Nätverksanslutet lagringsutrymme - Network-attached storage

Inte att förväxla med lagringsutrymme .
En NAS-server med 5 fack

Nätverksansluten lagring ( NAS ) är en fil-nivå (i motsats till blocknivålagring ) datorminne server ansluten till ett datornätverk tillhandahåller data tillgång till en heterogen grupp av kunder. NAS är specialiserad på att betjäna filer antingen genom maskinvara, programvara eller konfiguration. Den tillverkas ofta som en datorapparat-  en specialbyggd specialiserad dator. NAS -system är nätverksanslutna apparater som innehåller en eller flera lagringsenheter , ofta arrangerade i logiska , redundanta lagringsbehållare eller RAID . Nätverksansluten lagring tar bort ansvaret för filvisning från andra servrar i nätverket. De ger vanligtvis åtkomst till filer med nätverksfildelningsprotokoll som NFS , SMB eller AFP . Från mitten av 1990-talet började NAS-enheter bli populära som en bekväm metod för att dela filer mellan flera datorer. Potentiella fördelar med dedikerad nätverksansluten lagring, jämfört med allmänna servrar som också serverar filer, inkluderar snabbare datatillgång, enklare administration och enkel konfiguration.

Hårddiskarna med "NAS" i sitt namn liknar funktionellt andra enheter, men kan ha olika firmware, vibrationstolerans eller kraftförlust för att göra dem mer lämpliga för användning i RAID -matriser, som ofta används i NAS -implementeringar. Till exempel stöder vissa NAS -versioner av enheter en kommandotillägg så att utökad felåterställning kan inaktiveras. I en icke-RAID-applikation kan det vara viktigt för en hårddisk att gå långt för att framgångsrikt läsa ett problematiskt lagringsblock, även om det tar flera sekunder. I en korrekt konfigurerad RAID -array kan ett enda dåligt block på en enda enhet återställas helt via redundansen som kodas över RAID -uppsättningen. Om en enhet spenderar flera sekunder på att utföra omfattande försök kan det leda till att RAID -styrenheten flaggar enheten som "ned" medan om den helt enkelt svarade att datablocket hade ett kontrollsumfel, skulle RAID -kontrollen använda redundanta data på den andra enheter för att rätta till felet och fortsätta utan problem. En sådan "NAS" SATA -hårddisk kan användas som en intern PC -hårddisk, utan några problem eller justeringar som behövs, eftersom den helt enkelt stöder ytterligare alternativ och eventuellt kan byggas till en högre kvalitetsstandard (särskilt om den åtföljs av en högre noterad MTBF -siffra och högre pris) än en vanlig konsumentkörning.

Beskrivning

En NAS-enhet är en dator som är ansluten till ett nätverk som endast tillhandahåller filbaserade datalagringstjänster till andra enheter i nätverket. Även om det tekniskt kan vara möjligt att köra annan programvara på en NAS-enhet, är den vanligtvis inte utformad för att vara en allmän server. Till exempel har NAS -enheter vanligtvis inte ett tangentbord eller en skärm, och de styrs och konfigureras via nätverket, ofta med hjälp av en webbläsare.

Ett komplett operativsystem behövs inte på en NAS-enhet, så ofta används ett avskalat operativsystem. Till exempel implementeras FreeNAS eller NAS4Free , båda NAS-lösningar med öppen källkod som är utformade för hårdvaru-PC-hårdvara, som en avskalad version av FreeBSD .

NAS -system innehåller en eller flera hårddiskar, ofta arrangerade i logiska, redundanta lagringsbehållare eller RAID .

NAS använder filbaserade protokoll som NFS (populärt på UNIX- system), SMB ( Server Message Block ) (används med MS Windows-system), AFP (används med Apple Macintosh- datorer) eller NCP (används med OES och Novell NetWare ). NAS -enheter begränsar sällan klienter till ett enda protokoll.

