Armazenamento conectado à rede - Network-attached storage

Não deve ser confundido com rede de área de armazenamento .
Um servidor NAS de 5 compartimentos

O armazenamento conectado à rede ( NAS ) é um servidor de armazenamento de dados de computador em nível de arquivo (em oposição ao armazenamento em nível de bloco ) conectado a uma rede de computador que fornece acesso a dados a um grupo heterogêneo de clientes. NAS é especializado para servir arquivos por seu hardware, software ou configuração. Freqüentemente, é fabricado como um dispositivo de computador  - um computador especializado e construído para um propósito específico. Os sistemas NAS são dispositivos em rede que contêm uma ou mais unidades de armazenamento , geralmente organizadas em contêineres de armazenamento lógico redundante ou RAID . O armazenamento anexado à rede elimina a responsabilidade de servir arquivos de outros servidores na rede. Eles normalmente fornecem acesso a arquivos usando protocolos de compartilhamento de arquivos de rede, como NFS , SMB ou AFP . A partir de meados da década de 1990, os dispositivos NAS começaram a ganhar popularidade como um método conveniente de compartilhamento de arquivos entre vários computadores. Os benefícios potenciais do armazenamento dedicado conectado à rede, em comparação com servidores de uso geral que também atendem a arquivos, incluem acesso mais rápido aos dados, administração mais fácil e configuração simples.

As unidades de disco rígido com "NAS" no nome são funcionalmente semelhantes a outras unidades, mas podem ter firmware, tolerância a vibração ou dissipação de energia diferentes para torná-las mais adequadas para uso em matrizes RAID, que são frequentemente usadas em implementações NAS. Por exemplo, algumas versões NAS de unidades suportam uma extensão de comando para permitir que a recuperação de erro estendida seja desabilitada. Em um aplicativo não RAID, pode ser importante para uma unidade de disco fazer um grande esforço para ler com êxito um bloco de armazenamento problemático, mesmo que demore vários segundos. Em uma matriz RAID configurada apropriadamente, um único bloco defeituoso em uma única unidade pode ser recuperado completamente por meio da redundância codificada no conjunto RAID. Se uma unidade passar vários segundos executando repetições extensas, pode fazer com que o controlador RAID sinalize a unidade como "inativa", ao passo que se simplesmente responder prontamente que o bloco de dados tem um erro de checksum, o controlador RAID usará os dados redundantes no outro unidades para corrigir o erro e continuar sem nenhum problema. Esse disco rígido SATA "NAS" pode ser usado como um disco rígido interno de PC, sem problemas ou ajustes necessários, pois ele simplesmente oferece suporte a opções adicionais e pode ser construído com um padrão de qualidade superior (particularmente se acompanhado por um padrão de qualidade superior Figura MTBF e preço mais alto) do que uma unidade de consumidor regular.

Descrição

Uma unidade NAS é um computador conectado a uma rede que fornece apenas serviços de armazenamento de dados baseados em arquivos para outros dispositivos na rede. Embora seja tecnicamente possível executar outro software em uma unidade NAS, geralmente não é projetado para ser um servidor de uso geral. Por exemplo, unidades NAS geralmente não têm teclado ou monitor e são controladas e configuradas pela rede, geralmente usando um navegador.

Um sistema operacional com todos os recursos não é necessário em um dispositivo NAS, portanto, frequentemente, um sistema operacional simplificado é usado. Por exemplo, FreeNAS ou NAS4Free , ambas soluções NAS de código aberto projetadas para hardware de PC comum, são implementadas como uma versão reduzida do FreeBSD .

Os sistemas NAS contêm uma ou mais unidades de disco rígido, geralmente organizadas em contêineres de armazenamento lógico redundante ou RAID .

NAS usa protocolos baseados em arquivo, como NFS (popular em sistemas UNIX ), SMB ( Server Message Block ) (usado com sistemas MS Windows), AFP (usado com computadores Apple Macintosh ) ou NCP (usado com OES e Novell NetWare ). As unidades NAS raramente limitam os clientes a um único protocolo.

