Сетевые устройства хранения
Network Attached Storage, NAS

NAS (Network Attached Storage) — отдельно стоящая интегрированная дисковая система. NAS-cервер, со своей специализированной ОС и набором полезных функций быстрого запуска системы и обеспечения доступа к файлам. Система подключается к обычной компьютерной сети (ЛВС), и является быстрым решением проблемы нехватки свободного дискового пространства, доступного для пользователей данной сети.

NAS — это хранилище, подключаемое к сети, как любое сетевое устройство, обеспечивает файловый доступ к данным. NAS-устройства представляют из себя комбинацию СХД и сервера, к которому она подключена. В простейшем варианте устройством NAS является обычный сетевой сервер, предоставляющий файловые ресурсы.

История

Развитие сетевых технологий привело к появлению двух сетевых решений для СХД – сетей хранения Storage Area Network (SAN) для обмена данными на уровне блоков, поддерживаемых клиентскими файловыми системами, и серверов для хранения данных на файловом уровне Network Attached Storage (NAS). Чтобы отличать традиционные СХД от сетевых был предложен еще один ретроним – Direct Attached Storage (DAS).

Появлявшиеся на рынке последовательно DAS, SAN и NAS отражают эволюционирующие цепочки связей между приложениями, использующими данные, и байтами на носителе, содержащим эти данные. Когда-то сами программы-приложения читали и писали блоки, затем появились драйверы как часть операционной системы. В современных DAS, SAN и NAS цепочка состоит из трех звеньев: первое звено – создание RAID-массивов, второе – обработка метаданных, позволяющих интерпретировать двоичные данные в виде файлов и записей, и третье – сервисы по предоставлению данных приложению. Они различаются по тому, где и как реализованы эти звенья. В случае с DAS СХД является «голой», она только лишь предоставляет возможность хранения и доступа к данным, а все остальное делается на стороне сервера, начиная с интерфейсов и драйвера. С появлением SAN обеспечение RAID переносится на сторону СХД, все остальное остается так же, как в случае с DAS. А NAS отличается тем, что в СХД переносятся к тому же и метаданные для обеспечения файлового доступа, здесь клиенту остается только лишь поддерживать сервисы данных.

Появление SAN стало возможным после того, как в 1988 году был разработан протокол Fibre Channel (FC) и в 1994 утвержден ANSI как стандарт. Термин Storage Area Network датируется 1999 годом. Со временем FC уступил место Ethernet, и получили распространение сети IP-SAN с подключением по iSCSI.

Идея сетевого сервера хранения NAS принадлежит Брайану Рэнделлу из Университета Ньюкэстла и реализована в машинах на UNIX-сервере в 1983 году. Эта идея оказалась настолько удачной, что была подхвачена множеством компаний, в том числе Novell, IBM, и Sun, но в конечном итоге сменили лидеров NetApp и EMC.

В 1995 Гарт Гибсон развил принципы NAS и создал объектные СХД (Object Storage, OBS). Он начал с того, что разделил все дисковые операции на две группы, в одну вошли выполняемые более часто, такие как чтение и запись, в другую более редкие, такие как операции с именами. Затем он предложил в дополнение к блокам и файлам еще один контейнер, он назвал его объектом.

OBS отличается новым типом интерфейса, его называют объектным. Клиентские сервисы данных взаимодействуют с метаданными по объектному API (Object API). В OBS хранятся не только данные, но еще и поддерживается RAID, хранятся метаданные, относящиеся к объектам и поддерживается объектный интерфейс. DAS, и SAN, и NAS, и OBS сосуществуют во времени, но каждый из типов доступа в большей мере соответствует определенному типу данных и приложений.

Подробнее об эволюции СХД читайте здесь.

Архитектура NAS

Устройства NAS, часто называемые файлерами, состоят из единого головного устройства, выполняющего обработку данных и осуществляющего сетевое соединение цепочки дисков. Устройства NAS позволяют использовать системы хранения в сетях Ethernet, в них для организации совместного доступа к файлам применяется протокол TCP/IP. Эти устройства позволяют клиентам совместно использовать файлы, даже если клиентские системы работают под управлением различных ОС. В отличие от архитектуры DAS, в системах NAS не требуется переводить серверы в автономный режим для увеличения общей емкости; диски можно добавлять в структуру NAS простым подключением устройства в сеть.

Схема подключения NAS

Технология NAS (сетевые подсистемы хранения данных, Network Attached Storage) развивается как альтернатива универсальным серверам, несущим множество функций (печати, приложений, факс сервер, электронная почта и т.п.). В отличие от них NAS-устройства исполняют только одну функцию - файловый сервер. И стараются сделать это как можно лучше, проще и быстрее.