Versus DAS

Den viktigaste skillnaden mellan direktkopplad lagring (DAS) och NAS är att DAS helt enkelt är en förlängning till en befintlig server och inte nödvändigtvis är nätverksansluten. Som namnet antyder är DAS vanligtvis ansluten via en USB- eller Thunderbolt -aktiverad kabel. NAS är utformad som en enkel och fristående lösning för att dela filer över nätverket.

Både DAS och NAS kan potentiellt öka tillgängligheten av data genom att använda RAID eller kluster .

När båda serveras via nätverket kan NAS ha bättre prestanda än DAS, eftersom NAS -enheten kan ställas in exakt för filvisning, vilket är mindre sannolikt att hända på en server som är ansvarig för annan behandling. Både NAS och DAS kan ha olika mängder cacheminne , vilket i hög grad påverkar prestanda. När man jämför användning av NAS med användning av lokal (icke-nätverksansluten) DAS beror NAS: s prestanda huvudsakligen på hastigheten och trängselnätet i nätverket. Med introduktionen av nya WiFi -standarder (som WiFi6), nätverkshastigheter och dramatiskt ökar för att möjliggöra bättre prestanda när du använder en NAS.

NAS är i allmänhet inte lika anpassningsbart när det gäller hårdvara (CPU, minne, lagringskomponenter) eller lågnivåprogramvara (tillägg, plug-ins , ytterligare protokoll), men de flesta NAS-lösningar kommer att inkludera möjligheten att installera ett brett utbud av program för att tillåta för bättre konfiguration av systemet eller för att inkludera andra funktioner utanför lagring (som videoövervakning, virtualisering, media, etc.). DAS är vanligtvis enbart inriktat på datalagring men funktioner kan vara tillgängliga baserat på specifika leverantörsalternativ.

Versus SAN

Visuell differentiering av NAS vs SAN -användning i nätverksarkitektur

NAS tillhandahåller både lagring och ett filsystem . Detta kontrasteras ofta med SAN ( lagringsområdesnätverk ), som endast tillhandahåller blockbaserad lagring och lämnar problem med filsystemet på "klientsidan". SAN -protokoll inkluderar Fiber Channel , iSCSI , ATA over Ethernet (AoE) och HyperSCSI .

Ett sätt att löst konceptualisera skillnaden mellan en NAS och ett SAN är att NAS visas för klient -operativsystemet (operativsystemet) som en filserver (klienten kan mappa nätverksenheter till resurser på den servern) medan en disk som är tillgänglig via ett SAN fortfarande visas för klient -operativsystemet som en disk, synlig i disk- och volymhanteringsverktyg (tillsammans med klientens lokala diskar), och kan formateras med ett filsystem och monteras .

Trots deras skillnader är SAN och NAS inte ömsesidigt uteslutande och kan kombineras som en SAN-NAS-hybrid , som erbjuder både filnivåprotokoll (NAS) och blocknivåprotokoll (SAN) från samma system. Ett exempel på detta är Openfiler , en gratis mjukvaruprodukt som körs på Linux-baserade system. Ett delat diskfilsystem kan också köras ovanpå ett SAN för att tillhandahålla filsystemtjänster.

Historia

I början av 1980 -talet demonstrerade och utvecklade " Newcastle Connection " av Brian Randell och hans kollegor vid Newcastle University fjärråtkomst till filer över en uppsättning UNIX -maskiner. Novell : s NetWare serveroperativsystem och NCP -protokollet släpptes 1983. Efter Newcastle Connection, Sun Microsystems "1984 utgåvan av NFS får nätverksservrar att dela sin lagringsutrymme med nätverksklienter. 3Com och Microsoft skulle utveckla programvaran och protokollet LAN Manager för att främja denna nya marknad. 3Com 's 3Server och 3 + Dela programvara var den första specialbyggda server (inklusive egen hårdvara, mjukvara och flera diskar) för öppna system servrar.

