Введение

Сервер для хранения компьютерных данных. Сетевое хранилище (NAS) — это компьютерный сервер для хранения данных на уровне файлов (в отличие от хранения на уровне блоков), подключенный к компьютерной сети и обеспечивающий доступ к данным для разнородной группы клиентов. Термин "NAS" может относиться как к технологии и системам, её реализующим, так и к специализированному устройству, предназначенному для выполнения этой функции (в отличие от смежных технологий, таких как локальные сети, устройство NAS часто представляет собой единый модуль).

Обзор

Устройство NAS оптимизировано для обслуживания файлов за счет аппаратного, программного обеспечения или конфигурации. Оно часто выпускается как специализированный компьютер, компьютерная техника, предназначенная для конкретных задач. NAS-системы – это сетевые устройства, содержащие один или несколько накопителей, часто объединенных в логические, избыточные хранилища или RAID-массивы. Сетевое хранилище обычно обеспечивает доступ к файлам с использованием сетевых протоколов обмена файлами, таких как NFS, SMB или AFP. Начиная с середины 1990-х годов, устройства NAS стали набирать популярность как удобный способ обмена файлами между несколькими компьютерами, а также для снятия нагрузки по обслуживанию файлов с других серверов в сети. Благодаря этому NAS может обеспечить более быстрый доступ к данным, упрощенное администрирование и более простую настройку по сравнению с использованием сервера общего назначения для обслуживания файлов. В комплекте с NAS поставляются специализированные жесткие диски, которые функционально схожи с обычными дисками, но могут иметь другую прошивку, повышенную устойчивость к вибрациям или иное энергопотребление, что делает их более подходящими для использования в RAID-массивах – технологии, часто применяемой в NAS-системах. Например, некоторые NAS-версии дисков поддерживают расширение команд для отключения расширенного восстановления ошибок. В не-RAID-приложениях важно, чтобы дисковый накопитель прикладывал все усилия для успешного чтения проблемного блока хранения, даже если это занимает несколько секунд. В правильно настроенном RAID-массиве один поврежденный блок на одном диске может быть полностью восстановлен за счет избыточности, закодированной во всем RAID-наборе. Если диск тратит несколько секунд на многочисленные повторные попытки, контроллер RAID может пометить его как "неисправный", в то время как если бы он просто оперативно сообщил об ошибке контрольной суммы блока данных, контроллер RAID использовал бы избыточные данные с других дисков для исправления ошибки и продолжил работу без проблем.

Описание

NAS-устройство — это компьютер, подключенный к сети, который предоставляет другим устройствам в сети только услуги хранения данных в виде файлов. Хотя технически возможно запустить другое программное обеспечение на NAS-устройстве, оно обычно не предназначено для использования в качестве универсального сервера. Например, NAS-устройства обычно не имеют клавиатуры или дисплея и управляются и настраиваются через сеть, часто с помощью веб-браузера. Для NAS-устройства не требуется полнофункциональная операционная система, поэтому часто используется упрощенная версия. Системы NAS содержат один или несколько жестких дисков, часто объединенных в логические, отказоустойчивые хранилища или RAID-массивы. NAS использует файловые протоколы, такие как NFS (распространенный в системах UNIX), SMB (Server Message Block) (используемый в системах Microsoft Windows), AFP (используемый в компьютерах Apple Macintosh) или NCP (используемый в OES и Novell NetWare). NAS-устройства редко ограничивают клиентов использованием только одного протокола.

Сравнение с DAS

Ключевое различие между системами прямого подключения к хранилищу (DAS) и NAS заключается в том, что DAS является просто расширением существующего сервера и не обязательно предполагает сетевое подключение. Как следует из названия, DAS обычно подключается через кабель USB или Thunderbolt. NAS разработан как простое и самодостаточное решение для совместного доступа к файлам по сети. Как DAS, так и NAS потенциально могут повысить доступность данных за счет использования RAID или кластеризации. И DAS, и NAS могут иметь различный объем кэш-памяти, что существенно влияет на производительность. При сравнении использования NAS с использованием локальных (не сетевых) DAS, производительность NAS в основном зависит от скорости и загруженности сети. NAS обычно менее настраиваем в отношении аппаратного обеспечения (процессора, памяти, компонентов хранения) или программного обеспечения нижнего уровня (расширений, плагинов, дополнительных протоколов), но большинство решений NAS предлагают возможность установки широкого спектра программных приложений для более тонкой настройки системы или добавления функций, выходящих за рамки хранения данных (например, видеонаблюдение, виртуализация, мультимедиа и т.д.). DAS обычно ориентирован исключительно на хранение данных, но дополнительные возможности могут быть доступны в зависимости от конкретных предложений поставщика.

