ネットワーク接続ストレージ

ネットワーク接続ストレージ（NAS、発音はナズ）は、コンピュータネットワークに接続されたファイルレベルのコンピュータデータストレージサーバーであり、多様なクライアントグループにデータアクセスを提供します。この文脈では、「NAS」という用語は、関連するテクノロジーとシステムの両方を指す場合もあれば、そのような機能のために構築された専用のコンピュータアプライアンスデバイスユニット（NASアプライアンスまたはNASボックス）を指す場合もあります。NASは、ブロックレベルのストレージエリアネットワーク（SAN）や直接接続ストレージ（DAS）とは対照的です。

NAS デバイスは、ハードウェア、ソフトウェア、または構成のいずれかによってファイルの提供に最適化されています。多くの場合、コンピュータ アプライアンス、つまり専用に構築されたコンピュータとして製造されます。NAS システムは、1 つ以上のストレージ ドライブを含むネットワーク アプライアンスであり、多くの場合、論理的で冗長なストレージ コンテナまたはRAIDに構成されています。ネットワーク接続ストレージは通常、NFS、SMB、またはAFPなどのネットワーク ファイル共有プロトコルを使用してファイルへのアクセスを提供します。1990 年代半ばから、NAS デバイスは、複数のコンピュータ間でファイルを共有する便利な方法として、またネットワーク上の他のサーバーからファイル サービングの責任を取り除く方法として人気を集め始めました。そうすることで、NAS は、汎用サーバーを使用してファイルを提供する場合と比較して、より高速なデータ アクセス、より簡単な管理、およびよりシンプルな構成を提供できます。^{[ 1 ]} 

NAS には専用のハードディスク ドライブが付属しており、機能的には NAS 以外のドライブと似ていますが、ファームウェア、振動耐性、または消費電力が異なり、NAS の実装でよく使用される技術である RAID アレイでの使用により適している場合があります。^{[ 2 ]}例えば、一部の NAS バージョンのドライブは、拡張エラー回復を無効にするためのコマンド拡張をサポートしています。非 RAID アプリケーションでは、ディスク ドライブが問題のあるストレージ ブロックを正常に読み取るために、たとえ数秒かかっても、多大な労力を費やすことが重要になる場合があります。適切に構成された RAID アレイでは、単一のドライブ上の単一の不良ブロックは、RAID セット全体にエンコードされた冗長性によって完全に回復できます。ドライブが数秒間かけて広範囲な再試行を実行すると、RAID コントローラがドライブを「ダウン」とフラグ付けする可能性がありますが、単にデータ ブロックにチェック サム エラーがあることをすぐに応答すれば、RAID コントローラは他のドライブの冗長データを使用してエラーを修正し、問題なく続行します。

NASユニットとは、ネットワークに接続されたコンピュータで、ネットワーク上の他のデバイスにファイルベースのデータストレージサービスのみを提供するものです。技術的にはNASユニット上で他のソフトウェアを実行することも可能かもしれませんが、通常は汎用サーバーとして設計されていません。例えば、NASユニットには通常キーボードやディスプレイがなく、多くの場合ブラウザを使用してネットワーク経由で制御および設定されます。^{[ 3 ]}

NASデバイスにはフル機能のオペレーティングシステムは必要ないため、多くの場合、機能が簡略化されたオペレーティングシステムが使用されます。

NASシステムには1台以上のハードディスクドライブが含まれており、多くの場合、論理的で冗長なストレージコンテナ、つまりRAIDとして構成されています。

NASは、NFS （ UNIXシステムで広く使われている）、SMB（Server Message Block）（Microsoft Windowsシステムで使われる）、AFP（Apple Macintoshコンピュータで使われる）、NCP（ OESやNovell NetWareで使われる）などのファイルベースのプロトコルを使用します。NASユニットがクライアントを単一のプロトコルに限定することはほとんどありません。

SANと比較すると

NASはストレージとファイルシステムの両方を提供します。これは、ブロックベースのストレージのみを提供し、ファイルシステムに関する事項を「クライアント」側に任せるSAN（ストレージエリアネットワーク）とは対照的です。SA​​Nプロトコルには、ファイバーチャネル、iSCSI、ATA over Ethernet（AoE）、HyperSCSIなどがあります。

NASとSANの違いを大まかに概念化する一つの方法は、NASはクライアントOS（オペレーティングシステム）からファイルサーバーとして認識される（クライアントはネットワークドライブをそのサーバー上の共有にマッピングできる）のに対し、SAN経由で利用可能なディスクはクライアントOSからはディスクとして認識され、ディスクおよびボリューム管理ユーティリティ（クライアントのローカルディスクとともに）で表示され、ファイルシステムでフォーマットしてマウントできる、という点です。

SANとNASは違いはあるものの、互いに排他的なものではなく、SAN-NASハイブリッドとして組み合わせることが可能です。これにより、同一システムからファイルレベルプロトコル（NAS）とブロックレベルプロトコル（SAN）の両方を提供できます。また、SAN上に共有ディスクファイルシステムを稼働させることで、ファイルシステムサービスを提供することも可能です。

1980年代初頭、ニューカッスル大学のブライアン・ランデルとその同僚による「ニューカッスル・コネクション」は、UNIXマシン群を介したリモートファイルアクセスを実証し、開発した。^{[ 4 ] [ 5 ]}ノベルのNetWareサーバーオペレーティングシステムとNCPプロトコルは1983年にリリースされた。ニューカッスル・コネクションに続き、サン・マイクロシステムズが1984年にNFSをリリースしたことで、ネットワークサーバーがストレージスペースをネットワーククライアントと共有できるようになった。3Comとマイクロソフトは、この新しい市場をさらに発展させるためにLANマネージャーソフトウェアとプロトコルを開発した。3Comの3Serverと3+Shareソフトウェアは、オープンシステムサーバー向けに設計された最初の専用サーバー（独自のハードウェア、ソフトウェア、および複数のディスクを含む）だった。

Novell、IBM、Sunのファイルサーバーの成功に触発され、複数の企業が専用ファイルサーバーの開発に乗り出した。3Comはデスクトップオペレーティングシステム向け専用NASを開発した最初の企業の1つであったが、 Auspex SystemsはUNIX市場向け専用NFSサーバーを開発した最初の企業の1つであった。1990年代初頭、Auspexのエンジニアグループが独立し、Windows SMBとUNIX NFSプロトコルの両方をサポートし、優れた拡張性と導入の容易さを備えた統合型NetApp FASを開発した。これが、現在NetAppとEMC Celerraが牽引する独自NASデバイス市場の幕開けとなった。

2000年代初頭から、単一ファイルサーバーソリューションに代わるクラスタ型NASソリューションを提供するスタートアップ企業が次々と登場しました。例えば、 Spinnaker Networks（2004年2月にNetAppに買収）、 Exanet（ 2010年2月にDellに買収）、Gluster（2011年にRedHatに買収）、ONStor（2009年にLSIに買収）、IBRIX（HPに買収）、Isilon （2010年11月にEMCに買収）、PolyServe（2007年にHPに買収）、Panasasなどが挙げられます。  

2009年、NASベンダー（特にCTERAネットワーク^{[ 6 ] [ 7 ]}とNetgear ）は、オンライン災害復旧のためにNASアプライアンスに統合されたオンラインバックアップソリューションを導入し始めた。 ^{[ 8 ] [ 9 ]}

2021年までに、3つの主要なタイプのNASソリューションが提供されるようになりました（すべてハイブリッドクラウドモデルで、データはNASのオンプレミスと、別のNASまたはパブリッククラウドサービスプロバイダーを介したオフサイトの両方の場所に保存できます）。最初のタイプのNASは、通常1～5台のホットプラグハードドライブをサポートする低コストのオプションで消費者のニーズに焦点を当てています。2番目は中小企業に焦点を当てており、これらのNASソリューションは2～24台以上のハードドライブに対応し、通常タワー型またはラックマウント型のフォームファクターで提供されます。価格は、プロセッサ、コンポーネント、およびサポートされている全体的な機能によって大きく異なります。最後のタイプは、エンタープライズまたは大企業向けで、より高度なソフトウェア機能を備えています。NASソリューションは通常、ハードドライブがインストールされていない状態で販売され、購入者（またはIT部門）がハードドライブのコスト、サイズ、品質を選択できるようにします。

NASデバイスの製造方法は、大きく3つのタイプに分類できます。

1. コンピュータベースのNASは、通常ARM、Intel、またはAMDのプロセッサを搭載したコンピュータ（サーバーレベルまたはパーソナルコンピュータ）を使用し、FTP/SMB/AFPなどのソフトウェアサーバーをインストールします。このタイプのNASは消費電力が最も大きいですが、機能も最も強力です。Synology 、QNAP、Asustor、TerraMaster、Ugreenなどの大手NASメーカーがこれらのタイプのデバイスを製造しています。FTPの最大スループット速度は、コンピュータのCPUとRAM容量によって異なります。 
2. 組み込みシステムベースのNASは、 ARMまたはMIPSベースのプロセッサアーキテクチャとリアルタイムオペレーティングシステム（RTOS）または組み込みオペレーティングシステムを使用してNASサーバーを実行します。このタイプのNASは消費電力が適度で、NASの機能はほとんどのエンドユーザーの要件を満たすことができます。Marvell 、Oxford、StorlinkなどがこのタイプのNAS向けチップセットを製造しています。最大FTPスループットは20MB /秒から120MB/秒までです。   
3. ASICベースのNAS –単一のASICチップを使用してNASをプロビジョニングし、ハードウェアでTCP/IPとファイルシステムを実装します。チップ内にOSはなく、パフォーマンス関連の処理はすべてハードウェアアクセラレーション回路によって行われます。このタイプのNASは、SMBとFTPのみをサポートする機能に限定されているため、消費電力は低くなっています。LayerWalkerは、このタイプのNAS向けチップセットの唯一のメーカーです。最大FTPスループットは40MB /秒です。  

NAS は、大量のデータを扱う環境でクライアント コンピュータに提供される一般的な集中ストレージ以上の用途に役立ちます。NAS は、ストレージ サービスを提供することで、負荷分散やフォールト トレラントな電子メールおよび Web サーバー システムなどの、よりシンプルで低コストなシステムを実現できます。消費者市場では、NAS デバイスは「プライベート クラウド」 ソリューションへと進化しました。これにより、ユーザーは、データの完全な所有権を保持したまま、さまざまなデバイス (スマートフォンや PC など) からマルチメディア データやファイルを保存できます。パブリック クラウド サービスとは異なり、これらのプライベート クラウド セットアップでは、通常、ストレージ容量に対する月額料金は必要ありません。^{[ 10 ]}このような消費者向けアプライアンスは現在、広く入手可能です。ラック マウント型とは異なり、一般的に小型のフォーム ファクタでパッケージ化されています。NAS アプライアンスの価格は近年大幅に下落し、通常のUSBまたはFireWire外付けハードディスクとほぼ同じ価格で、家庭向け消費者市場に柔軟なネットワーク ベースのストレージを提供しています。これらの家庭用消費者向けデバイスの多くは、組み込み Linuxオペレーティングシステムを実行するARM、x86、またはMIPSプロセッサを中心に構築されています。

専用バックアップアプライアンス(PBBA) は、バックアップデータを保存することを目的とした NAS の一種です。PBBA には通常、データ重複排除、圧縮、RAID 6またはその他の冗長ハードウェアコンポーネント、および自動メンテナンスが含まれています。^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} PBBA は、バックアップおよび災害復旧アプライアンス、または単にバックアップアプライアンスと呼ばれることもあります。

クラスタ型NASとは、複数のサーバー上で同時に動作する分散ファイルシステムを使用するNASのことです。クラスタ型NASと従来のNASの主な違いは、クラスタノードまたはストレージデバイス全体にデータとメタデータを分散（ストライピングなど）できる点です。クラスタ型NASは、従来のNASと同様に、データの実際の保存場所に関係なく、クラスタノードのいずれからでもファイルに統一的にアクセスできます。

• 「ネットワーク接続型セキュアディスク用ファイルシステム」。Garth Gibson、David F. Nagle*、Khali Amiri*、Fay W. Chang、Howard Gobioff、Erik Riedel*、David Rochberg、Jim Zelenka、技術報告書 CMU-CS-97-118、1997年7月。
• 「ネットワーク接続型セキュアディスクによるファイルサーバーのスケーリング」。コンピュータシステムの計測とモデリングに関する国際合同会議、米国ワシントン州シアトル、1997年、pp. 272–284 ISBN 0-89791-909-2。

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