Inspirerat av framgångarna med filservrar från Novell, IBM och Sun utvecklade flera företag dedikerade filservrar. Medan 3Com var bland de första företagen som byggde en dedikerad NAS för stationära operativsystem, var Auspex Systems en av de första att utveckla en dedikerad NFS -server för användning på UNIX -marknaden. En grupp Auspex -ingenjörer splittrades i början av 1990 -talet för att skapa den integrerade NetApp -filen , som stödde både Windows SMB och UNIX NFS -protokollen och hade överlägsen skalbarhet och enkel installation. Detta startade marknaden för proprietära NAS -enheter som nu leds av NetApp och EMC Celerra.

Från början av 2000 -talet dök det upp en rad nystartade företag som erbjuder alternativa lösningar till lösningar för enfiler i form av grupperade NAS - Spinnaker Networks (förvärvades av NetApp i februari 2004), Exanet (förvärvades av Dell i februari 2010), Gluster (förvärvade av RedHat 2011), ONStor (förvärvat av LSI 2009), IBRIX (förvärvat av HP ), Isilon (förvärvat av EMC - november 2010), PolyServe (förvärvat av HP 2007) och Panasas , för att nämna några.

Under 2009 började NAS -leverantörer (i synnerhet CTERA Networks och Netgear ) introducera online -backup -lösningar integrerade i sina NAS -apparater för online -katastrofåterställning.

År 2021 erbjuds tre huvudtyper av NAS-lösningar (alla med hybridmolnmodeller där data kan lagras både lokalt på NAS och utanför webbplatsen på en separat NAS eller via en offentlig molntjänstleverantör). Den första typen av NAS är inriktad på konsumentbehov med billigare alternativ som vanligtvis stöder 1–5 hårddiskar med hårddiskar. Den andra är inriktad på små till medelstora företag-dessa NAS-lösningar sträcker sig från 2–24+ hårddiskar och erbjuds vanligtvis i torn- eller rackmonterade formfaktorer. Prissättningen kan variera mycket beroende på processor, komponenter och övergripande funktioner som stöds. Den sista typen är inriktad på företag eller stora företag och erbjuds med mer avancerade programvarufunktioner. NAS -lösningar säljs vanligtvis utan hårddiskar installerade för att låta köparen (eller IT -avdelningarna) välja hårddiskens kostnad, storlek och kvalitet.

Genomförande

Hur tillverkare tillverkar NAS -enheter kan klassificeras i tre typer:

  1. Datorbaserad NAS-Med hjälp av en dator (servernivå eller en persondator) med processorer vanligtvis från Intel eller AMD, installeras FTP/SMB/AFP ... programvaruserver. Strömförbrukningen av denna NAS -typ är den största, men dess funktioner är de mest kraftfulla. Vissa stora NAS -tillverkare som Synology , QNAP och Asustor tillverkar dessa typer av enheter. Maximal FTP -genomströmningshastighet varierar beroende på datorns CPU och mängden RAM -minne.
  2. Inbyggt systembaserat NAS-Med hjälp av en ARM- eller MIPS-baserad processorarkitektur och ett realtidsoperativsystem (RTOS) eller ett inbäddat operativsystem för att köra en NAS-server. Strömförbrukningen för denna NAS-typ är rättvis, och funktioner i NAS kan passa de flesta slutanvändarkrav. Marvell , Oxford och Storlink tillverkar chipset för denna typ av NAS. Maximal FTP -genomströmning varierar från 20 MB/s till 120 MB/s.
  3. ASIC -baserad NAS -Tillhandahållande av NAS genom användning av ett enda ASIC -chip, med hårdvara för att implementera TCP/IP och filsystem. Det finns inget operativsystem i chippet, eftersom alla prestationsrelaterade operationer utförs av hårdvaruaccelerationskretsar. Strömförbrukningen för denna typ av NAS är låg, eftersom funktionerna är begränsade till att endast stödja SMB och FTP. LayerWalker är den enda tillverkaren av chipset för denna typ av NAS. Maximal FTP -genomströmning är 40 MB/s.

