. Wie arbeiten RAID 0, 1, 5, 6 und 10, wie viele Platten brauchen sie mindestens, und wie viele dürfen ausfallen? Antwort

RAID 0 verteilt Daten per Striping auf mindestens 2 Platten ohne Redundanz (kein Ausfall erlaubt), RAID 1 spiegelt auf mindestens 2 Platten (n - 1 Ausfälle). RAID 5 nutzt Striping mit verteilter Parität ab 3 Platten (1 Ausfall), RAID 6 zwei Paritäten ab 4 Platten (2 Ausfälle), RAID 10 einen Stripe über Spiegelpaare ab 4 Platten mit gerader Anzahl (im ungünstigsten Fall 1, im günstigsten \frac{n}{2} Ausfälle), siehe Abschnitt „Übersicht der RAID-Level“.

3. Wie trägst Du Daten- und Paritätsblöcke in ein Schema ein, und woran erkennst Du ein RAID-Level an einem Schema? Antwort

RAID 0: Blöcke reihum ohne Doppelung; RAID 1: alle Platten identisch; RAID 5: je Zeile genau ein Paritätsblock, der von Zeile zu Zeile wandert; RAID 6: je Zeile zwei wandernde Paritätsblöcke P und Q; RAID 10: je zwei benachbarte Platten identisch, aufeinanderfolgende Blöcke wechseln zwischen den Spiegelpaaren. Prüfe beim RAID 10, ob jeder Block genau zweimal auf den Platten eines Paars vorkommt, siehe Abschnitt „Blockverteilung im Schema darstellen“.

4. Wie berechnest Du eine XOR-Parität, und wie stellt der Controller damit einen verlorenen Block wieder her? Antwort

Die Parität entsteht bitweise per XOR aus den Datenblöcken eines Streifens: Das Ergebnisbit ist 1, wenn eine ungerade Anzahl der Eingangsbits 1 ist, z. B. P(A) = A1 \oplus A2 \oplus A3. Fällt ein Block aus, verknüpft der Controller alle übrigen Blöcke samt Parität erneut mit XOR, und wegen x \oplus x = 0 bleibt der fehlende Block übrig – das klappt nur, solange je Streifen ein Block fehlt, siehe Abschnitt „Wie funktioniert die Parität? XOR an einem Beispiel“.

5. Wie berechnest Du Nettokapazität, Plattengröße, Plattenzahl und Kosten je GiB, und wann musst Du TB in TiB umrechnen? Antwort

Die Nettokapazität berechnest Du mit der Formel des Levels, z. B. (n - 1) \cdot C bei RAID 5; rückwärts stellst Du nach der Plattengröße C oder der Plattenzahl n um und rundest auf die nächste lieferbare Größe bzw. ganze Platte auf. Kosten je GiB sind Gesamtpreis / Nettokapazität in GiB. Umrechnen musst Du, wenn Herstellerangaben in TB (dezimal, 10^{12} Byte) gegeben und TiB (2^{40} Byte) gefragt sind, siehe Abschnitt „Kapazität berechnen“ und Abschnitt „Kosten je Gigabyte“.

6. Was passiert bei unterschiedlich großen Platten im RAID, und was unterscheidet JBOD von RAID 0? Antwort

Ein RAID behandelt alle Platten so, als hätten sie die Größe der kleinsten Platte; der Rest größerer Platten bleibt ungenutzt. JBOD hängt die Platten einfach hintereinander und nutzt die Summe aller Kapazitäten, lässt sich leicht erweitern, und bei einem Ausfall sind Dateien auf den übrigen Platten unter Umständen noch zu retten – bei RAID 0 ist dagegen alles verloren; Redundanz bieten beide nicht, siehe Abschnitt „Unterschiedlich große Platten und JBOD“.

7. Welche Aufgabe hat eine Hot-Spare-Platte, und wie unterscheiden sich Software- und Hardware-RAID? Antwort

Eine Hot-Spare-Platte läuft eingebaut, aber außerhalb des aktiven Verbunds mit und springt bei einem Ausfall automatisch ein, sodass der Rebuild sofort startet; sie zählt nicht zur Nettokapazität. Hardware-RAID nutzt einen eigenen Controller (hohe Leistung, keine CPU-Last, aber teurer und herstellerabhängig), Software-RAID lässt das Betriebssystem rechnen (kostenlos, flexibel, aber CPU-Last), siehe Abschnitt „Hot Spare und Rebuild“ und Abschnitt „Software-RAID und Hardware-RAID“.

