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 ) は、ブロックレベル ストレージではなく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、コンピュータ ネットワークに接続され、異機種のクライアント グループにデータ アクセスを提供します。「NAS 」という用語は、関連するテクノロジ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特殊なデバイスを指す場合もあります (ローカル エリア ネットワークなどの関連テクノロジとは異なり、NAS デバイスは単一のユニットであることが多いため)。

NAS デバイスは、ハードウェア、ソフトウェア、または構成によって、ファイルを提供するのに最適化されています。多くの場合、NAS はコンピュータ アプライアンス (専用の特殊なコンピュータ) 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、論理的な冗長ストレージ コンテナーまたはRAIDに配置されています。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提供の責任を取り除く方法として人気が高まり始めました。これにより、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、データ アクセスの高速化、管理の容易化、構成の簡素化を実現できます。^[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、機能的には非 NAS ドライブと似ていますが、ファームウェア、振動耐性、または電力消費が異なり、NAS 実装でよく使用されるテクノロジである RAID アレイでの使用に適したものになっている場合があります。^[2]たとえば、一部の NAS バージョンのドライブでは、拡張エラー回復を無効にできるコマンド拡張機能がサポートされています。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、多大な努力を払う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、1 つのドライブ上の 1 つの不良ブロックは、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。ドライブが数秒かけて広範囲にわたる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」としてフラグ付けする可能性がありますが、データ ブロックにチェックサム エラーがあるとすぐに応答すると、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します。NASユニットで他のソフトウェアを実行することは技術的には可能ですが、通常は汎用サーバーとして設計されていません。たとえば、NASユニットには通常キーボードやディスプレイがなく、ネットワーク経由でブラウザを使用して制御および構成されます。^[3]

NAS デバイスで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、簡素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 つ以上のハード ディスク ドライブが含まれており、多くの場合、論理的な冗長ストレージ コンテナーまたはRAIDに配置されます。

NAS は、 NFS ( UNIXシステムで普及)、SMB ( Server Message Block ) ( Microsoft Windowsシステムで使用)、AFP ( Apple Macintoshコンピュータで使用)、NCP ( OESおよびNovell NetWareで使用)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制限することはほとんどありません。

直接接続ストレージ(DAS) と NASの主な違いは、DAS は既存のサーバーの単なる拡張機能であり、必ずしもネットワーク化されているわけではないことです。名前が示すように、DAS は通常、USBまたはThunderbolt対応ケーブルを介して接続されます。NAS は、ネットワーク経由でファイルを共有するための簡単で自己完結型のソリューションとして設計されています。

DAS と NAS はどちらも、RAIDまたはクラスタリングを使用することでデータの可用性を高めることができます。

NAS と DAS はどちらもさまざまな量のキャッシュ メモリを搭載でき、パフォーマンスに大きく影響します。NAS の使用とローカル (ネットワーク化されていない) DAS の使用を比較すると、NAS のパフォーマンスは主にネットワークの速度と混雑状況によって決まります。

NAS は一般に、ハードウェア (CPU、メモリ、ストレージ コンポーネント) や低レベルのソフトウェア (拡張機能、プラグイン、追加プロトコル) の点ではカスタマイズ性に欠けますが、ほとんどの NAS ソリューションには、システムをより適切に構成したり、ストレージ以外の機能 (ビデオ監視、仮想化、メディアなど) を追加したりするためのさまざまなソフトウェア アプリケーションをインストールするオプションが含まれています。DAS は通常、データ ストレージのみに重点を置いていますが、特定のベンダー オプションに基づいて機能を利用できる場合があります。

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 システムに関する懸念を「クライアント」側に残す SAN (ストレージ エリア ネットワーク) とよく対比されます。SAN プロトコルには、ファイバー チャネル、iSCSI、ATA over Ethernet (AoE)、およびHyperSCSIがあります。

NAS と SAN の違いを大まかに概念化すると、NAS はクライアント OS (オペレーティング システム) に対してファイル サーバーとして表示されます(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プできます)。一方、SAN を介して利用できるディスクは、クライアント OS に対してディスクとして表示され、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 ディスクと共に) 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することができます。

SAN と NAS はそれぞれ異なるものですが、相互に排他的ではなく、SAN-NAS ハイブリッドとして組み合わせて、同じ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) の両方を提供することもできます。共有ディスク ファイル システムをSAN 上で実行して、ファイル システム サービスを提供することもできます。

1980 年代初頭、ニューキャッスル大学のブライアン・ランデルと彼の同僚による「ニューキャッスル コネクション」は、一連の UNIX マシン間でのリモート ファイル アクセスを実証し、開発しました。^{[4] [5]} Novell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 年にリリースされました。ニューキャッスル コネクションに続いて、Sun Microsystemsは 1984 年にNFSをリリースし、ネットワーク サーバーがネットワーク クライアントとストレージ領域を共有できるようになりました。3Com とMicrosoft は、この新しい市場をさらに拡大するために、LAN Managerソフトウェアとプロトコルを開発しました。3Comの3Serverと3+Shareソフトウェアは、オープン システム サーバー用に特別に構築された最初のサーバー (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) でした。

Novell、IBM、Sunのファイル サーバーの成功に刺激を受けて、いくつかの企業が専用のファイル サーバーを開発しました。3Com はデスクトップ オペレーティング システム専用の NAS を最初に構築した企業の 1 つでしたが、 Auspex Systems はUNIX 市場で使用するための専用 NFS サーバーを最初に開発した企業の 1 つでした。Auspex のエンジニアのグループは 1990 年代初頭に独立し、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しやすさを備えた統合型NetApp FASを作成しました。これにより、現在 NetApp と EMC Celerra が主導する 独自のNAS デバイスの市場が始まりました。

2000 年代初頭から、クラスター化された NAS の形で、単一ファイル ソリューションに代わるソリューションを提供する一連のスタートアップ企業が登場しました。例としては、Spinnaker Networks ( 2004 年 2 月にNetAppが買収)、 Exanet ( 2010 年 2 月にDellが買収)、Gluster (2011 年に RedHat が買収)、ONStor (2009 年に LSI が買収)、IBRIX ( HPが買収)、Isilon (2010 年 11 月に EMC が買収)、PolyServe (2007 年にHPが買収)、Panasasなどがあります。

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ました。 ^{[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予定です (すべてハイブリッド クラウド モデルを採用しており、データはオンプレミスの NAS とオフサイトの別の NAS またはパブリック クラウド サービス プロバイダーの両方に保存できます)。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 つ目は中小企業に焦点を当てたタイプで、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、通常はタワーまたはラックマウントのフォーム ファクターで提供されます。価格は、サポートされるプロセッサ、コンポーネント、および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とともに提供されます。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。

メーカーによる NAS デバイスの製造方法は、次の 3 つのタイプに分類できます。

1. コンピューターベースの NAS – 通常は Intel または AMD のプロセッサを搭載したコンピューター (サーバー レベルまたはパーソナル コンピューター) を使用して、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 の電力消費は最大ですが、機能は最も強力です。Synology 、QNAP システム、Asusなどの大手 NAS メーカーが、このタイプのデバイスを製造しています。最大 FTP スループット速度は、コンピューターのCPUと RAM の量によって異なります。
2. 組み込みシステムベースの NAS – 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 の電力消費は適切で、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 、および Storlink は、このタイプの NAS 用のチップセットを製造しています。最大 FTP スループットは 20 MB/秒から 120 MB/秒までさまざまです。
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、ハードウェアを使用して TCP/IP とファイル システムを実装します。チップには OS はなく、パフォーマンス関連の操作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実行されます。このタイプの NAS の電力消費は低く、機能は SMB と FTP のみのサポートに制限されています。LayerWalkerは、このタイプの NAS 用の唯一のチップセット メーカーです。最大 FTP スループットは 40 MB/秒です。

NAS は、大量のデータがある環境のクライアント コンピューターに提供される一般的な集中型ストレージ以上の用途で役立ちます。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、よりシンプルで低コストのシステムを実現できます。NAS の潜在的な新興市場は、大量のマルチメディア データがある消費者市場です。このような消費者市場向けアプライアンスは現在、一般的に入手できます。ラックマウント型のアプライアンスとは異なり、これらは通常、より小さなフォーム ファクター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^{[いつ? ]大幅に低下しており、通常の}USBまたはFireWire外付けハード ディスクとほとんど変わらない価格で、柔軟なネットワークベースのストレージを家庭の消費者市場に提供しています。これらの家庭向け消費者デバイスの多くは、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。

LinuxおよびFreeBSDのオープンソースNAS 向けディストリビューションが利用可能です。これらは、一般的な PC ハードウェアに簡単にセットアップできるように設計されており、通常は Web ブラウザを使用して構成されます。

これらは、仮想マシン、Live CD、起動可能なUSB フラッシュ ドライブ ( Live USB )、またはマウントされたハード ドライブのいずれかから実行できます。これらのオペレーティング システムで無料で入手できるSamba ( SMBデーモン)、NFSデーモン、およびFTPデーモンを実行します。

ネットワーク接続セキュアディスク（NASD ）は、カーネギーメロン大学の1997年から2001年の研究プロジェクトであり、費用対効果の高いスケーラブルなストレージ 帯域幅を提供することを目標としています。^{[10] NASDは、ストレージデバイスがデータを}クライアントに直接転送できるようにすることで、ファイルサーバー（ファイルマネージャー）のオーバーヘッドを削減します。ファイルマネージャーの作業のほとんどは、ファイルシステムポリシーをディスクに統合することなく、ストレージディスクにオフロードされます。読み取り/書き込みなどのクライアント操作のほとんどはディスクに直接行われ、認証などの頻度の低い操作はファイルマネージャーに行われます。ディスクは、固定サイズのブロックではなく可変長のオブジェクトをクライアントに転送します。ファイルマネージャーは、クライアントがストレージオブジェクトにアクセスするための時間制限付きのキャッシュ可能な機能を提供します。クライアントからディスクへのファイルアクセスは、次のシーケンスで行われます。

1. クライアントはファイル マネージャーで自身を認証し、ファイル アクセスを要求します。
2. 要求されたファイルへのアクセスをクライアントに許可できる場合、クライアントはNASD ディスクのネットワーク上の場所とその機能を受け取ります。
3. クライアントが初めてディスクにアクセスする場合、ディスクへの安全な通信を確立するための時間制限付きキーを受け取ります。
4. ファイル マネージャーは、独立したチャネルを使用して対応するディスクに通知します。
5. 今後、クライアントは受け取った機能を提供することで NASD ディスクに直接アクセスし、それ以降のデータ転送はファイル マネージャーをバイパスしてネットワーク経由で行われます。

クラスターNAS は、複数のサーバーで同時に実行される^分散ファイル システムを使用する NAS です。クラスター NAS と従来の NAS の主な違いは、クラスター 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する機能です^{(例:ストライプ}) 。クラスター NAS は、従来の NAS と同様に、データの実際の場所に関係なく、任意のクラスター ノードからファイルに統合されたアクセスを提供します。

• 「ネットワーク接続されたセキュア ディスクのファイル システム」。Garth Gibson、David F. Nagle*、Khali Amiri*、Fay W. Chang、Howard Gobioff、Erik Riedel*、David Rochberg、Jim Zelenka、技術レポート 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測定とモデリングに関する合同国際会議、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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