NAS

NAS (Network-accessed storage) - система хранения компьютерных данных файлового уровня, подключенная к сети, обеспечивающей клиентам доступ к этим данным. NAS работает не только как файловый сервер, но также специализируется на соответствующем оборудовании, программном обеспчении или конфигурации из нескольких этих элементов, образующих единую систему. NAS зачастую представляется как компьютерное устройство - нечто в виде специализированного компьютера, построенного с нуля для обеспечения хранения и обработки файлов - а не просто компьютера, используемого для общих целей.

NAS-устройства на современном рынке набирают все большую популярность. Потребителей NAS привлекает как удобный способ обмена файлами между несколькими компьютерами.

Потенциальное преимущество сетевых систем хранения данных по сравнению с серверами файлов заключается в быстром доступе к данным, более легком управлении ими и простоте конфигурации системы.

Системы NAS имеют сетевую основу, что подразумивает наличие одного или нескольких жестких дисков, часто расположенных в логической цепочке, а также резервные емкости для хранения RAID-массивов. Сетевая система хранения данных не заточена отвечать за обслуживание файлов с других серверов сети. Они, как правило, обеспечивают доступ к файлам с использованием сетевых протоколов службы обмена файлами, как, например, NFS, SMB/CIFS, или AFP.

Элемент сетевой системы хранения данных - это компьютер, подключенный к сети, которая обеспечивает лишь условия для хранения информации в виде файлов, для других устройств, расположенных в сети. Хотя и запуск других программных приложений на платформе NAS может быть технически реализуем, он не предназначен для использования в качестве сервера общего назначения. Например, NAS-элемент обычно не оснащен клавиатурой или дисплеем, и находится под контролем и конфигурацией сети, часто используя браузер. Кроме того, устройства NAS не требуют обязательного наличия полнофункциональной операционной системы, зачастую на них используются «урезанные» версии операционных систем. К примеру, FreeNAS, решение NAS с открытым исходным кодом, спроектированное для продуктов аппаратного обеспечения ПК, реализовано в виде урезанной версии FreeBSD. 

Системы NAS содержат один или несколько HDD-дисков, зачастую расположенных в логической цепочке, резервной емкости для хранения RAID-массивов. NAS использует файловые протоколы, такие, как NFS (очень популярен в системах UNIX), SMB/CIFS (Server Message Block/Common Internet File System) (используется с системами MS Windows), или AFP (используется с компьютерами Apple Macintosh).

Элементы NAS редко ограничивают клиентов единым протоколом.

Сравнение NAS и DAS

Основное различие между хранилищем с прямым подключением (direct-attached storage - DAS) и NAS заключается в том, что DAS является простым расширением существующего сервера и он не обязательно заключен в сеть. NAS же, в свою очередь, разработан как простое и автономное решение для обмена файлами по сети. Оба, и DAS, и NAS могут потенциально повысить уровень доступности данных, с помощью RAID или кластеризации.

В том случае, когда обе системы обслуживаются в сети, NAS может продемонстрировать лучшую производительность, чем DAS потому, что устройство NAS может быть настроено именно для файл-серверов, что обеспечивает меньшую вероятность возникновения на сервере ответа системы за процессы, происходящие вне ее. Оба, что NAS, что DAS могут иметь различные объемы кэш-памяти, что существенно влияет на производительность. При сравнении использования NAS с локальным (несетевым) DAS, производительность NAS зависит, по большей части, от скорости и нагрузки на сеть.

NAS, как правило, не обладает столь большой гибкостью в настройках, особенно, что касается аппаратной части (процессор, память, компоненты хранилища) или программного обеспечения (расширения, плагины, дополнительные протоколы). Зато такой гибкостью обладает DAS, как сервер общего назначения.

Сравнение NAS и SAN

NAS способна быть как системой хранения данных, так и файловой системой. NAS очень часто контрастирует с SAN (Storage Area Network), системой, которая обеспечивает только хранение типа «блок», а проблемы файловой системы оставляет на решение их клиентом. SAN работает с протоколами SCSI, Fibre Channel, iSCSI, ATA over Ethernet (AoE), или HyperSCSI.

