自1983年Novell發表應用於Netware的NCP協定、1984年Sun於發表應用於Unix的NFS協定,開啟了檔案網路共享應用先河後,檔案層級的網路共享儲存應用,已經滲透進IT應用的每個領域,從個人、企業到政府機構或研究單位,無論哪種層次、類型的IT應用,都會牽涉到檔案共享存取應用。因此專門提供這種應用的網路附加儲存設備(NAS),也就成了當前不可或缺的IT基礎設備之一。

面向不同需求的NAS產品

雖然不同層次的使用者都需要網路共享存取服務,但不同規模、應用型態的環境,對存取服務的效能、儲存容量、服務的可用性、可靠性等需求,以及取得服務所能承擔的成本均有很大差異。為了適應不同規模、類型的用戶需求,NAS產品也就形成了幾種不同的類型:

如對能源、醫療、國防等領域的使用者來說,需要的是能配合高效能運算需求的高性能、高可靠性與大容量的檔案存取服務,針對這類需求的是叢集式的NAS產品,可透過結合多個節點得到極高的效能、可用性與容量。

而對多數中大型企業來說,需要的是足夠可靠、可保障關鍵業務服務的持續,且能隨業務量增加彈性擴展容量的系統,針對這樣的需求,主流產品是具備高可用性(HA)架構,且能透過介接後端磁碟櫃擴展容量的雙控制器、可擴展式NAS。

至於中小企業用戶,對儲存容量與效能的要求相對有限,由於業務關鍵性有限,較能承受系統失效(允許系統停機維護),不過對價格十分敏感,適合這類環境的,便是那些省略了擴充能力、也不支援HA架構、但價格十分經濟實惠的單機機架式或高階桌上型NAS,前者針對擁有標準機架式部署環境的用戶,後者則針對不採用機架部署的用戶。

而對個人用戶來說,由於沒有機架部署需求,對系統可用性、容量與效能需求也都有限,最重要的考量因素是價格,因此適用的產品便是可提供最基本資料保護能力、價格也最低廉的2~4Bay桌上型NAS。

NAS應用需求的變化

近幾年來,隨著數位資料量的爆炸性增長,讓NAS領域原來井然有序的產品形態區分,也出現了根本性的變化。

Big Data帶來Scale-Out架構風潮——叢集儲存系統進入企業高階應用

今日企業需儲存與處理的資料量數倍於以往,即使是小型企業所擁有的資料量也多已進入TB級領域,大型企業進入PB等級資料量的也已不少,依據ESG的調查,許多企業的資料量是以每年20%甚至50%的幅度增長,更糟的是還看不到增加的盡頭位於何處…,而這些增加的資料,大都是以檔案型態存在的非結構化資料,這也造成企業對檔案儲存與NAS系統的需求大為增加。

但傳統居於企業NAS應用主流的雙控制器可擴充式NAS,由於擴展型式的先天局限,越來越無法應對企業資料量增加所帶來的容量—效能雙重擴展需求。

傳統的可擴充式NAS可藉由在後端介接磁碟櫃來增加容量,但擴展能力與彈性均有限。首先,1、2臺NAS控制器允許承載的總磁碟數量有限,以當前產品來說,即使高階的雙控NAS系統,承載1,000臺左右的磁碟便已是上限。

其次,系統的整體存取效能,受NAS控制器的處理器效能與I/O頻寬所限制,到達NAS控制器規格允許的效能上限後,就只能換掉整臺NAS控制器,代之以更高階的控制器。但即使換了更高階的NAS控制器,也有達到其效能上限的時候,屆時又得再更換新的控制器,才能提高效能,如此周而復始,既不方便又缺乏彈性。

改用叢集式系統便是解決前述問題的解答。透過叢集作業系統與分散式檔案系統,可將多臺NAS控制器結合為一個整體,藉由平行處理與負載平衡等機制,統一運用所有節點的處理器效能與磁碟空間。只要在叢集中納入更多節點,便能線性地提高效能,也便於提高磁碟空間。透過這種所謂的「Scale-Out」橫向擴展,叢集式NAS的擴充彈性、可達到的效能與容量都超過傳統的NAS,舉例來說,當前的叢集式NAS產品,理論上能夠匯集十數臺、數十臺甚至上百臺NAS控制器節點,並提供3,000臺,甚至7,000臺以上的總磁碟數量。

於是為了改善擴充彈性,並獲得足以處理數百TB甚至PB等級大數據量的效能與容量,原本主要被應用在高效能運算(HPC)領域的叢集式NAS,近年來也開始走入一般的企業應用,使得Scale-Out叢集式NAS成了近來最熱門的儲存設備領域之一。

不過要特別注意的是,Scale-Out NAS與傳統NAS間最關鍵的差別在於作業系統與檔案系統,而不在硬體上。事實上除了EMC Isilon外,其餘廠商的Scale-Out NAS,大都是利用既有的標準規格伺服器與磁碟陣列硬體搭配而成,只是在充任NAS控制器的伺服器上,執行專用的叢集作業系統而已。