Сравнение с SAN

NAS предоставляет как хранилище данных, так и файловую систему. Это часто противопоставляется SAN (сети хранения данных), которая предоставляет только блочное хранилище и оставляет вопросы, связанные с файловой системой, на стороне "клиента". Протоколы SAN включают Fibre Channel, iSCSI, ATA over Ethernet (AoE) и HyperSCSI. Один из способов понять разницу между NAS и SAN заключается в том, что NAS представляется клиентской ОС (операционной системе) как файловый сервер (клиент может подключать сетевые диски к сетевым папкам на этом сервере), в то время как диск, доступный через SAN, по-прежнему представляется клиентской ОС как диск, видимый в инструментах управления дисками и томами (наряду с локальными дисками клиента) и доступный для форматирования и монтирования с файловой системой. Несмотря на эти различия, SAN и NAS не являются взаимоисключающими и могут быть объединены в гибрид SAN NAS, предлагая как протоколы файлового уровня (NAS), так и протоколы блочного уровня (SAN) из одной системы. Общая файловая система также может быть развернута поверх SAN для предоставления файловых служб.

История

В начале 1980-х годов Брайан Рэнделл и его коллеги из Университета Ньюкасла продемонстрировали и разработали удаленный доступ к файлам на множестве машин UNIX. Операционная система сервера NetWare и протокол NCP были выпущены в 1983 году. После разработки "Newcastle Connection", выпуск NFS от Sun Microsystems в 1984 году позволил сетевым серверам совместно использовать свое дисковое пространство с сетевыми клиентами. 3Com и Microsoft разработали программное обеспечение и протокол LAN Manager для дальнейшего развития этого нового рынка. Программное обеспечение 3Server и 3+Share от 3Com было первым сервером, разработанным специально для этой цели (включая проприетарное оборудование, программное обеспечение и несколько дисков) для серверов открытых систем. Вдохновленные успехом файловых серверов от Novell, IBM и Sun, несколько компаний разработали выделенные файловые серверы. В то время как 3Com была одной из первых компаний, создавших выделенный NAS для настольных операционных систем, Auspex Systems была одной из первых, разработавших выделенный NFS-сервер для использования на рынке UNIX. Группа инженеров Auspex отделилась в начале 1990-х годов, чтобы создать интегрированный NetApp FAS, который поддерживал как протоколы Windows SMB, так и UNIX NFS, обладал превосходной масштабируемостью и простотой развертывания. Это положило начало рынку проприетарных устройств NAS, который в настоящее время возглавляют NetApp и EMC Celerra. Начиная с начала 2000-х годов, появилось множество стартапов, предлагающих альтернативные решения однофайловым системам в виде кластеризованных NAS: Spinnaker Networks (приобретенная NetApp в феврале 2004 года), Exanet (приобретенная Dell в феврале 2010 года), Gluster (приобретенная RedHat в 2011 году), ONStor (приобретенная LSI в 2009 году), IBRIX (приобретенная HP), Isilon (приобретенная EMC в ноябре 2010 года), PolyServe (приобретенная HP в 2007 году) и Panasas, и это лишь некоторые из них. В 2009 году производители NAS (в частности, CTERA Networks и Netgear) начали внедрять решения для онлайн-резервного копирования, интегрированные в их NAS-устройства, для онлайн-восстановления после аварий. К 2021 году предлагается три основных типа решений NAS (все с гибридными облачными моделями, где данные могут храниться как локально на NAS, так и удаленно на отдельном NAS или через поставщика услуг публичного облака). Первый тип NAS ориентирован на потребности потребителей и предлагает более доступные варианты, обычно поддерживающие 1–5 жестких дисков с возможностью горячей замены. Второй тип ориентирован на малый и средний бизнес – эти решения NAS варьируются от 2 до 24+ жестких дисков и обычно предлагаются в форм-факторах tower (башня) или rackmount (стоечный). Цена может сильно варьироваться в зависимости от процессора, компонентов и общих поддерживаемых функций. Последний тип предназначен для предприятий или крупных организаций и предлагает более продвинутые возможности программного обеспечения. Решения NAS обычно продаются без установленных жестких дисков, чтобы покупатель (или ИТ-отделы) могли самостоятельно выбрать стоимость, размер и качество жестких дисков.