Один из способов уловить фундаментальную разницу между NAS и SAN - это точка зрения, согласно которой NAS идетифицируется в клиентской операционной системе в качестве файлового сервера (клиент может подключать сетевые диски к общему каталогу на этом сервере), тогда как диск, доступный через SAN, распознается клиентской операционной системой как простой диск, он отображается как логический диск и управляется утилитами соответственно (наряду с локальными дисками клиента), и он доступен для форматирования с имеющейся файловой системой.

Несмотря на их различия, SAN и NAS не являются взаимоисключающими элементами, более того, они могут быть объединены как гибрид SAN-NAS. Этот гибрид способен предложить пользователю оба протокола сразу: как файловый протокол NAS, так и блок-протокол SAN, причем на базе одной системы. Примером такого сочетания является Openfiler, бесплатное программное обеспечение, построенное для работы на платформе Linux.

История

В начале 80-х годов компания Newcastle Connection, образованная Брайаном Рэнделлом (Brian Randell) и его коллегами в Ньюкэстлском Университете, разработала и продемонстрировала систему удаленного доступа к файлам. Испробована система была на машинах UNIX, на сервсере NetWare операционной системы, на NCP-проктоле, который получил релиз в 1983 году. Следом за Newcastle Connection, компания Sun Microsystems' в 1984 году обнародовала NFS-совместимые сетевые серверы, которые позволяли коллективное использование дискового пространства среди сетевых клиентов. Следом компании 3Com и Microsoft разработали специальное программное обеспечение LAN Manager и соответствующий протокол - для дальнейшего развития данного сегмента рынка. Новейшие программные обеспечения под названием 3Server и 3+Share были первыми программами, целенаправлено заточенными под потребности сервера (включая частные аппаратные средства, софт и многодисковые массивы), они предназначались для открытых серверных систем.

Вдохновленные успехом продуктов файловых серверов от Novell, IBM, и Sun, несколько других компаний разработали смежные и родственные системы файловых серверов. Тогда как 3Com была одной из первых фирм, создавших NAS для обычных настольных операционных систем, компания Auspex Systems, тем временем, стала одним из первых разработчиков выделенных серверов NFS, заточенных под рынок UNIX. В начале 90-х группа инженеров компании Auspex раскололась для создания интегрированной системы хранения NetApp, которая поддерживалась как протоколами Windows CIFS, так и UNIX NFS, и имела превосходную масштабируемость и простоту развертывания. Так, рынок частных систем NAS сменил лидеров на NetApp и EMC Celerra.

С начала 2000-х годов, на рынке появился ряд стартапов: компании предлагали альтернативные решения единичным системам хранения данных - в виде кластерных NAS. Среди таких компаний можно особо выделить несколько: Spinnaker Networks (приобретена компанией NetApp в феврале 2004), Exanet (приобретена компанией Dell в феврале 2010), Gluster (приобретена компанией RedHat в 2011), ONStor (приобретена компанией LSI в 2009), IBRIX (приобретена компанией HP), Isilon (приобретена компанией EMC), PolyServe (приобретена компанией HP в 2007), и Panasas.

В 2009 году производители NAS (в частности, CTERA Networks и NETGEAR) начали представлять рынку новые продукты: решения Online Backup (онлайн резервное копирование), интегрированные в их NAS-продукты, предназначенные для безопасного аварийного интернет-восстановления данных.

