NAS, SAN и DAS: сравнение систем хранения данных

Способ работы с данными определяет, как хранилище подключается к серверам и приложениям. DAS соединяется с сервером напрямую, NAS работает с файлами по сети, SAN предоставляет серверам блочные тома через сеть хранения.

В статье разберем архитектуру каждого подхода, используемые протоколы, ограничения и требования к инфраструктуре. Покажем, какой вариант стоит рассматривать для общих файлов, резервного копирования, виртуализации и баз данных, а также какие параметры важно учитывать перед выбором.

В этой статье:

• DAS: хранилище с прямым подключением к серверу
• NAS: файловое хранилище в сети
• SAN: блочный доступ к системе хранения
• NAS, SAN и DAS: основные отличия
• Что выбрать под конкретную задачу
• Какие параметры учитывать при выборе системы хранения
• Можно ли использовать NAS, SAN и DAS вместе
• Примеры СХД для разных сценариев
• Вопросы и ответы

DAS: хранилище с прямым подключением к серверу

DAS — способ организации хранения, при котором дисковая подсистема подключена непосредственно к серверу, без отдельной сети хранения. Диски могут находиться внутри корпуса или во внешней полке.

Как устроено подключение DAS

Внутренние диски подключаются через интерфейсы, которые поддерживает серверная платформа. Для SAS и SATA в сервере обычно используется дисковый контроллер. NVMe работает через PCIe, поэтому схема подключения зависит от конструкции конкретной платформы.

Внешняя дисковая полка соединяется с сервером напрямую. В корпоративных системах для такого подключения часто используется SAS: серверный контроллер соединяется кабелем с полкой, внутри которой установлены диски.

Главный признак DAS здесь один: между сервером и дисковой подсистемой нет отдельной сети хранения с коммутаторами, как в SAN.

Как сервер работает с дисками

Операционная система может получать отдельные диски либо логический том, созданный из нескольких накопителей. Конкретный вариант зависит от контроллера и конфигурации.

При использовании RAID несколько дисков объединяются в массив. Выбранный уровень RAID определяет полезную емкость, допустимое число отказавших накопителей и схему распределения данных. Для операционной системы такой массив может выглядеть как один логический диск.

На доступном пространстве затем создают файловую систему или размещают данные приложения. Это могут быть файлы, базы данных, виртуальные машины или резервные копии.

Что может входить в DAS

DAS описывает способ подключения, поэтому само название не определяет состав системы. В прямом хранилище могут использоваться HDD и SSD, разные интерфейсы и несколько вариантов организации дисковой подсистемы.

Конфигурация может включать:

• внутренние диски сервера;
• внешнюю дисковую полку;
• SAS, SATA или NVMe;
• отдельные накопители или RAID-массив;
• один или несколько контроллеров, если это предусмотрено платформой.

От выбранной конфигурации зависят доступная емкость, скорость работы, устойчивость к отказам дисков и возможности дальнейшего расширения.

Где используют DAS

DAS рассматривают для задач, где данные обрабатываются на конкретном сервере и общее пространство для нескольких независимых узлов не требуется.

Такой вариант применяется:

• для локальных данных приложений;
• для базы данных на одном сервере;
• для виртуальных машин на отдельном узле;
• для резервных копий;
• для архивного хранения;
• для увеличения емкости сервера с помощью внешней дисковой полки.

Подходящий состав дисков и контроллеров зависит от объема данных, характера операций чтения и записи, требований к доступности и планируемого роста.

Какие ограничения есть у DAS

В типовой схеме дисковая подсистема закреплена за конкретным сервером. Другой узел не получает к тому же пространству такой же прямой доступ, поэтому DAS сложнее использовать там, где нескольким серверам требуется общее хранилище.

Это особенно важно для кластеров и инфраструктуры виртуализации с несколькими узлами. Локальные диски каждого сервера образуют отдельные ресурсы, поэтому совместную работу с данными, перенос виртуальных машин и распределение свободной емкости приходится решать дополнительными средствами.

Масштабирование зависит от возможностей платформы. Число внутренних дисков ограничено корпусом, а количество внешних полок — контроллером и поддерживаемой схемой подключения. Когда этих ресурсов становится недостаточно, потребуется дополнительное оборудование или переход к сетевой системе хранения.

NAS: файловое хранилище в сети

NAS — система хранения, которая предоставляет данные по сети на файловом уровне. Серверы и рабочие станции получают доступ к общим каталогам и файлам, а сама NAS управляет файловой системой, правами пользователей и размещением данных на дисках.

