`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Слуга всех господ

Статья опубликована в №48 (616) от 18 декабря

+33
голоса

Сетевые устройства хранения данных класса NAS можно смело называть «чернорабочими» современных сетей – они не блещут производительностью, не выполняют парадных приложений, на их долю выпадают самые рутинные и второстепенные процедуры жизнеобеспечения сети. Зато их клиентами является вся сеть, а не ее избранные представители. Их работа состоит из множества повседневных операций, которые не замечаешь, как и привычный комфорт – пока он есть. Ценить коммунальные сетевые службы начинаешь, только когда потеряешь этот комфорт, вместе с важными данными.

Место NAS в структуре предприятия

Рассматриваемые нами NAS-серверы произошли от файловых. Службы управления файлами не требуют полноценной сетевой ОС, зато чувствительны к доступности информации. Со временем последние трансформировались в специализированные сетевые устройства с дисками большого объема для хранения данных клиентов сети с необходимым уровнем качества. Их основной задачей стали поддержка приложений, работающих с файловыми протоколами, и обеспечение средств защиты общих данных. Потребности компаний росли, с ними росли объемы важной и второстепенной сетевой информации, которой требовалось дисковое пространство. Задачу экономного управления этим многодисковым многопользовательским хозяйством возложили на серверы NAS.

Применение специализированных устройств NAS в информационной системе предприятия позволяет:

  • обеспечить высокий уровень безопасности хранения информации и доступа к данным;
  • сократить затраты на хранение клиентских данных за счет централизации информации, разграничения прав доступа и введения квот;
  • оптимизировать расходы на расширение дискового пространства, управление им и создание резервных копий;
  • существенно упростить классификацию информации по ее важности, сократив время поиска необходимой информации в разы;
  • без использования внешних надстроек управлять ресурсами хранения с удаленных узлов с использованием веб-интерфейса;

Работа NAS-сервера состоит из набора служебных операций над данными и их носителями. Часть служб отвечает за «самосохранение» сервера, часть – за управление им, остальные обеспечивают пользовательские сервисы, доступные клиентам сети в соответствии с их правами и квотами. Рассмотрим службы по группам: аппаратные ресурсы обеспечения отказоустойчивости и производительности; ресурсы управления настройками и работой сервера; пользовательские сервисы.

Аппаратные ресурсы

NAS, по-сути, является устройством, построенным на стандартной серверной компонентной базе, и в нем могут быть реализованы все типовые механизмы обеспечения производительности и отказоустойчивости. Коль скоро NAS-системы не обслуживают критичных приложений, надежность хранения здесь достигается разумным уровнем дублирования компонентов с использованием интеллектуальных алгоритмов восстановления информации и защиты от сбоев. Жесткие диски NAS-серверов объединяются в RAID-массивы, обслуживаемые аппаратными RAID-контроллерами, где есть собственный процессор, логика и объемный кэш-буфер. В отличие от серверов баз данных файловые операции не так чувствительны к задержкам доступа к поверхности дисков и скорости перехода между блоками данных. Поэтому стандартно в NAS применяются SATA-накопители, менее скоростные, чем SAS, но куда более емкие и дешевые. С точки зрения надежности и быстродействия критичен как раз выбор RAID-контроллера с его диапазоном поддерживаемых уровней RAID и функций скорейшего восстановления работоспособности (например, hot spare – см. Словарь NAS). Комплектация контроллера аккумуляторной батареей позволяет сохранять данные в кэш-памяти в случае перебоев энергоснабжения, а возможное при этом включение кэширования операций записи дает серьезный прирост производительности. Качественные контроллеры отличает корректная драйверная поддержка со стороны ОС.

Большинство NAS оснащается избыточной системой питания, применяется также производительное охлаждение с дублированными элементами. Горячее резервирование жестких дисков, блоков питания и вентиляторов позволяет произвести замену отказавших запчастей без остановки сервера, а эффективные алгоритмы восстановления RAID-массива после сбоя диска – минимизировать время работы массива в деградированном состоянии.

В сетевом дисковом массиве обязательно наличие как минимум двух сетевых адаптеров GbE, способных работать в режиме агрегации каналов (link aggregation, trunking), когда несколько физических каналов объединяются в один логический. При этом увеличивается не только пропускная способность отрезка сети между коммутатором и дисковым массивом пропорционально суммарным возможностям сетевых адаптеров, но и надежность. В случае отказа какого-либо адаптера трафик перенаправляется на следующий работающий без прерывания сервиса. Поддержка сетевыми адаптерами технологии укрупненной пакетной передачи данных Jumbo frame позволяет существенно повысить их пропускную способность и снизить загрузку центрального процессора.