低階企業級產品競爭激烈——低階企業型與高階個人端界線模糊

過去企業級與個人端NAS是兩個彼此截然不同的領域,企業級要求效能、容量與可用性,個人端產品則訴求低價位與易用性,兩個領域不僅產品特性不同,供應商也涇渭分明。

不過由於處理器技術的進步,新一代個人端NAS使用的處理器如Intel Atom系列、Core i3等,效能均已大幅提高,遠超過先前同類產品使用的嵌入式處理器。另一方面,隨著硬碟儲存密度的不斷提高,單臺3TB、4TB容量的硬碟均已問世,即使一臺4、5Bay容量的桌上型NAS,也能提供10多TB到20TB原生容量,以及尚稱不錯的傳輸效能。

而在軟體功能方面,藉由開源資源的幫助,個人端NAS廠商也先後在他們的NAS作業系統中,整合了快照、遠端複製、iSCSI、網路負載平衡、頻寬聚集等企業應用導向的功能,許多過去只有企業級NAS才擁有的功能,現在都已普及到了個人端NAS上。

這樣的發展,也導致低階企業級與高階個人端NAS之間,界線日趨模糊,對於要求不高的企業來說,選用高階個人端NAS也能滿足需求,而不是非選擇企業級NAS不可。

許多原以個人端應用領域為主的NAS廠商,近年來也紛紛加大了對高階桌上型與低階機架式NAS產品的發展。幾年前,桌上型NAS最大只有到4Bay容量,不過目前已有許多5、6Bay,甚至8Bay、12Bay容量的機型,有些還能透過外接擴充機型得到36Bay容量。另一方面,這些廠商原先雖也擁有針對企業的機架式產品,但基本上只有1U機型,能涵蓋的應用環境有限,但近來也陸續推出2U、3U等更大容量的機型,大大豐富了低階企業級NAS產選擇彈性。

可做到一機多用——檔案存取與區塊存取的結合

不同時代各有熱門用語,對NAS領域來說,當前最流行的便是「Scale-Out」,更早時候,流行的則是「融合」、「Unified」或「統一儲存」。

所謂的「融合」、「Unified」或「統一儲存」,指的是由同一套儲存設備同時提供區塊與檔案存取服務,兼任SAN與NAS兩種角色。

原本SAN與NAS是兩種層級與型態完全不同的儲存應用,但基於提高設備運用效率,簡化系統部署與管理架構等考量,以NetApp為首的廠商提出了「Unified Storage」的概念,也就是一臺儲存設備同時提供NAS與SAN兩種型態的儲存服務,達到一機多用的效益。

要結合NAS與SAN通常有三種做法:

● NAS閘道器+SAN儲存設備

這是最傳統的做法,由SAN磁碟陣列搭配NAS閘道器,將磁碟陣列部分空間掛載給NAS閘道器,然後由NAS閘道器提供NAS服務,而後端的SAN磁碟陣列則提供SAN服務。許多大廠都能提供這類產品,如EMC舊有的CLARiion+Celerra組合與新的VNX系列,HDS的USP、AMS磁碟陣列與HNAS閘道器的組合等。

不過這種方式雖然能同時提供NAS與SAN服務,但在硬體上只整合了最底層的磁碟資源,上層的控制器仍是區分為SAN控制器與NAS控制器兩部分,未能合而為一。

● NAS+iSCSI/FC Target軟體

只要在NAS應用程式中增加iSCSI與FC Target軟體,就能將NAS的磁碟區模擬為iSCSI或FC LUN,透過乙太網路或FC HBA提供給前端主機存取,讓NAS成為一臺兼顧SAN區塊存取應用的整合儲存設備。

要讓Target軟體發揮作用,還需底層硬體配合,iSCSI需要乙太網路,而FC Target則需要FC HBA。由於NAS本身同樣是使用乙太網路,因此增加iSCSI Target功能時,並不需要增加硬體方面的投資,反之若要提供FC Target功能,就得另外安裝FC HBA卡。

考慮到成本上的巨大差距,目前iSCSI Target在NAS上的應用遠比FC Target普遍。不管NAS是基於哪種作業平臺,都有許多開源或商用版iSCSI Target軟體可供選擇。

以當前最普遍被NAS廠商採用作為底層核心的Linux為例,就有SCST、STGT、IET與LIO等SCSI Target軟體可用,其中SCST與LIO還支援FC Target。目前幾乎所有採用Linux-based作業系統的NAS廠商,都利用這種方式提供了iSCSI Target功能。

而微軟在專供NAS廠商OEM使用的Windows Storage Server作業系統中,也內建了iSCSI Target功能,因此HP、Dell與其他許多廠商採用Windows Storage Server的NAS產品,都透過這個方式支援iSCSI存取。