Versus DAS

A principal diferença entre o armazenamento conectado diretamente (DAS) e NAS é que o DAS é simplesmente uma extensão de um servidor existente e não está necessariamente conectado em rede. Como o nome sugere, o DAS normalmente é conectado por meio de um cabo compatível com USB ou Thunderbolt . NAS foi projetado como uma solução fácil e independente para compartilhar arquivos na rede.

Tanto o DAS quanto o NAS podem aumentar potencialmente a disponibilidade de dados usando RAID ou clustering .

Quando ambos são servidos pela rede, o NAS pode ter um desempenho melhor do que o DAS, porque o dispositivo NAS pode ser ajustado precisamente para servir arquivos, o que é menos provável de acontecer em um servidor responsável por outro processamento. Tanto o NAS quanto o DAS podem ter várias quantidades de memória cache , o que afeta bastante o desempenho. Ao comparar o uso de NAS com o uso de DAS local (sem rede), o desempenho do NAS depende principalmente da velocidade e do congestionamento na rede. Com a introdução de novos padrões WiFi (como WiFi6), as velocidades de rede aumentam drasticamente para permitir um melhor desempenho ao usar um NAS.

O NAS geralmente não é tão personalizável em termos de hardware (CPU, memória, componentes de armazenamento) ou software de baixo nível (extensões, plug-ins , protocolos adicionais), mas a maioria das soluções NAS incluirá a opção de instalar uma ampla gama de aplicativos de software para permitir para melhor configuração do sistema ou para incluir outros recursos fora do armazenamento (como vigilância por vídeo, virtualização, mídia, etc). O DAS geralmente se concentra exclusivamente no armazenamento de dados, mas os recursos podem estar disponíveis com base nas opções específicas do fornecedor.

Versus SAN

Diferenciação visual do uso de NAS vs. SAN na arquitetura de rede

NAS fornece armazenamento e um sistema de arquivos . Isso geralmente é contrastado com a SAN ( rede de área de armazenamento ), que fornece apenas armazenamento baseado em bloco e deixa as preocupações do sistema de arquivos no lado do "cliente". Os protocolos SAN incluem Fibre Channel , iSCSI , ATA over Ethernet (AoE) e HyperSCSI .

Uma maneira de conceituar vagamente a diferença entre um NAS e um SAN é que o NAS aparece para o sistema operacional do cliente (sistema operacional) como um servidor de arquivos (o cliente pode mapear unidades de rede para compartilhamentos nesse servidor) enquanto um disco disponível através de um SAN ainda aparece para o sistema operacional do cliente como um disco, visível nos utilitários de gerenciamento de disco e volume (junto com os discos locais do cliente) e disponível para ser formatado com um sistema de arquivos e montado .

Apesar de suas diferenças, SAN e NAS não são mutuamente exclusivos e podem ser combinados como um híbrido SAN-NAS , oferecendo protocolos de nível de arquivo (NAS) e protocolos de nível de bloco (SAN) do mesmo sistema. Um exemplo disso é o Openfiler , um produto de software livre executado em sistemas baseados em Linux. Um sistema de arquivo de disco compartilhado também pode ser executado em uma SAN para fornecer serviços de sistema de arquivo .

História

No início dos anos 1980, a " Conexão de Newcastle ", de Brian Randell e seus colegas da Universidade de Newcastle, demonstrou e desenvolveu o acesso remoto a arquivos em um conjunto de máquinas UNIX. O sistema operacional de servidor NetWare da Novell e o protocolo NCP foram lançados em 1983. Após a conexão de Newcastle, o lançamento do NFS da Sun Microsystems em 1984 permitiu que os servidores de rede compartilhassem seu espaço de armazenamento com clientes em rede. A 3Com e a Microsoft desenvolveriam o software e o protocolo LAN Manager para promover esse novo mercado. 3Com 's 3Server e 3 + Compartilhar software foi o primeiro servidor de propósito-construído (incluindo hardware proprietário, software e vários discos) para servidores de sistemas abertos.

