Файл: Анализ Сравнительный аспособов и устройств хранения информации.pdf

Любая технология, разработанная человечеством для совершенствования его среды обитания, рано или поздно начинает приобретать черты, свойственные своему окружению. Многогранность мира не позволяет ей оставаться застывшей формой, заставляет видоизменяться, приспосабливаться к тем условиям, в которые эта технология попадает. Так появляются виды и подвиды технологии, среди которых идет борьба за существование — не менее жестокая, чем в мире живой природы. И именно благодаря этой борьбе технология эволюционирует.

ЭВМ с дисковой подсистемой, приспособлены для сохранения объема данных. Называются они NAS (network attached storage) - это сетевая архитектура, при которой автономная система хранения данных подключается к сети.

NAS-серверы были разработаны в качестве альтернативы универсальным серверам, выполняющие множество различных функций (от обеспечения работы приложений с данными до обеспечения печати и работы с электронной почтой). При традиционной схеме прямого подключения систем хранения данных, (DAS) универсальный сервер перегружен функциями файл-сервера (функциями работы с файлами). NAS-серверы снимают эту нагрузку с универсального сервера, что повышает его производительность при работе с приложениями. Они отвечают за организацию совместного доступа к данным (хранящимся в NAS-серверах в виде файлов) различных приложений, исполняемых на разнородных серверных платформах в ЛВС, и управляют передачей данных между подключенными к ним (по топологии "точка-точка") устройствами хранения и узлами ЛВС.

Основное конструктивное отличие NAS-серверов от универсальных серверов состоит в том, что в NAS-серверах есть только те компоненты, которые необходимы для их функционирования. Характерной особенностью NAS-серверов является их независимость от ОС и работа под управлением ОС, оптимизированных для работы с файлами в сетевом окружении. Многие современные NAS-серверы работают со встроенными ОС MS Windows, Unix, Linux или собственной ОС от производителя. Взаимодействие NAS-сервера с ЛВС осуществляется через стандартные сетевые протоколы.

В настоящее время на мировом рынке сформировалась следующая классификация NAS-серверов:

- NAS-серверы начального уровня;

- NAS-серверы уровня рабочей группы;

- NAS-серверы уровня предприятия;

- NAS-системы на базе дисковых массивов FibreChannel.

Модели разных уровней отличаются друг от друга многими показателями: ёмкостью, производительностью, размерами, масштабируемостью. Технология NAS постоянно развивается и совершенствуется.

Основными мировыми производителями NAS-серверов являются компании IOmega, IBM, NetworkAppliance, EMC, Dell, Hewlett Packard, Snap Appliance, NEC, Sony, Raidtec и ряд других фирм.

1 Аналитическая часть

1.1 NAS: история появления и стандарты

NAS-системы созданы в соответствии с концепцией выделенного файл-сервера. Их появлению способствовала разработка компанией Sun Microsystems в начале 90-х гг. сетевой файловой системы NFS (Network File System) для ОС Unix, с помощью которой клиентские компьютеры в ЛВС могли работать с файлами на удалённом сервере. Похожая сетевая файловая система CIFS (CommonInternetFileSystem) была позднее создана и компанией Microsoft для ОС MS Windows. Технологии повышения надежности хранения сетевых ресурсов развивались параллельно с развитием файловых серверов. Как и в большинстве высоконадежных систем в файловых серверах решением проблемы стало дублирование данных, хранящихся на одном дисковом накопителе, на множество других. Эта технология получила название RAID — Redundant Array of In expensive Disks (избыточный массив недорогих дисков).

Стандарты RAID, которые представлены на рисунке 1 были разработаны в 1987 году в университете Беркли (Калифорния) и в настоящее время являются стандартом де-факто. Ранней альтернативой RAID была технология JBOD (JustBunchofDisks) — просто набор дисков. Она объединяет пространство всех подключенных дисковых накопителей в единый логический том.

Рисунок 1 – Уровни RAID массива.

Разные уровни RAID ,обеспечивают высокую надежность хранения данных и высокую производительность при доступе к ним.