8. Warum ersetzt ein RAID keine Datensicherung, und wie begründest Du die Wahl eines RAID-Levels? Antwort

Ein RAID schützt nur vor dem Ausfall einzelner Platten, jede Änderung landet sofort auf allen Platten – gegen versehentliches Löschen, Ransomware, Softwarefehler, Brand, Diebstahl oder zu viele Plattenausfälle hilft es nicht, dafür braucht es eine getrennte Datensicherung. Eine Empfehlung begründest Du technisch (Ausfallsicherheit, Geschwindigkeit) und wirtschaftlich (Speichereffizienz, Kosten), z. B. RAID 5 statt RAID 1, weil bei drei Platten nur ein Drittel statt der Hälfte für Redundanz verloren geht, siehe Abschnitt „Ein RAID ist keine Datensicherung“ und Abschnitt „Welches RAID-Level passt?“.

9. Wie berechnest Du aus einer Datenmenge die nötige Plattenzahl, und wie viele Platten brauchst Du für die Erweiterung eines Verbunds? Antwort

Du rechnest die Datenmenge in TiB um (z. B. KiB durch 1.024^3), teilst durch die Plattengröße in TiB, rundest auf ganze Datenplatten auf und addierst die Platten für Parität bzw. Spiegel und gegebenenfalls die Hot-Spare-Platte. Bei einer Erweiterung rechnest Du mit der Zahl der Datenplatten, die Paritätsplatten kommen nur einmal hinzu, siehe Abschnitt „Von der Datenmenge zur Plattenzahl“ und Abschnitt „Einen bestehenden Verbund erweitern“.

10. Wie berechnest Du verschachtelte Level, und wie findest Du für gemischte Platten die fehlertolerante Konfiguration mit der größten Nettokapazität? Antwort

RAID 50 verliert je RAID-5-Gruppe eine Platte, RAID 60 je Gruppe zwei, RAID 15 legt ein RAID 5 über \frac{n}{2} Spiegelpaare und nutzt die Kapazität von \frac{n}{2} - 1 Platten. Für die beste Konfiguration listest Du die fehlertoleranten Möglichkeiten auf, rechnest je Verbund mit der kleinsten Platte und wählst das größte Ergebnis, siehe Abschnitt „Verschachtelte Level und die beste Konfiguration finden“.

11. Was unterscheidet Hot Spare und Hot Swap, und welche Merkmale eines RAID-Controllers bestimmen seine Leistung? Antwort

Eine Hot-Spare-Platte ist eine eingebaute Reserve, die bei einem Ausfall automatisch einspringt (Verbund redundant, Platte mindestens so groß wie die kleinste); Hot Swap erlaubt den Plattentausch im laufenden Betrieb. Leistungsbestimmend sind u. a. unterstützte Level, Cache und dessen Schutz (BBU), Anzahl und Art der Plattenanschlüsse sowie die Schnittstelle zum Server, siehe Abschnitt „Hot Spare und Rebuild“ und Abschnitt „Software-RAID und Hardware-RAID“.

12. Was ist ein NAS, wann sprechen HDDs gegen SSDs, und was erhöht die Verfügbarkeit außer RAID? Antwort

Ein NAS ist ein Speichergerät, das direkt ans Netzwerk angeschlossen wird und Dateifreigaben bereitstellt. Für große Archive sprechen HDDs (größere Kapazität, niedriger Preis je TB, kein Verschleiß durch Schreibzyklen). Die Verfügbarkeit erhöhen USV, redundante Netzteile, redundante Netzwerkanbindung, Überwachung und ein zweites System, siehe Abschnitt „NAS, HDD oder SSD und weitere Maßnahmen für die Verfügbarkeit“.

Links und weitere Informationen

• zum Üben: Übungsaufgaben: Ausfallsichere Datenspeicher planen und Übungsaufgaben zu RAID

• Grundlage: Speicherbedarf und Datenmengen berechnen (Dezimal- und Binärpräfixe)

• zum Weiterlesen: Schutzziele und Sicherheitsrisiken (Verfügbarkeit) und Übungsaufgaben zu Backups

• als Nachschlagewerk: Wikipedia: RAID

• Originalveröffentlichung: David A. Patterson, Garth Gibson, Randy H. Katz: A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID), SIGMOD 1988, doi:10.1145/50202.50214

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Dieser Artikel und seine Texte, Bilder, Grafiken, Code und sonstiger Inhalt sind - sofern nicht anders angegeben - lizenziert unter CC BY 4.0. Nennung gemäß TULLU-Regel bitte wie folgt: “RAID: Festplattenverbünde verstehen, auswählen und berechnen” von oer-informatik.de (H. Stein), Lizenz: CC BY 4.0. Der Artikel wurde unter https://oer-informatik.de/raid veröffentlicht, die Quelltexte sind in weiterverarbeitbarer Form verfügbar im Repository unter https://gitlab.com/oer-informatik/it-systeme/hardware-speicher. Erstellt mit KI-Assistenz; von mir umfassend redaktionell überarbeitet, geprüft und freigegeben. Stand: 28.10.2026.

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