NAS подключаются к ЛВС и осуществляют доступ к данным для неограниченного количества гетерогенных клиентов (клиентов с различными ОС) или других серверов. В настоящее время практически все NAS устройства ориентированы на использование в сетях Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) на основе протоколов TCP/IP. Доступ к устройствам NAS производится с помощью специальных протоколов доступа к файлам. Наиболее распространенными протоколами файлового доступа являются протоколы CIFS, NFS и DAFS. Внутри подобных серверов стоят специализированные ОС, такие как MS Windows Storage Server.

Приемущества и недостатки

Плюсы

• Дешевизна и доступность его ресурсов не только для отдельных серверов, но и для любых компьютеров организации
• Простота коллективного использования ресурсов
• Простота развертывания и администрирования
• Универсальность для клиентов (один сервер может обслуживать клиентов MS, Novell, Mac, Unix)

NAS-устройства очень хороши в гетерогенной среде, где необходим быстрый файловый доступ к данным одновременно для многих клиентов, включая протоколы TCP/IP, CIFS, NFS, FTP, TFTP и др. Также обеспечивается высокая надёжность хранения и гибкость управления в сочетании с простотой обслуживания. Поскольку имена файлов могут содержать символы различных языков, многие NAS обеспечивают поддержку кодировок UTF-8, Unicode.

NAS-устройства могут быть простейшими «коробочками» с одним портом Ethernet и двумя жёсткими дисками в RAID1 вплоть до огромных систем с большим количеством дисков и внешних Ethernet-портов, несколькими специализированными серверами. Иногда NAS-устройства являются частью SAN-сети и не имеют собственных накопителей, а только предоставляют файловый доступ к данным, находящимся на блочных устройствах хранения. В этом случае NAS берёт на себя функцию мощного специализированного сервера, а SAN – устройства хранения данных. Получаем топологию DAS, скомпонованную из NAS- и SAN-компонентов.

Минусы

• Доступ к информации через протоколы `сетевых файловых систем` зачастую медленнее, чем как к локальному диску.
• Большинство недорогих NAS-серверов не позволяют обеспечить скоростной и гибкий метод доступа к данным на уровне блоков, присущих SAN системам, а не на уровне файлов.

Главный недостаток NAS заключается в повышенной нагрузке на сеть. Для соединения с сетью обычно используется несколько гигабитных Ethernet-контроллеров, работающих в дуплексном режиме, и хотя таким образом достигается должная скорость обмена данными по сетевой среде, нагрузка на сеть возрастает. Поэтому предварительно необходимо рассчитать расположение и количество NAS-устройств.

NAS распространены намного меньше, чем устройства SAN, но доля таких систем постоянно растёт за счёт вытеснения DAS.

*Прогноз роста рынка

5 апреля 2012 года Global Industry Analysts опубликовала отчет Network Attached Storage Devices: A Global Strategic Business Report, в котором обозначила основные точки и причины роста онлайновых архитектур хранения данных. По данным исследовательской компании, объемы информации в мире ежегодно увеличиваются на 65% и до 2020 года достигнут 3 миллионов петабайт. Следствием этого является закономерный рост инвестиций в системы хранения и резервного копирования данных.

Особенно популярной в свете наметившейся тенденции является архитектура NAS. Она не требует высоких расходов на обслуживание и обеспечивает высокую доступность данных, достаточный уровень производительности, прозрачность для конечных пользователей, платформенную независимость.

Объем глобального рынка NAS-решений до 2017 года достигнет $7 млрд. Самый большой кусок пирога приходится на Северную Америку, однако азиатско-тихоокеанский регион в ближайшие шесть лет тоже продемонстрирует завидные ежегодные темпы роста на уровне 14,1%.

До недавнего времени NAS считалась прерогативой представителей малого и среднего бизнеса, которые традиционно располагают весьма ограниченными ИТ-бюджетами. Однако авторы отчета отмечают, что все большее количество вендоров начинают разрабатывать NAS-решения для нужд крупных предприятий.

В ближайшие несколько лет по мере распространения облачных технологий рынок ожидает настоящий бум. Одновременно предлагаемые решения будут становиться технически совершеннее, а значит привлекательнее для заказчиков. Ключевыми направлениями для развития являются доступность, многоарендность и безопасность.

Отчет Global Industry Analysts включает анализ деятельности 80 основных и нишевых игроков рынка NAS-решений, в том числе, Buffalo, Dell, EMC, Isilon Systems, HP, 3Par, HDS, IBM, LSI, NetApp, Netgear, Oracle, SGI.

См. также

• Программно-определяемые системы хранения (Software-Defined Storage, SDS)
• Direct Attached Storage, DAS
• Сеть хранения данных (Storage Area Network, SAN)
• Каталог продуктов и проектов СХД
• Резервное копирование данных

• Андрей Захаров, Основные системы хранения данных и их особенности
• Сети хранения данных
• NAS – сетевая система хранения данных