● NAS虛擬機器+SAN虛擬機器

透過虛擬化技術,將一臺控制器資源分割為多個虛擬機器,讓不同虛擬機器分別執行NAS與SAN服務。在邏輯上,這種架構實際上仍是一臺獨立的NAS加上一臺獨立的SAN,不過兩者都是基於同一臺實體控制器。

率先採用這種架構的是EMC的VNXe。VNXe採用雙控制器互相備援的架構,每臺控制器據說各自執行了5個虛擬機器,其中2個用於執行DART作業系統、2個執行Flare作業系統,最後1個用於執行Control Station。

DART與Flare兩種作業系統,分別用於提供NAS與SAN服務,2個DART與2個Flare虛擬機器中,各有1個用於處理本控制器的I/O,各自的另1個虛擬機器則是用於備援。

在這個架構中,執行DART的虛擬機器等同於一臺NAS閘道器,後端的磁碟由Flare虛擬機器負責管理,並向DART虛擬機器提供磁碟空間。

透過這種方式,可在VNXe上,沿用久經驗證、成熟可靠的DART與Flare作業系統,既保證了穩定性,也能沿用Celerra與CLARiiON豐富的附加應用軟體(前述關於EMC VNXe的敘述為外界推測,非EMC官方說法)。

我們對NAS產品的選擇與區分

這次採購特輯涵蓋了傳統可擴充式,新興的叢集式、單機機架式與桌上型等4大類型的NAS產品,一共包括了21家廠商的160多款產品相關規格資訊。

我們選擇的產品標準是容量最低4Bay以上,我們認為,要確保企業資料的可靠性,並兼顧足夠的容量需求,讓NAS底層的磁碟組成RAID5、並加上一臺備用Spare硬碟是最低限度的要求,而4Bay是滿足這個要求所需的最低磁碟數量,因此將「企業級」NAS的標準訂為最少擁有4Bay以上磁碟槽容量。

4Bay容量是最低標準,最高則沒有上限,所以涵蓋了從只提供4Bay容量的桌上型NAS或1U機架式NAS,到可提供上千臺硬碟擴充能力的高階可擴充式NAS,以及最新的Scale-Out式NAS等不同產品層級。

NAS產品版圖的變化

依旗下產品的類型,我們大致可將當前NAS供應商分為三個族群:

EMC、NetApp、HDS、HP等外商大廠,產品主要集中在可擴充式NAS。

而普樺、延碩、Sans Digital等規模較小的企業級儲存設備廠商,NAS產品主要集中在入門級可擴充式NAS、單機機架式NAS,還有少數高階桌上型NAS。長期專注於磁碟陣列產品的普安,近來也加入了這個層級的NAS供應商族群。

群暉、威聯通、色卡司(宏普)與Buffalo等,產品主要是桌上型NAS,另外還有一些入門級的機架式NAS。

不過近2年來,原先以消費端產品為主的幾家廠商,「向上」擴展企業級產品線的企圖心非常明顯,這些廠商先前雖然也都有針對企業端應用的機架式產品,不過大都只提供1U機型,但近來紛紛推出2U、3U甚至是可擴充的機型,大幅擴展了產品涵蓋的容量與應用範圍。這不僅與原先的低階企業級NAS供應商形成了直接競爭,也讓這個層級的用戶有了更多選擇。

而從產品類型來區分,不同類型NAS的市場生態也迥然有別:

在當前最高階的Scale-Out NAS方面,幾乎都是外商產品,除了EMC、NetApp、IBM、HP、HDS等傳統儲存大廠外,還有近年在儲存方面大力投入的Dell、Oracle,以及由立捷速能引進的DataDirect Networks,本土廠商中,目前只有延碩有提供Scale-Out NAS。

在傳統的可擴充式NAS方面,最重要的廠商仍是前述外商大廠,可提供從入門級到高階型產品的選擇。部份本土廠商也能提供入門級的可擴充式NAS。

單機機架式NAS是目前最「擁擠」的一個產品類型,除了原先便在這個領域耕耘的企業級產品廠商外,原先以消費端產品為主的廠商近來也大力投入這個領域,可選擇的廠牌與產品非常多。

而在桌上型NAS方面,雖然這類型產品最初是針對個人、家庭、小型辦公室的需求,不過由於處理器效能與軟體功能的進步,較高階的桌上型NAS也能因應一般的企業需求,而群暉、威聯通、色卡司等主要的桌上型NAS廠商,近來也推出了容量高達8Bay甚至10Bay以上的高階桌上型NAS,更進一步擴展了桌上型NAS的應用範圍。

4大類NAS產品的特點

[圖表] 當前主要NAS廠商產品涵蓋範圍(點此看圖)


相關報導請參考「2012企業級NAS採購大特輯(上)」「2012企業級NAS採購大特輯(下)」

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