Применение

NAS полезен не только для общего централизованного хранения данных, предоставляемого клиентским компьютерам в средах с большими объемами информации. NAS может упростить и удешевить системы, такие как балансировка нагрузки и отказоустойчивые системы электронной почты и веб-серверов, предоставляя сервисы хранения. Перспективным развивающимся рынком для NAS является потребительский сегмент, где генерируется большое количество мультимедийных данных. Такие устройства для потребительского рынка сейчас широко доступны. В отличие от серверных моделей, устанавливаемых в стойки, они обычно имеют более компактные размеры. Цена NAS-устройств значительно снизилась за последние годы, предлагая гибкое сетевое хранилище для домашнего использования по цене, лишь немного превышающей стоимость обычного внешнего жесткого диска USB или FireWire. Многие из этих домашних устройств построены на базе процессоров ARM, x86 или MIPS с использованием встроенной операционной системы Linux.

Серверные реализации с открытым исходным кодом

Доступны дистрибутивы Linux и FreeBSD с открытым исходным кодом, ориентированные на создание сетевых хранилищ (NAS). Они разработаны для простой установки на стандартное компьютерное оборудование и обычно настраиваются через веб-браузер. Их можно запускать с виртуальной машины, Live CD, загрузочной USB-флешки (Live USB) или с одного из установленных жестких дисков. Они поддерживают работу Samba (SMB-демона), NFS-демона и FTP-демонов, которые свободно доступны для этих операционных систем.

Сетевые защищенные диски

Сетевые защищенные диски (NASD) – это исследовательский проект Университета Карнеги-Меллона, реализованный в 1997–2001 годах, целью которого являлось обеспечение экономически эффективной масштабируемой пропускной способности для хранения данных. NASD снижает нагрузку на файловый сервер (файловый менеджер), позволяя устройствам хранения передавать данные напрямую клиентам. Большая часть задач файлового менеджера переносится на диски хранения без интеграции политики файловой системы в сами диски. Большинство клиентских операций, таких как чтение/запись, выполняются непосредственно с дисками, а менее частые операции, например, аутентификация, направляются в файловый менеджер. Диски передают клиентам объекты переменной длины вместо блоков фиксированного размера. Файловый менеджер предоставляет клиентам ограниченные по времени кэшируемые права доступа к объектам хранения. Последовательность доступа к файлу от клиента к дискам следующая:

Клиент аутентифицируется в файловом менеджере и запрашивает доступ к файлу. Если клиенту предоставляется доступ к запрошенному файлу, он получает сетевое расположение дисков NASD и соответствующие права доступа. При первом обращении к диску клиент получает временный ключ для установления защищенного соединения с диском. Файловый менеджер уведомляет соответствующий диск по независимому каналу. С этого момента клиент напрямую обращается к дискам NASD, предъявляя полученные права доступа, а дальнейшая передача данных осуществляется по сети, минуя файловый менеджер.

Кластеризованные НАС

Кластерная СХД – это СХД, использующая распределенную файловую систему, работающую одновременно на нескольких серверах. Ключевое отличие кластерной СХД от традиционной заключается в возможности распределения (например, чередования) данных и метаданных между узлами кластера или устройствами хранения. Кластерная СХД, как и традиционная, по-прежнему обеспечивает унифицированный доступ к файлам с любого узла кластера, независимо от фактического местоположения данных.