С удешевлением оборудования 10 Gb Ethernet в NAS-системы все чаще устанавливают специализированные сетевые адаптеры с поддержкой функции TCP Offload Engine (TOE). Суть технологии сводится к обработке команд стека TCP не средствами центрального процессора, а непосредственно сетевым адаптером. Применение последних расширяет возможности сетевых массивов с использованием протокола iSCSI в составе кластера серверов или сети хранения данных IP SAN.

SATA и RAID: некоторые нюансы

Жесткие диски отказоустойчивых систем хранения данных всегда объединяются в RAID-массив. В приложениях, критичных к производительности и времени наработки на отказ, используют накопители стандартов FC, SAS, SCSI. Для решений с другими приоритетами – как, например, NAS – подходят диски SATA, но не все.

Выпускаются специальные серии для RAID, и маркируются они иначе, чем продукты для обычных ПК. К примеру, у Seagate – это индекс NS (Network Storage), у Western Digital – RE (RAID Edition) и т. д. Их цена на 20–30% выше аналогичных по емкости десктопных моделей тех же вендоров.

Конструктивно это одни и те же накопители, зато с точки зрения электроники и прошивок (firmware) – принципиально разные. Основное отличие состоит в механизме отклика на запросы контроллера при ошибках диска. В случае десктопного HDD силами контроллера и самого накопителя будут предприняты попытки переноса информации сбойного участка на резервное рабочее место. При неудаче, по тайм-ауту (а это секунды), HDD перестает существовать для контроллера, массив переводится в деградированное состояние и начинается многочасовой процесс восстановления. Разумеется, в ущерб выполнению основных задач. Иное дело с RAID-сериями. Их прошивки подразумевают, что диск работает в составе массива и ни при каких обстоятельствах не может быть потерян контроллером. Процесс восстановления проходит с участием резервов поверхности сбойного диска, с переадресацией контрольных сумм и данных остальных накопителей массива.

Еще одна особенность дисков RAID-серий – возможность отключения кэширования на запись. Это делается для сохранности данных при отключении питания. За неоконченные транзакции в таком случае отвечают RAID-контроллер и его кэш-память. Включение кэширования записи на контроллере увеличивает быстродействие дисковых операций, но безопасной такая работа будет только при наличии у него аккумуляторной батареи резервного питания (Battery Backup Unit, BBU).

Диски RAID-серий проходят у вендоров обязательную калибровку (выравнивание характеристик) и, как правило, снабжаются специализированными прошивками, позволяющими добиваться прироста быстродействия в проверенных конфигурациях. Например, Hitachi использует технологию RVS (Rotational Vibration Safeguard) для борьбы с ошибками позиционирования головок под влиянием вибрации соседних дисков. По утверждению компании, это дает увеличение производительности массивов до 37%.

Управление сервером

NAS-системы администрируются на уровне ОС, специализированного ПО и веб-интерфейса. Управляя конфигурацией RAID-массива, добиваются гибкого разбиения доступного пространства (multiple RAID selection, array roaming, online RAID level/stripe size migration, online RAID capacity expansion), проводят профилактические и восстановительные процедуры (background initialization, drive insertion, hotspare), в кратчайшие сроки изолируя сбои и восстанавливая штатное быстродействие, уровень доступности и резервирования данных. Создание виртуальных дисков поверх группы физических (Disk group, Virtual disk, Redundant Storage Set) дает возможность оптимизировать быстродействие массива, снизить вероятность критических сбоев в работе и риск потери информации, существенно упрощает управление и доступность данных в целом.

Использование средств удаленного управления NAS позволяет администратору дистанционно, через веб-интерфейс включать/выключать сервер, отслеживать загрузку BIOS и ОС, перезагружать NAS с сохранением уже установленной связи, тем самым непрерывно контролируя работу. Инструменты удаленного управления значительно упрощают первоначальную настройку и восстановление функциональности, одновременно снижая совокупные затраты на сопровождение и администрирование. Системный администратор посчитает ценными такие функции, как оповещение об угрозах работоспособности и изменении настроек оборудования и ПО, журнал событий, возможность установки и обновления ПО без непосредственного подключения к серверу. Системы удаленного управления NAS в минимальном наборе поддерживают функцию Serial over LAN, предоставляют интерфейс командной строки и защищенное соединение. В более развитых системах встречаются поддержка полноценного KVM-over-IP, протоколов IPMI 2.0 (Intelligent Platform Management Interface), SMASH CLP, система управления WS-Management, реализован встроенный веб-сервер со страницами диагностики и управления, есть многоязыковые интерфейсы.