Användningsområden

NAS är användbart för mer än bara allmän centraliserad lagring som tillhandahålls till klientdatorer i miljöer med stora mängder data. NAS kan möjliggöra enklare och lägre kostnadssystem som lastbalansering och feltoleranta e-post- och webbserversystem genom att tillhandahålla lagringstjänster. Den potentiella framväxande marknaden för NAS är konsumentmarknaden där det finns en stor mängd multimediadata. Sådana apparater för konsumentmarknaden är nu allmänt tillgängliga. Till skillnad från sina rackmonterade motsvarigheter är de i allmänhet förpackade i mindre formfaktorer. Priset på NAS-apparater har sjunkit kraftigt de senaste åren och erbjuder flexibel nätverksbaserad lagring till hemmakonsumentmarknaden för lite mer än kostnaden för en vanlig USB- eller FireWire- extern hårddisk. Många av dessa hemkonsumentenheter är byggda kring ARM- , x86- eller MIPS -processorer som kör ett inbäddat Linux -operativsystem .

Exempel

Open-source serverimplementeringar

Öppen källkod NAS-orienterade distributioner av Linux och FreeBSD är tillgängliga. Dessa är utformade för att vara enkla att installera på datorns hårdvara och konfigureras vanligtvis med en webbläsare.

De kan köras från en virtuell maskin , Live -CD , startbart USB -minne ( Live USB ) eller från en av de monterade hårddiskarna. De kör Samba (en SMB -demon), NFS -demon och FTP -demoner som är fritt tillgängliga för dessa operativsystem.

Denna typ av system inkluderar några kända NAS -distributioner, till exempel FreeNAS eller OpenMediaVault eller användarimplementeringar .

Nätverksanslutna säkra diskar

Nätverksansluten Secure diskar (NASD) är 1997-2001 forskningsprojekt Carnegie Mellon University , med målet att tillhandahålla kostnadseffektiv skalbar lagring bandbredd . NASD minskar omkostnaderna på filservern (filhanteraren) genom att låta lagringsenheter överföra data direkt till klienter . Det mesta av filhanterarens arbete laddas ner till lagringsdisken utan att filsystempolicyn integreras i disken. De flesta klientoperationer som Läs/Skriv går direkt till skivorna; mindre frekventa operationer som autentisering går till filhanteraren. Skivor överför objekt med variabel längd istället för block med fast storlek till klienter. Filhanteraren har en tidsbegränsad cachemöjlighet för klienter att komma åt lagringsobjekten. En filåtkomst från klienten till skivorna har följande sekvens:

  1. Klienten autentiserar sig med filhanteraren och begär filåtkomst.
  2. Om klienten kan beviljas åtkomst till den begärda filen, får klienten nätverksplatsen för NASD -diskar och deras kapacitet.
  3. Om klienten använder disken för första gången får den en tidsbegränsad nyckel för att skapa säker kommunikation till disken.
  4. Filhanteraren informerar motsvarande disk med en oberoende kanal.
  5. Från och med nu kommer klienten direkt åt NASD -skivorna genom att ge den kapacitet som den mottog och ytterligare dataöverföringar går genom nätverket och kringgår filhanteraren.

Lista över nätverksprotokoll som används för att betjäna NAS

Klusterad NAS

Huvudartikel: Klusterat filsystem

En grupperad NAS är en NAS som använder ett distribuerat filsystem som körs samtidigt på flera servrar. Den viktigaste skillnaden mellan en grupperad och traditionell NAS är möjligheten att distribuera (t.ex. rand) data och metadata över klusternoderna eller lagringsenheterna. Klusterad NAS, som en traditionell, ger fortfarande enhetlig åtkomst till filerna från någon av klusternoderna, utan samband med den faktiska platsen för data.

Se även

Anteckningar

Referenser

Vidare läsning