NAS - подключаемая к сети

Андрей Борзенко

Последние годы мир информационных технологий стоит перед проблемой лавинообразного роста объемов хранимой информации и, следовательно, числа и мощности файловых серверов. Одной из важнейших современных тенденций развития корпоративных распределенных сетей является увеличение количества внутрисерверных и автономных внешних устройств хранения данных. Соответственно этому растет и потребность в надежных и высокоскоростных устройствах хранения информации. В нашем мире быстро развивающейся технологии системы хранения информации должны быть универсальными, позволяющими легко заменять, развивать или добавлять и устройства хранения, и серверы. При этом необходимо иметь в виду, что в настоящее время в корпоративных сетях нередко соседствуют серверы и рабочие станции на различных операционных системах и даже аппаратных платформах.

Дисковый массив
HP SureStore HD Server 4000

Несмотря на то что современные дисковые массивы RAID, магнитооптические библиотеки и т. п. обладают гигантской емкостью, ее тем не менее требуется все больше в связи с появлением таких новых приложений, как электронная коммерция, цифровая обработка изображений, добыча данных и многие другие. Но главную проблему составляют даже не темпы роста объемов хранимой информации, а обеспечение ее доступности для множества клиентов.

Для решения этой проблемы была предложена технология сетевой присоединяемой памяти NAS (Network Attached Storage), которая предусматривает подключение накопителей информации непосредственно к компьютерной сети (неважно - локальной или распределенной, лишь бы в ней использовалась технология Ethernet и протокол TCP/IP). Причем располагаться они должны именно у потребителей информации, так как это позволит одновременно снизить нагрузку сети, характерную для систем централизованного хранения. По этой технологии, кроме внешних RAID-массивов к сети могут подключаться устройства резервного копирования коллективного пользования: ленточные библиотеки (включая RAIT), стримеры, Zip- и Jaz-накопители, библиотеки оптических дисков (Jukebox), что особенно важно для организаций, использующих CD-ROM как источники рабочей информации. Более того, при поддержке протокола HTTP NAS может служить в качестве Web-сервера. Администрировать подобные системы можно из любой точки сети (например, из центрального офиса большой фирмы), нужно лишь иметь соответствующие полномочия. Подобные устройства должны обеспечивать сетевой экспорт каталогов по стандартным протоколам, задание прав доступа и иметь производительность, соответствующую пропускной способности сети.

По прогнозу IDC, доходы на рынке сетевой присоединяемой памяти к 2003 г. должны вырасти до 6,57 млрд. долл. (с ежегодным приростом почти в 60%). По мнению аналитиков этой корпорации, столь бурное развитие NAS-рынка определяется влиянием следующих факторов: стремительным увеличением объемов данных настольных персональных систем; значимостью клиентских данных и потребностью в обеспечении безопасного доступа к ним в клиентских ЛВС. Эксперты считают, что рост NAS-рынка должен ускориться, как только на нем появятся новые крупные поставщики серверов, дисководов и сетей. IDC делит весь NAS-рынок на пять ценовых групп: до 1000 долл.; от 1000 до 5999; от 6000 до 24 999; от 25 000 до 100 000 и более 100 000 долл. В настоящее время на NAS-рынке доминирует компания Network Appliance (http://www.netapp.com) с 40% от всех его доходов.

Почему именно NAS

Доступ клиентов к хранящейся обособленно общей или персональной информации осуществляется обычно через файловые серверы. Ранее подобный сервер представлял собой стандартный компьютер, на котором хранится информация, доступная пользователям сети. Но основные задачи, выполняемые файл-серверами, - безопасное хранение информации, разграничение прав доступа и резервное копирование - не требуют присущих ПК графического интерфейса и стандартных устройств ввода-вывода. Кроме того, накопителю информации не нужна огромная вычислительная мощность, характерная для серверов приложений. Ввиду ограниченности места внутри корпуса сервера и других причин при больших объемах информации файлы часто хранятся на внешних, подключенных к серверу дисковых массивах и в других периферийных хранилищах информации, доступных через интерфейсы типа SCSI. Такой подход позволяет значительно увеличить емкость хранения файлового сервера и до сих пор остается преобладающим. По данным организации Fibre Channel Association, около 95% данных хранится на файловых серверах и непосредственно подключенных к ним дисковых массивах и других устройствах. Однако этот способ хранения обладает целым рядом недостатков. Так, в случае применения интерфейса SCSI расстояние между сервером и хранилищем, как правило, не должно превышать 6 м. Обычно дисковый массив размещается рядом с сервером, поэтому данное ограничение оказывается вполне приемлемым, но расположение сервера и хранилища по соседству не всегда возможно или целесообразно. Например, хранилище желательно размещать в другом помещении или здании в целях безопасности, на случай аварии, для централизации хранения.