Пользовательские сервисы

Вообще говоря, будет не совсем верно назвать пользовательскими большинство сервисов систем NAS. Регулярные процедуры в сети отрабатываются службами, ответственными за сохранность информации, вовсе не по желанию клиентов, а скорее для предупреждения угроз потери данных, умышленно или по неосторожности.

К сервисам NAS в первую очередь необходимо отнести подсистемы обеспечения сохранности данных. Это может быть локальная (snapshot, snapclone, mirrorclone) либо удаленная репликации (однонаправленная или двунаправленная, синхронный и асинхронный режимы) – создание образа исходных данных на другой системе/узле через локальную сеть.

Важной особенностью NAS является способность поддерживать разнородные подключения (heterogeneous connect). В NAS реализована поддержка различных сетевых клиентов (Windows, Linux, UNIX, Mac OS, Terminal station) с помощью стандартизированных файловых протоколов обмена (SMB/GIFS, NFS, FTP, Secure FTP, Apple Talk, HTTP). Наряду со способностью обеспечивать, в том числе в режиме кластеризации, «единую точку входа» (SIS) доступа к данным для всех пользователей сети, такая универсальность NAS позволяет предоставить прозрачный, независимый от платформы, гарантированный доступ к коммерческим данным организации. При этом всегда следует обращать внимание на то, как в управляющем ПО реализована интеграция с Active Directory.

С целью более эффективного использования дискового пространства в NAS реализованы такие важные функции, как фильтрация содержания (content filtering) и квотирование (quota management). Первая из них позволяет разграничить доступ к массиву на запись и чтение по типам файлов. Администраторы же имеют возможность четко определить, какие типы файлов в каких разделах и на каких устройствах будут храниться. К примеру, можно ограничивать типы файлов, к которым обеспечивается совместный доступ, лишь форматами офисных пакетов и исключить хранение MРЗ и AVI. Квотирование позволяет ввести ограничение на объем информации, хранящейся на томе или в области данных, как для клиентов, так и для тома в целом. Квотирование дисциплинирует пользователей и предохраняет том от исчерпания дискового пространства.

Словарь NAS

  • Background initialization – немедленная доступность дисков и их фоновая инициализация.
  • Clustering (кластеризация) – масштабирование по количеству устройств, работающих параллельно. Применяется для обеспечения безопасности хранения данных, в некоторых случаях – для распределения нагрузки между узлами кластера.
  • Content filtering (фильтрация содержания) – разграничение доступа пользователей по типам файлов. Позволяет администраторам ограничивать виды данных, к которым обеспечивается совместный доступ, например запрещать работу с MР3-файлами.
  • Date Replication (репликация данных) – создание образа исходных данных, в том числе на другой системе/узле.
  • Disk group – группа физических дисков, на которых в дальнейшем создаются виртуальные.
  • Drive insertion/removal detection and rebuilding – автоматическое определение удаления и вставки диска, запуск процедуры восстановления.
  • Heterogeneous connect (разнородное подключение) – поддержка клиентов различных ОС.
  • Hotspare – автоматическое и прозрачное восстановление массива с использованием «горячего» резерва.
  • iSCSI – протокол для обменов в сетях хранения данных, инкапсулирует команды SCSI в пакеты IP для пересылки по традиционной TCP/IP-сети.
  • Jumbo frames – увеличенные по сравнению со стандартным размером (1518 байтов) пакеты Ethernet (могут нести до 9108 байтов полезной нагрузки). При этом служебный заголовок пакета остается тем же, затраты ресурсов процессора на обработку пакетов снижаются, а пропускная способность сети с поддержкой jumbo frames растет.
  • Link aggregation (trunking) – объединение нескольких физических портов/каналов Ethernet в один логический для увеличения суммарной пропускной способности и повышения отказоустойчивости соединения.
  • Mirrorclone – непрерывное копирование разделов.
  • Multiple RAID selection – создание нескольких RAID-массивов на одном наборе дисков.
  • Network Clients (сетевые клиенты) – компьютеры в сети со своей ОС (Windows, Linux, UNIX, Mac OS, Terminal).
  • Network Protocol (сетевые протоколы) – файловые протоколы обмена с NAS: SMB/GIFS, NFS, FTP, Secure FTP, Apple Talk.
  • Online RAID capacity expansion and RAID level migration – расширение RAID добавлением новых дисков для увеличения емкости массива и одновременной смены уровня RAID.
  • Online RAID level/stripe size migration – изменение уровня RAID и его свойств: размера полосы данных (stripe size), алгоритма работы с кэш-памятью.
  • Redundant Storage Set – подгруппы дисков внутри группы для изоляции сбоев.
  • ShadowCopy – «теневое» создание копии данных, не ощутимое для пользователей.
  • Single-instance Storage (SIS) – технология экономии места на дисках, исключает резервное копирование дублирующей информации на общих томах.
  • Snapclone – создание мгновенных физических копий разделов.
  • Snapshot – создание мгновенных снимков разделов: allocated-on-demand (локальные по запросу), fully-allocated (общий по таймеру).
  • Quota management (квотирование) – ограничение на размер области данных, предохраняющее от исчерпания дискового пространства.
  • Virtual disk – логические диски, созданные на пространстве дисковой группы.