Протоколы, поддерживающие файловый сервер:

CIFS/SMB(Common Internet File System/Server Message Block) — семейство протоколов прикладного уровня для обмена файлами и удаленной печати в сетях Windows;
AFP (Apple Filing Protocol)— прикладной протокол файлового обмена компьютеров под управлением Mac OS/Mac OS X;
Bonjour - Протокол от компании Apple для автоматического обнаружения компьютеров, подключенных к локальной сети;
NFS (Network File System) — протокол сетевого доступа к удаленным файловым системам;
UPnP (Universal Plug-n-Play) — семейство протоколов для автоматического подключения к сети и конфигурирования компьютеров и интеллектуальных устройств;
DLNA (DigitalLivingNetworkAlliance) — семейство протоколов обмена медиаконтентом между компьютерами и различной бытовой электроникой.

1.2 Архитектура NAS

NAS — это высокопроизводительный файловый сервер, обеспечивающий надежное хранение данных с помощью технологии RAID и поддерживающий большой набор сетевых протоколов файлового обмена. Единственным отличием NAS от файловых серверов является его ориентация на использование дома или в небольших офисах.

Типовой NAS имеет архитектуру файлового сервера, но адаптированную под особенности его домашнего применения.

Внутри NAS находится:

материнская плата с центральным процессором, оперативной памятью и контроллерами сетевых интерфейсов представлена на рисунке 2;
RAID-контроллер, обеспечивающий подключение минимум двух дисковых накопителей по одному или нескольким RAID-стандартам;
операционную систему, специализированную для обработки запросов на удаленные файловые операции;
набор программ, расширяющих функциональность NAS.

Рисунок 2 - Материнская плата NAS-системы.

Пользователь получает доступ к функциям операционной системы хранилища по сети, с помощью веб-интерфейса. Охладить массив из нескольких жестких дисков, задача нетривиальная. В большинстве NAS вниманию, уделяется снижение шума от системы охлаждения и RAID-массива. Для этого используют кулеры большого диаметра, работающие на малых оборотах, и систему понижения вибрации жестких дисков.

Специализация NAS на выполнение файловых операций позволила разработчикам использовать в качестве вычислительного ядра маломощные процессоры. В современных NAS используются процессоры на ARM-архитектуре, или процессоры типа Intel Atom, либо x86-совместимые на базе маломощных процессоров EP80579 и AMD Geode, предназначенные для встраиваемых систем.

Оперативная память NAS ограничивается 1 гигабайтом. Этого достаточно для работы операционной системы и кэширования дисковых операций. Бюджетные варианты NAS имеют объем 128 мегабайт. В комплекте бюджетных вариантов NAS, нет жестких дисков. В бюджетном NAS устанавливается всего 2 жестких дисков (иначе RAID-массив не организовать). Вариации посильнее имеют пять и более отсеков, и при этом допускается возможность «горячей» замены дисков без перезагрузки операционной системы или отключения питания. NAS-система имеет минимум один Ethernet-разъем, обеспечивающий подключение к 100-мегибитной,или гигабитной локальной сети. Для расширения возможностей хранилища в NAS устанавливают интерфейсы eSATA, позволяющие подключать внешние жесткие диски, допуская их горячую замену.

Управление процессами доступа к дискам, объединенным в RAID-массив, представления хранилища в виде папок и файлов, процессами обработки запросов на работу с файлами, массу сервисных и дополнительных функций выполняет операционная система.

В качестве основы операционной системы используется вариант Linux — системы. Фаворитами в построении операционных систем для NAS-систем являются компании Synology с ее системой Disk Station Manager, представлена на рисунке 3.И QNAP с операционной системой Turbo NAS представлена на рисунке 4.

Рисунок 3 - Интерфейс операционной системы Synology Disk Station Manager.

Рисунок 4 - Интерфейс Операционной системы Turbo NAS.

В основе этих систем лежит ядро Linux, управляющее RAID-массивами дисков, отформатированных файловыми системами EXT3/EXT4, NTFS или FAT32. Пользовательский интерфейс этих систем основан на веб-технологиях и позволяет подключаться с помощью браузера.