Inspiradas pelo sucesso dos servidores de arquivos da Novell, IBM e Sun, várias empresas desenvolveram servidores de arquivos dedicados. Enquanto a 3Com foi uma das primeiras empresas a construir um NAS dedicado para sistemas operacionais de desktop, a Auspex Systems foi uma das primeiras a desenvolver um servidor NFS dedicado para uso no mercado UNIX. Um grupo de engenheiros da Auspex se separou no início dos anos 1990 para criar o arquivador NetApp integrado , que suportava os protocolos Windows SMB e UNIX NFS e tinha escalabilidade superior e facilidade de implantação. Isso deu início ao mercado de dispositivos NAS proprietários , agora liderados pela NetApp e EMC Celerra.

A partir do início dos anos 2000, uma série de startups surgiram oferecendo soluções alternativas para soluções de arquivador único na forma de NAS em cluster - Spinnaker Networks (adquirida pela NetApp em fevereiro de 2004), Exanet (adquirida pela Dell em fevereiro de 2010), Gluster (adquirida por RedHat em 2011), ONStor (adquirido pela LSI em 2009), IBRIX (adquirido pela HP ), Isilon (adquirido pela EMC - novembro de 2010), PolyServe (adquirido pela HP em 2007) e Panasas , para citar alguns.

Em 2009, os fornecedores de NAS (notadamente CTERA Networks e Netgear ) começaram a introduzir soluções de backup online integradas em seus dispositivos NAS, para recuperação de desastres online.

Em 2021, três tipos principais de soluções NAS são oferecidos (todos com modelos de nuvem híbrida onde os dados podem ser armazenados tanto no local no NAS quanto fora do local em um NAS separado ou por meio de um provedor de serviços de nuvem pública). O primeiro tipo de NAS é focado nas necessidades do consumidor com opções de custo mais baixo que normalmente suportam de 1 a 5 unidades de disco rígido hot plug. O segundo é focado em empresas de pequeno a médio porte - essas soluções NAS variam de 2 a 24 + discos rígidos e são normalmente oferecidas em formatos de torre ou rack. Os preços podem variar muito dependendo do processador, dos componentes e dos recursos gerais suportados. O último tipo é voltado para empresas ou grandes negócios e é oferecido com recursos de software mais avançados. As soluções NAS são normalmente vendidas sem discos rígidos instalados para permitir que o comprador (ou departamentos de TI) selecione o custo, tamanho e qualidade do disco rígido.

Implementação

A forma como os fabricantes fazem dispositivos NAS pode ser classificada em três tipos:

  1. NAS baseado em computador - usando um computador (nível de servidor ou um computador pessoal) com processadores normalmente da Intel ou AMD, instala o servidor de software FTP / SMB / AFP .... O consumo de energia deste tipo NAS é o maior, mas suas funções são as mais poderosas. Alguns grandes fabricantes de NAS, como Synology , QNAP e Asustor, fazem esses tipos de dispositivos. A velocidade máxima de transferência de FTP varia de acordo com a CPU do computador e a quantidade de RAM.
  2. NAS baseado em sistema integrado - usando uma arquitetura de processador baseada em ARM ou MIPS e um sistema operacional em tempo real (RTOS) ou um sistema operacional integrado para executar um servidor NAS. O consumo de energia desse tipo de NAS é justo e as funções do NAS podem atender à maioria dos requisitos do usuário final. Marvell , Oxford e Storlink fabricam chipsets para esse tipo de NAS. A taxa de transferência máxima do FTP varia de 20 MB / s a ​​120 MB / s.
  3. NAS baseado em ASIC - Provisionamento de NAS através do uso de um único chip ASIC, usando hardware para implementar TCP / IP e sistema de arquivos. Não há sistema operacional no chip, pois todas as operações relacionadas ao desempenho são feitas por circuitos de aceleração de hardware. O consumo de energia desse tipo de NAS é baixo, pois as funções são limitadas para oferecer suporte apenas a SMB e FTP. LayerWalker é o único fabricante de chipset para este tipo de NAS. A taxa de transferência máxima do FTP é de 40 MB / s.

Usos

NAS é útil para mais do que apenas armazenamento centralizado geral fornecido para computadores clientes em ambientes com grandes quantidades de dados. NAS pode permitir sistemas mais simples e de baixo custo, como balanceamento de carga e e-mail tolerante a falhas e sistemas de servidor da web, fornecendo serviços de armazenamento. O mercado emergente potencial para NAS é o mercado consumidor, onde há uma grande quantidade de dados multimídia. Esses aparelhos de mercado de consumo estão agora comumente disponíveis. Ao contrário de suas contrapartes montadas em rack , eles geralmente são embalados em formatos menores. O preço dos aparelhos NAS caiu drasticamente nos últimos anos, oferecendo armazenamento flexível baseado em rede para o mercado consumidor doméstico por pouco mais do que o custo de um disco rígido externo USB ou FireWire normal . Muitos desses dispositivos de consumo doméstico são construídos em torno de processadores ARM , x86 ou MIPS executando um sistema operacional Linux integrado .

Exemplos

Implementações de servidor de código aberto

Estão disponíveis distribuições orientadas a NAS de código aberto do Linux e FreeBSD . Eles são projetados para serem fáceis de configurar em um hardware de PC comum e normalmente são configurados usando um navegador da web.

Eles podem ser executados a partir de uma máquina virtual , Live CD , unidade flash USB inicializável ( Live USB ) ou de um dos discos rígidos montados. Eles executam Samba (um daemon SMB ), daemon NFS e daemons FTP que estão disponíveis gratuitamente para esses sistemas operacionais.

Esses tipos de sistemas incluem algumas distribuições NAS conhecidas, como FreeNAS ou OpenMediaVault ou implementações de usuário .

Discos seguros conectados à rede

Network-Attached Secure Disks (NASD) é um projeto de pesquisa de 1997–2001 da Carnegie Mellon University , com o objetivo de fornecer largura de banda de armazenamento escalável e econômica . NASD reduz a sobrecarga no servidor de arquivos (gerenciador de arquivos), permitindo que os dispositivos de armazenamento transfiram dados diretamente para os clientes . A maior parte do trabalho do gerenciador de arquivos é transferida para o disco de armazenamento sem integrar a política do sistema de arquivos ao disco. A maioria das operações de cliente, como Leitura / Gravação, vão diretamente para os discos; operações menos frequentes, como autenticação, vão para o gerenciador de arquivos. Os discos transferem objetos de comprimento variável em vez de blocos de tamanho fixo para clientes. O Gerenciador de Arquivos fornece um recurso de armazenamento em cache com limite de tempo para que os clientes acessem os objetos de armazenamento. Um acesso de arquivo do cliente aos discos tem a seguinte sequência:

  1. O cliente se autentica com o gerenciador de arquivos e solicita o acesso ao arquivo.
  2. Se o cliente puder ter acesso ao arquivo solicitado, ele receberá o local de rede dos discos NASD e sua capacidade.
  3. Se o cliente estiver acessando o disco pela primeira vez, ele receberá uma chave de tempo limitado para o estabelecimento de comunicação segura com o disco.
  4. O gerenciador de arquivos informa o disco correspondente por meio de um canal independente.
  5. A partir de agora, o cliente acessa diretamente os discos NASD dando a capacidade que recebeu e outras transferências de dados passam pela rede, ignorando o gerenciador de arquivos.

Lista de protocolos de rede usados ​​para servir NAS

NAS agrupado

Artigo principal: Sistema de arquivos em cluster

Um NAS em cluster é um NAS que está usando um sistema de arquivos distribuído em execução simultaneamente em vários servidores. A principal diferença entre um NAS em cluster e um NAS tradicional é a capacidade de distribuir (por exemplo, stripe) dados e metadados entre os nós do cluster ou dispositivos de armazenamento. O NAS em cluster, como um tradicional, ainda fornece acesso unificado aos arquivos de qualquer um dos nós do cluster, sem relação com a localização real dos dados.

Veja também

Notas

Referências

Leitura adicional