Баланс интересов

Дисковые массивы NAS, как и любые специализированные системы, имеют сферу предпочтительного применения, в которой соблюдается баланс интересов функциональности и цены. Рассмотрим это с точки зрения достижения общих целей организации.

Производительность. В наибольшей степени для NAS она ограничивается внешними интерфейсами и типами протоколов. Соединения 1...10 GbE, даже с агрегацией каналов, сталкиваются с технологическим ограничением по обработке пакетов TCP. Длина пакета 1518 или до 9018 байтов в режиме Jumbo Frame. При этом необходимо обработать каждый из них. Учитывая такие накладные расходы, NAS c iSCSI, пусть и с аппаратным ускорителем стека TCP, только до некоторого предела могут конкурировать с FC SAN, но с ростом нагрузки затраты на решение на Fiber Channel будут меньше, а производительность – выше. В случае использования NAS c iSCSI есть возможность подключения почтового сервера Exchange или базы данных небольшой организации, но в нагруженных корпоративных решениях альтернативой FC SAN они пока не являются. В то же время NAS на сходной аппаратной платформе будет заведомо быстрее (на 15–20%) обычного сервера с неспециализированной ОС.

Функциональность. С этой точки зрения устройства NAS иначе как уникальными назвать сложно. Они работают в гетерогенных средах, практически на любом сетевом протоколе, легко интегрируются в любую IT-среду и способны обеспечивать как файловый, так и блочный доступ (при добавлении функций iSCSI) к дисковому пространству. Их можно объединять в отказоустойчивый кластер и обеспечивать единую точку доступа к данным для всех потребителей. Поддерживаются квоты, разграничение прав доступа и ограничения на контент. Администраторы получают информацию о нарушениях и об исчерпании дискового пространства. При этом конечному пользователю предоставляются такие высокоуровневые сервисы, как доступ к snapshot-копиям, интеграция с Windows Active Directory, поддержка SharePoint Services для совместной работы с документами, сервис печати, работа UPS, антивирусная защита.

Управляемость. В NAS управляемость реализуется на нескольких уровнях. На аппаратном специализированная плата удаленного управления контролирует параметры системы, частоту вращения вентиляторов и температуру в различных блоках, процессы запуска и перезапуска, обеспечивает функции KVM-over-IP и веб-интерфейс. На следующем уровне находятся средства объединения с внешней IT-средой, зависящие от операционной системы – интеграция с AD, права доступа, квоты, Print Management Console и расширенная консоль управления ММС. На еще более высоком уровне – средства управления системой, доступом, квотами и контентом через интерфейс встроенного веб-сервера, генерация отчетов об использовании ресурсов дискового массива. Такая иерархия позволяет четко распределить обязанности между различными группами администраторов и оптимизировать инструменты управления.

Надежность и время простоя. NAS имеет средства локальной (Snapshot, Snapclone, Mirrorclone, ShadowCopy) и глобальной (Clustering, Mirrorclone, ShadowCopy) репликации, построен с использованием дублирующих устройств в критичных к отказам подсистемах. Надежность хранения в IT-инфраструктуре с применением NAS существенно выше, чем в случае обычных файл-серверов и присоединенных массивов DAS, а допустимое время простоя сравнимо с показателями сетей SAN.

Безопасность, консолидация данных. Безопасность хранения данных непосредственно связана с их консолидацией и виртуализацией. Централизованные коммерческие данные проще в обслуживании и контроле доступа. Это касается не только корпоративных БД, почтовых систем и файлов, но и архивов систем видеонаблюдения и разграничения доступа. С использованием специализированных ОС серверы NAS менее подвержены сетевым атакам, а различные антивирусные пакеты позволяют организовать полный контроль всех файловых операций.