Как работает файловый доступ

При работе с NAS устройство обращается к готовому сетевому ресурсу. Например, пользователь открывает общую папку отдела, а сервер резервного копирования записывает файлы в выделенный каталог.

Файловая система находится на стороне NAS. Она определяет структуру каталогов, имена файлов, права доступа и правила работы с ними. Пользователю или приложению не нужно знать, на каком физическом диске расположен конкретный файл и как данные распределены между накопителями.

Обмен идет через обычную сеть Ethernet. Скорость работы зависит от сетевого подключения, производительности самой системы хранения, дисковой подсистемы и характера нагрузки.

Что такое SMB и NFS

Для файлового доступа NAS использует сетевые протоколы. Наиболее распространены SMB и NFS.

SMB позволяет предоставлять общие папки и файлы по сети. Протокол широко используется в инфраструктуре Windows и поддерживает работу с учетными записями, группами и правами доступа.

NFS решает ту же основную задачу: предоставляет удаленные каталоги другим системам через сеть. Он широко применяется в Linux и Unix-подобных средах, а также в серверной инфраструктуре и системах виртуализации.

Выбор протокола зависит от операционных систем, приложений и требований инфраструктуры. Многие корпоративные NAS поддерживают оба варианта одновременно.

Как несколько пользователей работают с одним хранилищем

Одна из основных задач NAS — предоставить общий файловый ресурс нескольким пользователям или системам. Каждый подключается к нужному каталогу через сеть, а система хранения контролирует доступ к данным.

Права можно разделять между пользователями и группами. Например, сотрудникам одного отдела разрешить изменение документов, другим пользователям оставить только чтение, а отдельные каталоги закрыть для постороннего доступа.

При одновременной работе с файлами NAS и используемый протокол передают операции чтения, записи, создания и удаления. Для части приложений также применяются механизмы блокировки, которые помогают избежать конфликтов при одновременном изменении одного файла.

За счет этого данные хранятся централизованно, а доступ к ним не зависит от локального диска конкретного рабочего компьютера.

Где используют NAS

NAS подходит для задач, где нескольким пользователям, серверам или приложениям нужен общий доступ к файлам.

Такую систему применяют:

• для общих папок и документов;
• для хранения рабочих файлов подразделений;
• для архивов;
• для резервных копий;
• для медиаматериалов и других больших файлов;
• для домашних каталогов пользователей;
• для виртуализации, если гипервизор поддерживает работу с файловым хранилищем по NFS или SMB.

Конкретная конфигурация зависит от объема данных, числа одновременных подключений, характера операций чтения и записи и требований к доступности.

Какие ограничения есть у NAS

Доступ к данным идет через сеть, поэтому ее пропускная способность может стать ограничением. На скорость также влияют дисковая подсистема, возможности самой NAS и количество одновременных обращений.

Второе ограничение связано со способом работы с данными. NAS предоставляет файлы и каталоги. Приложению, которому требуется блочное устройство, может понадобиться другая архитектура хранения.

Поэтому NAS нельзя оценивать только по объему установленных дисков. Для рабочей нагрузки важны возможности самой системы и сети, через которую к ней подключаются клиенты.

SAN: блочный доступ к системе хранения

SAN — сеть, которая соединяет серверы с системой хранения данных. Через нее один или несколько серверов могут работать с общей СХД и получать выделенное дисковое пространство. В отличие от NAS, сервер обращается не к готовым папкам и файлам, а к блокам данных.

Что значит блочный доступ

СХД может выделить серверу часть своей емкости в виде логического тома. Логический том — это участок дискового пространства заданного объема, который операционная система видит как отдельный диск.

Например, СХД может предоставить серверу том объемом 2 ТБ. Сервер увидит его среди доступных дисков и сможет создать на нем файловую систему, разместить базу данных или хранилище виртуальных машин. При этом сами накопители находятся внутри СХД, а сервер работает только с выделенным ему пространством.

В NAS эта схема устроена иначе. Там файловой системой управляет само сетевое хранилище, а пользователь или приложение получает доступ к готовым каталогам и файлам.

Как сервер подключается к SAN

Для передачи данных между сервером и СХД применяют разные технологии. Две распространенные — iSCSI и Fibre Channel.

iSCSI передает команды работы с дисковыми блоками через сеть Ethernet. Для такой схемы можно использовать сетевую инфраструктуру на базе Ethernet, но сеть хранения нужно рассчитывать с учетом нагрузки, пропускной способности и резервирования.

Fibre Channel — технология, разработанная для сетей хранения данных. Для нее используют совместимые адаптеры в серверах, порты СХД и коммутаторы Fibre Channel. Такая инфраструктура отделяет обмен с системой хранения от обычного сетевого трафика.

В обоих случаях результат для сервера похож: он получает выделенный том и работает с ним как с дисковым устройством.

Как обеспечивают доступ при отказе соединения

В корпоративной инфраструктуре сервер обычно подключают к СХД несколькими независимыми путями. Например, соединение может проходить через два разных коммутатора и разные порты системы хранения.

При отказе одного соединения сервер продолжает обращаться к данным через другой путь. Для такой схемы нужна поддержка нескольких маршрутов со стороны операционной системы или гипервизора, сетевого оборудования и самой СХД.

Резервирование важно проектировать для всей цепочки. Дублирование только одного участка не защищает от отказа другого элемента между сервером и системой хранения.

Где используют SAN

SAN применяют, когда серверным приложениям требуется внешнее блочное хранилище. Такой подход используется в виртуализации, кластерах и инфраструктуре баз данных.

Например, несколько узлов виртуализации могут получать ресурсы одной СХД. Это позволяет хранить виртуальные машины за пределами локальных дисков конкретного сервера и строить инфраструктуру из нескольких вычислительных узлов.

NAS, SAN и DAS: основные отличия

DAS, NAS и SAN различаются по уровню доступа к данным, способу подключения и возможностям совместной работы нескольких узлов.

Уровень доступа к данным

Разница между файловым и блочным доступом определяет, где находится файловая система.

При NAS ею управляет само хранилище, поэтому клиент получает готовую структуру каталогов и файлов. В DAS и SAN файловую систему обычно создает операционная система на предоставленном диске или томе.

Для приложения это принципиальное различие. Одним системам достаточно работы с файлами, другим требуется дисковое пространство на блочном уровне.

Подключение и совместный доступ

Сам факт подключения нескольких серверов к одной СХД еще не означает, что они могут одновременно работать с одним и тем же блочным томом.

Для такой схемы нужны механизмы согласования доступа. Их может предоставлять кластерная файловая система, гипервизор или другое программное обеспечение, рассчитанное на совместную работу нескольких узлов.

У NAS эта задача решается на файловом уровне: система хранения сама контролирует обращения клиентов к общим каталогам.

Производительность зависит от всей цепочки хранения

Тип архитектуры сам по себе не показывает, какой вариант будет быстрее. На результат влияют накопители, контроллеры, характеристики СХД, сеть и профиль нагрузки.

Поэтому DAS, NAS и SAN корректно сравнивать по скорости только в конкретных конфигурациях и при одинаковом сценарии работы.

Telegram-канал CRABBIT

В Telegram короче, живее и по делу

Серверы, СХД и информационная безопасность: короткие разборы, новости и полезные материалы для работы.

Подписаться на канал →

Серверы СХД ИБ

Что выбрать под конкретную задачу

Архитектуру хранения стоит подбирать по способу работы приложения с данными, числу подключенных систем и требованиям к доступности. Объем сам по себе не определяет, нужен DAS, NAS или SAN.

Для общих файлов и документов

Совместную работу сотрудников с папками и документами обычно организуют через NAS. Система предоставляет единое файловое пространство и позволяет разграничивать права между пользователями и группами.

DAS потребует отдельного файлового сервера, который будет предоставлять другим устройствам доступ к своим дискам. SAN тоже можно использовать как основу файлового сервиса, однако для обычных рабочих каталогов такая схема будет сложнее.

Для резервного копирования и архивов

Здесь важно, куда поступают копии и как организовано их хранение.

NAS удобно использовать как единый сетевой каталог для нескольких серверов. DAS подойдет выделенному серверу резервного копирования, если ему требуется большая локальная емкость. SAN рассматривают, когда программное обеспечение работает с блочным пространством внешней СХД или такая инфраструктура уже используется в компании.

При этом надежность резервного копирования определяется не только местом хранения. Нужно отдельно учитывать число копий, сроки хранения, изоляцию резервов и порядок восстановления.

Для виртуализации

На одном физическом узле виртуальные машины можно разместить на DAS. Отдельная система хранения в такой схеме не обязательна.

При нескольких узлах уже имеет значение архитектура платформы виртуализации. NAS может предоставлять файловое хранилище, а SAN — блочное. При выборе учитывают поддержку нужного способа подключения, перенос виртуальных машин между узлами и требования к отказоустойчивости.

Для баз данных

СУБД чувствительны к задержке, характеру операций чтения и записи и схеме отказоустойчивости.

На отдельном сервере данные можно разместить на DAS, если локальная подсистема соответствует требованиям приложения. SAN используют при работе с внешней СХД, централизованном распределении емкости или кластерной архитектуре.

NAS тоже применяется в отдельных случаях, если такой вариант поддерживают конкретная СУБД и операционная система. Поэтому здесь особенно важно сверяться с требованиями производителя программного обеспечения.

Для кластера и нескольких серверов

Сначала нужно понять, с чем должны совместно работать узлы: с файлами или с блочным пространством.

В первом случае можно использовать NAS. Во втором — SAN, при условии что программное обеспечение или файловая система умеют согласовывать одновременные обращения нескольких узлов к данным.

DAS остается локальным ресурсом конкретного сервера и сам по себе общего пространства для кластера не создает.

Для локальной нагрузки одного сервера

Когда данные обрабатываются внутри одного узла и другим системам общий ресурс не требуется, можно использовать DAS. Диски размещаются внутри сервера или во внешней полке с прямым подключением.

Переход к сетевой архитектуре становится актуален, когда данные нужно предоставлять нескольким системам или вынести в отдельную СХД.

Какие параметры учитывать при выборе системы хранения

Архитектуру хранения нельзя подобрать только по требуемому объему. Нужно учитывать способ работы приложений с данными, нагрузку, число подключенных систем, требования к доступности, возможности сети и дальнейший рост инфраструктуры.

Как приложение работает с данными

Первый критерий — файловый или блочный доступ требуется программному обеспечению.

Для файлового варианта важны поддерживаемые протоколы, права пользователей и одновременная работа с каталогами. При блочном доступе нужно проверить требования операционной системы, гипервизора или СУБД к дисковому пространству и способу его подключения.

Этот параметр помогает сразу отсеять архитектуры, которые приложение не поддерживает.

Какая нагрузка приходится на дисковую подсистему

Одинаковый объем данных может создавать совершенно разную нагрузку. Для расчета учитывают:

• интенсивность чтения и записи;
• соотношение операций чтения и записи;
• размер обращений к данным;
• число одновременных операций;
• допустимую задержку;
• необходимую пропускную способность.

Например, архив и рабочая база данных могут занимать одинаковое место, но предъявлять разные требования к накопителям, контроллерам и соединениям.

Сколько данных нужно хранить

Сначала определяют полезную емкость, которая нужна приложениям и пользователям. Затем учитывают RAID, резерв свободного пространства и ожидаемый рост объема.

Важно отделять физическую емкость установленных дисков от пространства, которое реально будет доступно для записи данных. Их соотношение зависит от выбранной схемы RAID и конфигурации системы.

Сколько систем будет работать с хранилищем

Количество подключенных серверов, приложений и пользователей влияет на характер нагрузки и требования к инфраструктуре.

При большом числе одновременных обращений возрастает нагрузка на сетевые интерфейсы, контроллеры и дисковую подсистему. Для конкретной СХД также нужно проверить ограничения производителя по числу подключений и поддерживаемой конфигурации.

Какие требования есть к доступности

Нужно заранее определить, какие отказы система должна переживать без остановки работы.

На доступность могут влиять:

• схема RAID;
• резервирование контроллеров;
• дублирование сетевых соединений;
• резервные блоки питания;
• несколько независимых соединений между серверами и системой хранения;
• возможность заменить отказавший компонент без остановки.

RAID защищает только от части отказов дисковой подсистемы. Он не компенсирует отказ контроллера, сети, питания или другого элемента инфраструктуры.

Хватит ли существующей сети

Для NAS и SAN характеристики сети напрямую влияют на работу хранилища.

Нужно учитывать скорость портов, текущую загрузку коммутаторов, количество соединений и схему резервирования. Для iSCSI оценивают возможности Ethernet, для Fibre Channel — наличие совместимых адаптеров, коммутаторов и портов СХД.

Если ограничение находится в сети, установка более быстрых накопителей сама по себе его не устранит.

Как будут защищаться и восстанавливаться данные

Основное хранилище нужно рассматривать вместе со схемой резервного копирования.

До выбора оборудования стоит определить:

• какие данные нужно копировать;
• куда будут записываться резервные копии;
• как долго их требуется хранить;
• сколько времени допустимо на восстановление;
• нужна ли дополнительная копия на другой системе или площадке.

Эти требования влияют на необходимую емкость, сетевую нагрузку и состав инфраструктуры.

Как система будет расширяться

Текущей конфигурации должно хватать не только на исходный объем данных. Нужно заранее проверить возможности платформы:

• сколько накопителей можно установить;
• поддерживаются ли дополнительные дисковые полки;
• можно ли увеличить число и скорость сетевых подключений;
• какие ограничения есть у контроллеров;
• сколько серверов допускает выбранная конфигурация.

Так можно понять, где проходит предел расширения и потребуется ли при дальнейшем росте переход на другую платформу.

Можно ли использовать NAS, SAN и DAS вместе

Да. В одной инфраструктуре могут одновременно использоваться DAS, NAS и SAN, если разные приложения предъявляют разные требования к хранению. Совместное использование позволяет разделить локальные, файловые и блочные нагрузки между подходящими для них ресурсами.

Как распределяются роли

В смешанной архитектуре каждый способ хранения выполняет свою функцию.

Например:

• локальные диски сервера используются для операционной системы и данных, которые нужны только этому узлу;
• NAS предоставляет общие каталоги пользователям и приложениям;
• SAN обслуживает узлы виртуализации или другие системы, которым требуется централизованное блочное пространство.

Такое разделение имеет смысл, когда нагрузки действительно различаются по способу доступа и требованиям к инфраструктуре. Использовать сразу несколько подходов только ради самой схемы не требуется.

NAS и SAN могут работать на одной СХД

Некоторые системы хранения поддерживают одновременно файловый и блочный доступ. Одна платформа может предоставлять каталоги по SMB или NFS и выделять тома по iSCSI или Fibre Channel.

Возможности зависят от конкретной модели и программного обеспечения. Перед выбором нужно проверить, какие протоколы поддерживает СХД, какие сетевые интерфейсы предусмотрены и можно ли использовать оба режима одновременно в нужной конфигурации.

Что учитывать при совместном использовании

Файловые и блочные нагрузки могут использовать одни диски, контроллеры и сетевые ресурсы. Поэтому важно проверить, не будет ли одна задача мешать другой.

Например, интенсивная запись резервных копий может совпасть по времени с высокой нагрузкой виртуальных машин. В такой ситуации нужно заранее определить, какие ресурсы они разделяют и требуется ли их разграничить.

Сочетание NAS, SAN и DAS оправдано, когда каждый подход решает отдельную задачу. Усложнять архитектуру без такой необходимости смысла нет.

Примеры СХД для разных сценариев

После выбора архитектуры можно переходить к конкретному оборудованию. Ниже четыре примера для разных задач: расширение одного сервера, файловое хранение, общая СХД для серверов и совмещение нескольких способов доступа.

Нужно увеличить емкость одного сервера: Dell PowerVault MD2412

Dell PowerVault MD2412 — внешняя дисковая полка на 12 накопителей формата 3,5 дюйма. Она подключается к серверу по SAS и относится к DAS. Отдельная сеть хранения для такой схемы не требуется.

Модель подойдет, когда внутренних отсеков сервера уже недостаточно и требуется добавить дисковое пространство без перехода на общую СХД. Перед подбором нужно проверить совместимость полки с серверной платформой, контроллером и накопителями.

Нужно масштабируемое файловое хранилище: Huawei OceanStor 9000 N90004U-B-AC

Huawei OceanStor 9000 N90004U-B-AC — узел распределенной системы хранения OceanStor 9000. Несколько узлов объединяются в единое файловое пространство, доступное приложениям и пользователям по сети.

Такой подход подходит для инфраструктуры, где объем файлов растет и хранилище нужно расширять добавлением узлов. При подборе учитывают исходный объем данных, характер нагрузки и сетевое подключение.

Нужно блочное пространство для нескольких серверов: Dell PowerVault ME5024

Dell PowerVault ME5024 — блочная СХД в корпусе 2U на 24 накопителя формата 2,5 дюйма. Модель выпускается в вариантах с SAS, iSCSI или Fibre Channel. Для SAN используют исполнения с iSCSI или Fibre Channel.

Такую систему можно применять в виртуализации, базах данных и других серверных задачах, где данные требуется хранить во внешней СХД. Интерфейс подключения выбирают при формировании конфигурации с учетом существующей инфраструктуры и нагрузки.

Нужны файловые и блочные ресурсы в одной системе: Dell Unity 480F

Dell Unity 480F — унифицированная СХД, которая поддерживает файловый и блочный способы работы с данными. Одна система может обслуживать разные типы нагрузки без разделения на две отдельные платформы.

Такой вариант подходит для инфраструктуры, где одновременно нужны файловые ресурсы для пользователей или приложений и дисковое пространство для серверных задач. При расчете нужно учитывать их совокупную нагрузку, чтобы одна группа операций не создавала узкое место для другой.

Вопросы и ответы