Справедливости ради следует сказать, что благодаря применению технологий LVD и HVD расстояние может быть увеличено до 12 и 25 м соответственно, даже несмотря на большие скорости у таких высокоскоростных разновидностей SCSI, как Wide Ultra2 SCSI и Ultra160 SCSI. Однако параллельное соединение SCSI обладает и другими ограничениями, в частности на число поддерживаемых устройств. Многие из них позволяют снять применение дисковых массивов на базе соединения Fibre Channel (для дисковых систем внутренней шиной массива является петля FC-AL).

Файловый сервер помимо предоставления файлов зачастую выполняет и другие задачи, поэтому отсутствие прямого доступа к данным увеличивает длительность операций ввода-вывода при большой загруженности сервера. Кроме того, при отказе сервера все подключенные к нему устройства хранения тоже оказываются недоступными. Наряду с ограничениями на расстояния это привело к появлению концепции NAS по аналогии с сетевыми принтерами. Реализуют ее "тонкие" файл-серверы, или, как их иначе называют, файлеры (filers), подключаемые прямо к сети.

Концепция подключаемых к сети устройств хранения далеко не нова, она основана на таких разработках, как сетевая файловая система NFS (Network File System) компании Sun Microsystems (http://www.sun.com). Возможности NFS позволяют объединенным в сеть компьютерам более эффективно использовать системные ресурсы. В настоящее время NFS является стандартом, обеспечивающим взаимодействие в сети гетерогенных систем. Такие операционные системы, как Windows NT, NetWare и UNIX, способны не только предоставлять простые сервисы печати и файлов. Но чем больше функций выполняет ОС, тем менее она преуспевает в реализации каждой из них. Именно это подвигло компании Auspex и Network Appliance на создание устройств хранения данных, подключаемых непосредственно к сети. Эти фирмы-производители разработали специализированное ядро ОС, предназначенное для выполнения одной функции - обслуживания файлов. Меньший размер такого ядра означает, в частности, более быстрое выполнение ограниченного числа операций.

Архитектура NAS оптимизирована для достижения преимуществ над серверами общего назначения как по цене, так и по производительности. По сути, это файл-сервер, который выполняет только одну функцию - файловый сервис, но выполняет ее очень хорошо. NAS - высокопроизводительная платформно-независимая технология хранения данных. Файлеры просты в администрировании и легко подсоединяются прямо к сети, обеспечивая клиентам непосредственный доступ к своим ресурсам. Они особенно подходят в сложной гетерогенной среде, где и клиенты, и серверы работают под управлением разных операционных систем. Ведь наращивать память можно в любой момент, не приостанавливая работу сети. В типичном случае файлеры обеспечивают:

• мультипротокольное, платформно-независимое хранение данных и доступ к ним;
• операционную систему реального времени, оптимизированную по производительности для выполнения этих операций;
• простую установку и удаленное администрирование.

Главная особенность файлеров - мультипротокольный механизм разделения файлов. Они используют стандартные коммуникационные протоколы и сетевые интерфейсы, которые позволяют передавать данные как в LAN-, так и в WAN-среде. Обычно поддерживаются:

• Common Internet File System (CIFS) - для клиентов Microsoft Windows 9x/NT;
• NCP - для Novell NetWare;
• NFS - для клиентов Unix;
• HTTP - для Web-браузера;
• DHCP - для автоматической IP-адресации;
• SNMP - для управления и мониторинга.

Есть файлеры, которые используют также Network Data Management Protocol (NDMP), позволяющий удаленно запускать резервное копирование с диска на магнитную ленту. Из сетевых технологий поддерживаются Fast/Gigabit Ethernet, FDDI и АТМ.

Две основные особенности отличают файлеры от серверов общего назначения - это упрощенная ОС и оптимизированная по скорости доступа файловая система. ОС файлеров освобождена от всех функций, не связанных с обслуживанием файловой системы, таких, как графический интерфейс и выполнение прикладных вычислений. Обычно она располагается во флэш-памяти и предустанавливается фирмой-производителем. Простая архитектура обеспечивает быстрый ответ и очень высокую скорость передачи данных, не требуя для этого какой-либо сложной конфигурации аппаратных средств или ручной настройки производительности. Файлеры проектируются таким способом, что вся их вычислительная мощность фокусируется исключительно на операциях обслуживания и хранения файлов.

Для подсоединения NAS-устройств к сети не требуется ее модификации или какой-либо специальной аппаратуры. Это позволяет легко расширять емкость массовой памяти в корпоративной сети, не останавливая ее работу. Как только NAS-устройство подключается к сети, его ресурсы становятся доступными для пользователей. Нет необходимости в загрузке дополнительного ПО или конфигурации рабочей станции. Устройства интегрируются с сетью автоматически. У пользователя просто появляются дополнительные диски, к которым он получает прямой доступ без нагрузки на серверы приложений.

Высокая надежность NAS-систем обеспечивается минимумом деталей и механических соединений - для подключения нужны только два кабеля - питания и Ethernet. Например, небольшой RAID-массив NAS представляет собой не слишком крупное устройство, которое можно разместить даже в ящике письменного стола.

Подобные устройства обладают следующими основными преимуществами:

• могут работать с любыми клиентами (от Windows до UNIX);
• практически не требуют администрирования;
• удельная стоимость гигабайта дискового пространства в них, как правило, ниже, чем в сколько-нибудь серьезном сервере;
• устанавливаются в любом удобном месте: все, что нужно для подключения, - это кабель Ethernet и сетевой кабель;
• задача наращивания дискового пространства легко решается путем приобретения дополнительных NAS-устройств и подключения их к сети.

Несколько примеров

Концепция NAS, вообще говоря, является одним из способов отделения устройств хранения информации от вычислительных ресурсов. В настоящее время устройства NAS выпускают практически все ведущие фирмы-производители: Compaq, Dell, Hewlett-Packard и др.

Так, корпорация Hewlett-Packard (http://www.hp.com) предлагает линейку сетевых серверов NAS, предназначенных для рабочих групп и подразделений, имеющих дело с распределенной информацией. К этой линейке относятся: HP SureStore CD-ROM Server - сервер начального уровня, позволяющий подключать от одного до семи CD-ROM; HP SureStore CD-ROM Server Plus - состоит из шести CD-приводов и одного 18-гигабайтного дисковода (технология многодискового кэширования дает возможность автоматически загружать данные по крайней мере с 28 полных CD-ROM на жесткий диск большой емкости и иметь ускоренный доступ к ним); HP SureStore CD-/DVD-ROM Server - каждый из семи приводов этого сервера может читать форматы CD-ROM и DVD-ROM; HP SureStore CD Expansion Tower - семиприводная модель расширения для приведенных выше моделей, позволяющая увеличить их емкость. Кроме того, корпорация предлагает внешний дисковый массив HP SureStore HD Server 4000, незаменимый для отделов с большими объемами хранимой информации и разнесенных офисов. У него шесть монтажных отсеков для установки жестких дисков типа Hot Swap емкостью 9 или 18 Гб и один пятидюймовый слот для установки ленточного накопителя DAT 40. А вот HP SureStore Autobackup - это сетевое устройство резервного копирования, которое автоматически, по расписанию, сохраняет новые данные от подключенных к сети клиентов и при необходимости восстанавливает их для конкретного клиента. Первые два продукта из семейства HP SureStore AutoBackup - PC25 и PC100, ориентированы на организации с числом клиентских ПК около 25 и 100 соответственно.

Корпорация Compaq Computer (http://www.compaq.com) выбрала ОС Windows 2000 для применения в своих NAS-серверах TaskSmart N-Series. Технология Windows 2000 позволяет корпоративным заказчикам и сервис-провайдерам получить масштабируемое решение для хранения данных, оптимизированное для совместной работы с файлами. По мнению представителей этой корпорации, TaskSmart N-Series под Windows 2000 обладает лучшим соотношением цена/производительность. Microsoft и Compaq совместно оптимизировали Windows 2000 для данного сервера, добившись его простого развертывания и управления. Кроме того, технологии Windows 2000 обеспечивают необходимый уровень совместимости в неоднородной среде. Compaq TaskSmart N-Series поддерживает файловую систему CIFS, предусматривает управление томами и интегрирует инструменты управления Compaq.

А вот корпорации Dell (http://www.dell.com) и Microsoft (http://www.microsoft.com) объявили об образовании стратегического альянса, цель которого - развитие систем хранения данных, подключаемых к сети на базе платформы PowerVault и технологии Windows 2000. Они планируют разработать новые технологии для обеспечения корпоративных пользователей высокопроизводительными, многоплатформными системами хранения, использующими сетевые возможности. Ценовые рамки и ряд специфических характеристик новых систем пока не определены, но компании планируют представить первые продукты уже в начале следующего года. Создание этого альянса способствует агрессивному продвижению Dell на рынок систем хранения путем увеличения предложений NAS для совместного пользования файлами для средних и крупных предприятий.

PowerVault 705N - это система, состоящая из четырех дисковых накопителей общей емкостью 120 Гб, которая легко встраивается в любую сетевую среду. Позже система будет предлагаться с накопителями общей емкостью 250 Гб. Благодаря линейке продуктов PowerVault корпорация Dell в настоящий момент является шестым по величине мировым поставщиком систем хранения информации (по данным IDC).

Не осталась в стороне от перспективного направления и корпорация Intel (http://www.intel.com). Решение Intel InBusiness Storage Station помогает предприятиям малого бизнеса увеличить эффективность работы с помощью организации совместного доступа к файлам, защиты критически важных данных и автоматического резервного копирования файлов, хранящихся на ПК. Два жестких диска емкостью 60 Гб каждый могут быть сконфигурированы в режим полного "зеркала" (RAID 1), а ПО Second Copy 2000 позволяет выполнять автоматическое резервное копирование данных с отдельных ПК.

Будущее NAS-устройств во многом связано с технологией Gigabit Ethernet. Дело в том, что летом этого года Network Appliance объединилась с пятью другими независимыми фирмами-производителями для совместной выработки стандартов на непосредственно подключаемые к сети устройства хранения NAS с интерфейсом Gigabit Ethernet, которые стали бы привлекательной альтернативой имеющимся продуктам этого назначения. Основная идея инициативы Open Storage Networking (OSN) состоит в создании архитектуры сети хранения, которая охватывала бы серверы, устройства хранения, автоматизированные библиотеки накопителей на магнитной ленте и коммутирующее сетевое оборудование и при этом допускала простое развертывание в сетевых инфраструктурах клиентов. Члены OSN намерены определить технологическую архитектуру, базирующуюся на стандарте Gigabit Ethernet, и график ее реализации; а в конечном итоге - наладить выпуск сертифицированных аппаратных и программных конфигураций. Ключевая в этой архитектуре технология - протокол NDMP, позволяющий передавать большие пакеты данных в обход серверов. При резервном копировании данных по сети средства поддержки NDMP должны встраиваться в NAS-устройства для хранения основной копии данных и в устройства резервного копирования, например библиотеки накопителей на магнитной ленте.

Традиционно NAS-устройства, используемые для предоставления файловых сервисов, соединялись с корпоративной сетью с помощью интерфейсов SCSI или Fibre Channel. По словам представителей OSN, непосредственное включение таких устройств в сеть Gigabit Ethernet обеспечит высокую производительность при более низкой цене, что недостижимо ни для SCSI, ни тем более для Fibre Channel.

Статья опубликована PC Week/RE № (268)46 от 12/12/00, стр. 33
Перепечатывается с разрешения автора.