Ввод устройств NAS в инфраструктуру предприятий – важный шаг в изменении аппаратно-ориентированного подхода построения IT-сред на сервис-ориентированный. Пользователя не должно интересовать, где и как хранится информация и что скрыто за гарантированным, быстрым, не зависящим от устройства доступом к данным. Для их владельца становится все равно, где физически они находятся – в серверной комнате собственного здания, в ЦОД провайдера или вообще в другой стране. Применение TCP/IP дает широкие возможности для обеспечения сохранности данных и защиты от их изъятия вместе с устройством в результате рейдерской атаки. Для администратора – это полная свобода в выборе инструментов, высокая надежность, информативность средств управления и контроля при одновременном снижении затрат на сопровождение.

Группы служб NAS
Задача Сервис Механизм реализации
Восстановление данных из старых копий файлов Windows Snapshot Пользователь сам, без обращения к администратору, восстанавливает удаленные файлы или получает доступ к предыдущим, «затертым» версиям файла
Multi-Snapshot Администратор получает доступ к целому ряду мгновенных снимков (4–256), сделанных подряд
Создание резервных копий данных Snapshot, Snapclone, Mirrorclone, ShadowCopy, clustering Через локальную сеть создается образ исходных данных на другом томе, другой системе/узле
Обслуживание клиентов различных ОС Разнородное подключение (heterogeneous connect) В ПО NAS-серверов включают поддержку стандартизированных файловых протоколов различных сетевых клиентов
Масштабирование безопасности хранения данных Кластеризация Распараллеливание информации на два и более дисковых массива обеспечивает непрерывный доступ к данным в случае выхода из строя одного из массивов
Разграничение доступа пользователей по типам файлов Фильтрация содержания Администратор вводит для различных групп пользователей ограничения по типам файлов совместного доступа
Разграничение доступа пользователей по объему хранимой информации Квотирование Ограничение на объем данных, хранящихся на томе или в области данных, предохраняющее от переполнения дискового объема
Управление через Веб Веб-интерфейс мониторинга и управления массивом Доступ к основным параметрам из любого веб-браузера, администрирование массива, получение отчетности
Интеграция в IT-инфраструктуру AD, MMC, PMC Используются единые для всей сети, ОС-зависимые средства интеграции
Дистанционное управление аппаратными ресурсами сервера Инструменты удаленного управления Включение сервера, контроль параметров, изменение настроек сервера и обновление ПО через веб-интерфейс
Автоматизация операций с жесткими дисками в массиве Background initialization, Drive insertion /removal detection and rebuilding Автоматическое определение вышедших из строя дисков, отключение, переподключение вновь установленных
Модификация дискового массива Online RAID capacity expansion, RAID level migration, Multiple RAID selection, Online RAID level/stripe size migration Реконфигурируя массив, можно изменить его тип, объем, объем томов
Расширение полосы пропускания данных в сети Link aggregation, Jumbo frames Надежность и пропускная способность отрезка сети между коммутатором и массивом увеличиваются за счет агрегации каналов и использования больших пакетов
Cохранность данных на дисках RAID-массив накопителей RAID-контроллер обеспечивает размещение и восстановление данных на дисках массива в соответствии с выбранным уровнем RAID
Доступность данных Обеспечение отказоустойчивости оборудования Диски объединяются в RAID-массив, сетевые порты агрегируются, дублируются источники питания и элементы охлаждения
Красным – аппаратные ресурсы; желтым – ресурсы управления; зеленым – пользовательские сервисы.
+33
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

Это всё, конечно, хорошо и популярно.
Интереснее было бы увидеть как раз не "NAS vs DAS", а сравнение "NAS vs SAN". Где и когда целесобразнее применять одно и второе.

Например, как сделать геокластер серверов приложений с использованием SAN - я знаю. Причём, файловые системы, с точки зрения сервера, монтируются непосредственно, а уже SAN занимается виртуализацией и синхронизацией данных.
А как это сделать с NAS? Поднимать аналоги VRRP? :)))
Разве что, в голову приходит iSCSI. Можно, конечно, ответить: "Идите, копайте интернет - там всё есть" - так ведь и содержимое этой статьи тоже в том или ином виде в интернете есть..

Полезно было бы в статье также отразить комбинацию NAS+iSCSI vs SAN, и сравнить их по криериям стоимости/надёжности/масштабируемости/производительности.

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT