存储

什么是网络附加存储?

网络附加存储 (NAS) 是一个文件级存储架构,使用一个或多个配备专用磁盘的服务器来存储数据,并与连接网络的大量客户端共享这些数据。主要的存储架构共有三种,即 NAS、存储区域网络 (SAN)直接附加存储 (DAS)。但 NAS 是唯一一种始终连网并对整个网络的存储全权负责的存储架构。

请将 NAS 与更多您所熟悉的存储宗卷进行比较,如 PC 的硬盘驱动器、外部驱动器、CD 或 USB 闪存。NAS 架构允许您存储和共享基于文件的数据,这和存储宗卷很像。但是,您的硬盘驱动器、外部驱动器、CD 或闪存驱动器一次只能连接 1 个设备,而 NAS 可通过连接网络同时为大量设备提供支持。

NAS 设备会将数据当作文件。虽然从技术层面来看它们都能完成一般的服务器任务,但是 NAS 设备运行的软件可以保护数据并处理各种权限。所以,NAS 设备不需要功能完善的操作系统。大多数 NAS 都包含针对数据存储和数据显示进行过精调的嵌入式轻量级操作系统。

为了显示这些文件,NAS 设备会使用基于文件的标准协议,如网络文件系统 (NFS)、服务器消息块 (SMB)、通用互联网文件系统 (CIFS) 和/或 Apple 文件传输协议 (AFP),分别与 Linux®、UNIX、Microsoft Windows 和 Apple 设备进行通信。

NAS 具备以下主要优点:

  • 横向扩展功能:为 NAS 增加存储容量就和增加硬盘一样简单。您不必升级或更换现有的服务器,即可在不中断网络的情况下启用新的存储。
  • 高性能:由于 NAS 专门用于提供文件服务,所以其他联网设备无需再提供文件服务。由于 NAS 会针对具体用例(如大数据或多媒体存储)进行精调,所以客户可以获得更好的性能。
  • 易于设置:NAS 架构往往会通过经简化的脚本来交付,或以简化版操作系统的预安装设备的形式来交付,因而可以大幅缩短存储的设置时间和系统的管理时间。
  • 可访问性:所有联网设备都可以访问 NAS。
  • 容错性:可以对 NAS 进行格式化,以支持复制磁盘、独立磁盘冗余阵列纠删码,进而确保数据的完整性。

网络附加存储如何工作?

简单地说,NAS 是一种帮助用户更加轻松地访问网络设备中所存储数据的方法。通过在专用硬件上安装专业软件,企业可以享受到使用内置安全、管理和容错功能进行共享式单点访问所能带来的益处。NAS 会使用基于文件的协议与其他设备进行通信,而文件是最便于浏览的格式之一(相对于块或对象存储)。

硬件

NAS 硬件被称为 NAS 箱、NAS 设备、NAS 服务器或 NAS 头(取决于您询问的对象)。基本上,这类服务器本身都可以配置存储磁盘或驱动器、处理器以及随机存取内存 (RAM),这一点和其他服务器很像。NAS 装置可以配置更多 RAM,并会配置类似的驱动器类型和容量,以满足指定的使用需求。NAS 和通用服务器存储之间的主要区别在于软件。

软件

NAS 箱中包含已部署在精简操作系统上的软件,通常都内嵌在硬件中。而通用服务器使用的则是功能完整的操作系统,每秒会收发数百或数千个独特的小请求。与之相反,NAS 操作系统只需要处理 2 件事:数据存储和文件共享。

协议

NAS 箱会根据数据传输协议进行格式化,以便按照相应的标准方式在设备间发送数据。客户端可以通过网络交换机来访问这些协议。网络交换机则是一个中央服务器,可用于连接所有设备并路由请求。数据传输协议基本上都能让您访问其他电脑上的文件,就像这些文件在您自己的电脑上一样。

一个网络可以运行多种数据传输协议,但是大多数网络基本上都会运行这 2 种:互联网协议 (IP) 和传输控制协议 (TCP)。TCP 会先将数据并入数据包,然后再通过 IP 进行发送。请将 TCP 数据包想象成经过压缩的 zip 文件,并将 IP 想象成电子邮件地址。如果您的祖父母不会使用社交媒体,也无权访问您个人的云环境,那么您必须通过电子邮件向他们发送度假照片。您可以将这些照片打包到 zip 文件中,一次性发送几个文件,无需一张张地发送。TCP 也会采用类似方式:先将文件并入数据包,再通过 IP 在网上发送。

跨协议发送的文件可以采用以下格式:

  • 网络文件系统 (NFS):该协议是 Linux 和 UNIX 系统的常用协议。作为一个供应商中立型协议,NFS 适用于所有硬件、操作系统或网络架构。
  • 服务器消息块 (SMB):大多数使用 SMB 的系统运行的都是 Microsoft Windows,该协议在 Windows 中被称为“Microsoft Windows 网络”。SMB 是基于通用互联网文件共享 (CIFS) 协议开发的,所以它也被称为 CIFS/SMB 协议。
  • Apple 文件传输协议 (AFP):运行 macOS 的 Apple 设备的专有协议。

网络附加存储简史

20 世纪 80 年代,英国计算机科学家 Brian Randell 开发了一个软件,该软件能通过某种方式连接多个 UNIX 系统,并使它们在功能上呈现超高的协调性。这种俗称“纽卡斯尔连接”的连接方式推动了数据传输协议(如 NFS)的发展。一开始,企业都会采用这种方式来实施数据集中存储。

随着网络的不断发展,有越来越多的协议都能让客户端轻松地使用和共享文件。不久之后,有人便开发出了旨在应对特定存储情况的解决方案,而这又进一步推动了 NAS 的发展。时至今日,底层技术仍在不断发展。曾经,NAS 使用的都是磁旋磁盘。现在,NAS 引入了速度更快的固态驱动器固态驱动器非易失性存储器,以提高访问常用数据的速度。多核处理器的速度正越变越快,更为经济实惠的 RAM 则改进了 NAS 的性能和可扩展性。

NAS 软件很快就成为了一种企业级标准存储解决方案。很多处于研发起步阶段的解决方案也纷纷开始优化网络数据的存储、组织和访问方式。其中有一个解决方案尤其善于通过构建 NAS 文件集群来执行大容量任务(如备份和归档)和高性能任务(如分析和虚拟化),而且这个方案最终发展成了红帽® Gluster 存储


NAS 是一种云吗?

不是。NAS 本身并不是一种云。云就是由管理和自动化软件编排而成的虚拟资源池(和存储一样),旨在帮助用户通过由自动扩展和动态资源分配支持的自助服务门户,按需对这些资源进行访问。NAS 需要通过虚拟化加入到资源池中,然后才能称为“云”;这些池需通过管理和自动化软件进行编排,才能被视为“云计算”。

本地存储和云存储是两种对立的存储方式,NAS 则介于这两者之间。NAS 同时具备本地存储的部分特性(现场、硬布线连接)和云存储的部分特性(自助服务、网络访问),但不包含实现快速扩展和提供计量服务所需的管理和自动化软件。NAS 不是云,但能在云计算中发挥重要作用。


网络附加存储与其他存储类型的比较

存储区域网络

存储区域网络可以提供块存储。块存储会将单个存储宗卷(如硬盘、虚拟化存储节点或是由基于云的存储资源构建而成的池)拆分成被称为“块”的多个小宗卷,各个块可以采用不同的协议格式。例如,一个块可以采用 NFS 格式,另一个块可以采用 AFP 格式,第三个块则可采用 SMB 格式。这可以提高用户的选择灵活性,但也意味着他们必须手动进行导航,因为块存储会使用任意分类来打包数据。

直接附加存储

直接附加存储是指直接附加到单个计算机的存储。它不联网,所以其他设备可以轻松地对其进行访问。DAS 是 NAS 的前身,每个 DAS 设备都必须单独管理(与 NAS 相反,NAS 会负责管理所有设备)。DAS 最常见的示例就是一台计算机上的硬盘驱动器。要使得其他计算机能够访问该驱动器上的文件,则必须通过物理方式将该驱动器从原始计算机中移除,然后再将该驱动器附加到新的计算机,否则用户必须在 2 台设备之间建立某种连接。

软件定义存储

软件定义存储 (SDS) 是一种独立于底层硬件来运行的存储管理软件。这意味着,SDS 可以安装在 NAS 箱上,以便为特定工作负载定制硬件。安装 SDS 之后,存储硬件可以组建成集群,以使多个服务器能以单个系统的形式来执行特定的操作。例如,可以对一个服务器集群进行配置,用来托管用户目录和 NFS/CIFS 文件夹;同时针对块存储对另一个服务器集群进行配置,使之能够托管照片和多媒体。有些 NAS/SDS 解决方案甚至还能在 30 分钟或更短时间内整合并交付超过一千万亿字节的数据。

部署存储网络 — 技术清单

一个软件定义的文件存储平台,可以处理备份、归档等大容量任务以及分析、虚拟化等高性能任务。它尤其适合与容器及流媒体搭配使用。

一个软件定义的对象存储平台,还能为块和文件存储提供相应接口。它支持云基础架构、媒体存储库、备份和恢复系统、数据湖。它尤其适合与红帽 OpenStack® 平台搭配使用。

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存储的潜力巨大