Существуют коммерческие организации, занятые производством исключительно операционных систем для NAS. К наиболее известным из них стоит отнести OpenNAS, предлагающую операционную систему DSS (Data Storage Software), но она платная. В мире opensource существует несколько проектов, позволяющих создать полноценный NAS. Самым известным из них является FreeNAS, созданный на основе дистрибутива Free BSD.

1.3 Преимущества применения технологии NAS

Технология NAS обладает массой преимуществ по сравнению с традиционной технологией DAS.

Первое преимущество - это консолидация ресурсов внешней памяти и их эффективное использование. Технология NAS позволяет консолидировать и гибко распределять (перераспределять) ресурсы дисковой системы и устройств резервного копирования, добавляя ресурсы туда, где они необходимы (с обеспечением ограничения доступа и защиты информации). Появляются возможности объединения дисковых систем и систем резервного копирования (архивирования) на уровне предприятия или рабочей группы, эффективного использования серверов и систем хранения за счёт централизации управления объединёнными ресурсами (удалённого). За счёт этого сокращаются и непроизводительные затраты на установку и эксплуатацию локальных решений. Общий объём доступной информации может достигать многих терабайт. К самому NAS-серверу можно подключить несколько дополнительных устройств хранения данных. Данные с NAS-сервера можно скопировать на магнитную ленту стримера, подключенного к NAS (поддерживаются все основные программы резервного копирования).

На NAS-сервере могут быть сконфигурированы одна или несколько файловых систем, для каждой из которых существует набор томов на диске. Это обеспечивает более эффективное (по сравнению с DAS) использование ресурсов внешней памяти.

Второе преимущество - совместный доступ к данным в гетерогенной среде. C помощью технологии NAS реализуется совместный доступ к данным с множества платформ, работающих под управлением различных ОС. В NAS-серверы встроена возможность работы в гетерогенной среде (Windows, Linux, Unix, NetWare и MacOS).

Третье преимущество - это высокая производительность работы NAS-серверов. В них применяется специализированная ОС, оптимизированная для обработки и передачи данных, это обеспечивает высокую производительность и надёжность их работы.

Четвёртое преимущество - это снижение нагрузки сервера приложений при подключении NAS-сервера к сегменту корпоративной сети. NAS-серверы позволяют снизить нагрузку сервера приложений при их подключении к сегменту корпоративной сети рабочей группы, для которого характерна интенсивная работа с данными.

Пятое преимущество - это возможность доступа к данным NAS-сервера при отключенном (или отказавшем) основном сервере.

Шестое преимущество - это простота установки. NAS-серверы быстро и легко устанавливаются в существующие корпоративные сети, их инсталляция и настройка не требуют высокой квалификации обслуживающего персонала (для запуска NAS-сервера достаточно подключить его к ЛВС, подать питание, установить сетевой адрес и назначить права доступа).

Седьмое преимущество - это простота эксплуатации. NAS-серверами легко управлять и обслуживать их. При этом, администрирование и управление NAS-серверами осуществляется с любого из клиентских рабочих мест ЛВС или с помощью стандартного Web-браузера через Интернет. Обслуживать NAS-сервер может как системный администратор, так и подготовленный пользователь (и в удалённом режиме).

Восьмое преимущество - это экономичность. У NAS-серверов невысокая совокупная стоимость владения, а их цена не зависит от количества подключенных к ним пользователей .

1.4 Недостатки технологии NAS

Первым недостатком является низкая степень масштабируемости NAS-серверов. Архитектура NAS предполагает необходимость наличия верхнего узла NAS и связанного с ним массива хранения данных. Если ёмкости массива будет недостаточно, то придётся добавлять новую вершину NAS.В моделях начального уровня NAS не предусмотрена возможность подключения внешних дисковых систем хранения. Из нескольких NAS-серверов нельзя создать единый пул ресурсов хранения, и поэтому увеличение числа NAS-узлов в ЛВС усложнит задачи управления в ней. В последнее время на мировом рынке появился ряд программных средств для объединения нескольких NAS-серверов в общее виртуальное хранилище (что позволяет решать проблему их масштабирования).