Реализация

То, по какому принципу производители NAS выпускают свою продукцию, позволяет разделить их на три типа:

  1. NAS, разработанные на компьютерной платформе. Используя компьютер (серверный уровень или персональный компьютер), устанавливается FTP/SAMBA/AFP программное обеспечение сервера. Потребляемая мощность данного NAS-типа самая высокая из всех. Но при этом и функции NAS - самые мощные. Некоторые крупные компании-производители NAS-решений, такие, как, например, Synology, QNAP и ASUStor, выпускают устройства такого типа. 
  2. Встроенная система, созданная на основе NAS. Используя ARM, MIPS встроенные системы в сочетании с RTOS запускают NAS-сервер. Потребляемая мощность данного типа NAS является вполне умеренной, а функции данного типа NAS вполне соответствуют большинству требований конечных пользователей. Основными игроками рынка, занимающимися выпуском чипсетов для данного типа NAS, являются Marvell, Oxford, Storlink. Максимальный FTP варьируется от 20 Мб/с до 120 Мб/с. 
  3. NAS, построенные на базе ASIC. Создание NAS осуществляется с использованием одного чипа ASIC, при помощи оборудования, используемого для реализации TCP/IP и файловой системы. Внутри чипа не существует никакой операционной системы. Все связанные с производительностью операции осуществляются при помощи схем, аппаратного ускорения. Потребляемая мощность данного типа NAS - мала, а функции ограничены лишь поддержкой SAMBA и FTP. Компания Layerwalker является единственным производителем чипсетов этого типа NAS. Максимальный FTP - 40 Мб/с.

Использование

NAS, сама по себе, является многим более полезной, чем просто общая централизованная система хранения, предоставляющая клиенту компьютера управление средой с большими массивами информации. Немаловажным моментом является то, что NAS - довольно простая и дешевая система, и отлично выполняет такие функции, как распределение нагрузки, кроме того, может похвастать высоким уровнем отказоустойчивости. Очень хорошо используется в качестве системы для электронной почты или веб-сервера, предоставляя клиенту услуги по хранению.

Потенциальном рынком для NAS является потребительский рынок, где имеется большое количество мультимедийных данных. А такие возможности сегодня на рынке широко-доступны. В отличие от своих сверстников, эти устройства, как правило, упакованны в меньший форм-фактор.

В последние годы, цена на NAS-технику резко упала, на потребительском рынке предлагаются гибкие сетевые хранилища для домашнего использования. По цене они слегка превышают стоимость обычного USB- или FireWire- внешнего жесткого диска. Многие из этих устройств для «домашних» пользователей построены на процессорах от ARM, PowerPC или MIPS. Для их работы используется система Linux.

Варианты релизации с открытым исходным кодом

NAS-ориентированные дистрибутивы Linux и FreeBSD с открытым исходным кодом имеют общую доступность, в том числе и FreeNAS, CryptoNAS, NASLite, Gluster, Openfiler, OpenMediaVault и TurnKey File Server, построенный на базе Ubuntu. Они разработаны специально для более легкой и беспрепятственной установки на аппаратные средства компьютера, и, как правило, настраиваются с помощью веб-браузера. Они могут быть запущены от виртуальной машины, Live CD, USB-флешки «загрузочного» типа (Live USB), или от одного из установленных жестких дисков. Они запускаются приложениями типа Samba (SMB daemon), NFS daemon, или FTP daemon, которые находятся в свободном доступе для этих операционных систем.

NexentaStor, построенный на платформе Nexenta Core, имеет много общего с вышеописанными «решениями», в том, что он построен на источниках с открытыми исходными кодами. Однако NexentaStor требует больше памяти, чем те ориентированные на потребителя решения NAS, с открытым исходным кодом. Но, тем не менее, он содержит в себе большинство особенностей NAS-решений корпоративного класса, такие, как «моментальный снимок» (snapshot), утилиты управления, многоуровневые сервисы, зеркальное отображение, сквозное контрольное суммирование, особенно в части использования ZFS.

Кластеризированный (сгруппированный) NAS

Ну, и в завершение, хотелось бы поподробнее рассмотреть, что из себя представляет кластерный NAS? В чем его инновационность?

NAS кластерного типа - это NAS, использующий распределенную файловую систему, работающую одновременно на нескольких серверах. Основное различие между кластерной и традиционной NAS заключается в возможности распределения («страйп» - полосование) данных и метаданных между узлами кластера или устройствами хранения данных. Кластерный NAS, как и традиционный, по-прежнему обеспечивает унифицированный доступ к файлам с любого из узлов кластера, не связанных с фактическим расположением данных.

#