Armazenamento conectado à rede

 Nota: Não confundir com Gaveta de disco rígido, nem com Dispositivo de armazenamento portátil.

Este artigo é sobre computação. Para outros usos, ver Nihon Ad Systems.

 Nota: "NAS (computação)" redireciona para este artigo. Para Network access server, veja Servidor de acesso à rede.

O armazenamento conectado à rede (NAS) é um servidor de armazenamento de dados em nível de arquivo conectado a uma rede de computadores, fornecendo acesso a dados para um grupo heterogêneo [en] de clientes. Nesse contexto, o termo "NAS" pode se referir tanto à tecnologia e aos sistemas envolvidos, quanto a uma unidade de dispositivo especializado construído para tal funcionalidade – um appliance NAS ou caixa NAS. O NAS se diferencia do armazenamento em nível de bloco, das redes de área de armazenamento (SAN) e do armazenamento conectado diretamente (DAS).

Um servidor NAS de cinco baias

Visão geral

Um dispositivo NAS é otimizado para servir arquivos, seja por seu hardware, software ou configuração. Geralmente, é fabricado como um dispositivo de computador (appliance) – um computador especializado e construído para um propósito específico. Os sistemas NAS são dispositivos em rede que contêm uma ou mais unidades de armazenamento, frequentemente organizadas em contêineres de armazenamento lógicos e redundantes ou RAID. O armazenamento conectado à rede normalmente fornece acesso a arquivos usando protocolos de compartilhamento de arquivos de rede, como NFS, SMB ou AFP. A partir de meados da década de 1990, os dispositivos NAS começaram a ganhar popularidade como um método conveniente de compartilhamento de arquivos entre vários computadores, bem como para remover a responsabilidade de servir arquivos de outros servidores na rede; ao fazer isso, um NAS pode fornecer acesso a dados mais rápido, administração mais fácil e configuração mais simples, em oposição ao uso de um servidor de uso geral para servir arquivos.^[1]

Acompanhando um NAS, existem discos rígidos construídos especificamente para esse fim, que são funcionalmente semelhantes às unidades não-NAS, mas podem ter firmware, tolerância à vibração ou dissipação de energia diferentes para torná-los mais adequados para uso em arranjos RAID, uma tecnologia frequentemente usada em implementações de NAS.^[2] Por exemplo, algumas versões NAS de drives suportam uma extensão de comando para permitir que a recuperação estendida de erros seja desativada. Em uma aplicação não-RAID, pode ser importante para uma unidade de disco fazer grandes esforços para ler com sucesso um bloco de armazenamento problemático, mesmo que isso leve vários segundos. Em um arranjo RAID configurado adequadamente, um único bloco defeituoso em uma única unidade pode ser recuperado completamente através da redundância codificada no conjunto RAID. Se uma unidade passar vários segundos executando tentativas extensas, isso pode fazer com que o controlador RAID sinalize a unidade como "inativa" (down), enquanto se ela simplesmente respondesse prontamente que o bloco de dados tinha um erro de soma de verificação (checksum), o controlador RAID usaria os dados redundantes nas outras unidades para corrigir o erro e continuar sem qualquer problema.

Descrição

Uma unidade NAS é um computador conectado a uma rede que fornece apenas serviços de armazenamento de dados baseados em arquivos para outros dispositivos na rede. Embora possa ser tecnicamente possível executar outros softwares em uma unidade NAS, ela geralmente não é projetada para ser um servidor de uso geral. Por exemplo, as unidades NAS geralmente não possuem teclado ou monitor e são controladas e configuradas pela rede, frequentemente usando um navegador.^[3]

Um sistema operacional completo não é necessário em um dispositivo NAS, então frequentemente um sistema operacional simplificado é usado.

Os sistemas NAS contêm uma ou mais unidades de disco rígido, frequentemente organizadas em contêineres de armazenamento lógicos e redundantes ou RAID.

O NAS usa protocolos baseados em arquivos, como NFS (popular em sistemas UNIX), SMB (Server Message Block) (usado com sistemas Microsoft Windows), AFP (usado com computadores Apple Macintosh) ou NCP (usado com OES [en] e Novell NetWare). As unidades NAS raramente limitam os clientes a um único protocolo.

Comparação com DAS

A principal diferença entre o armazenamento diretamente conectado (DAS) e o NAS é que o DAS é simplesmente uma extensão de um servidor existente e não é necessariamente conectado em rede. Como o nome sugere, o DAS normalmente é conectado via cabo USB ou Thunderbolt. O NAS é projetado como uma solução fácil e independente para compartilhar arquivos pela rede.

Tanto o DAS quanto o NAS podem potencialmente aumentar a disponibilidade de dados usando RAID ou clustering.

Tanto o NAS quanto o DAS podem ter várias quantidades de memória cache, o que afeta muito o desempenho. Ao comparar o uso de NAS com o uso de DAS local (não conectado em rede), o desempenho do NAS depende principalmente da velocidade e do congestionamento na rede.

A maioria das soluções NAS incluirá a opção de instalar uma ampla gama de aplicativos de software para permitir uma melhor configuração do sistema ou para incluir outros recursos fora do armazenamento (como vigilância por vídeo, virtualização, mídia, etc.). O DAS normalmente é focado apenas no armazenamento de dados, mas recursos podem estar disponíveis com base nas opções específicas do fornecedor.

Comparação com SAN

Diferenciação visual do uso de NAS e SAN na arquitetura de rede

O NAS fornece tanto armazenamento quanto um sistema de arquivos. Isso é frequentemente contrastado com a SAN (rede de área de armazenamento), que fornece apenas armazenamento baseado em blocos e deixa as questões do sistema de arquivos para o lado do "cliente". Os protocolos SAN incluem Fibre Channel, iSCSI, ATA over Ethernet [en] (AoE) e HyperSCSI [en].

Uma maneira de conceituar vagamente a diferença entre um NAS e uma SAN é que o NAS aparece para o SO (sistema operacional) do cliente como um servidor de arquivos (o cliente pode mapear [en] unidades de rede para compartilhamentos nesse servidor), enquanto um disco disponível através de uma SAN ainda aparece para o SO do cliente como um disco, visível em utilitários de gerenciamento de disco e volume (junto com os discos locais do cliente), e disponível para ser formatado com um sistema de arquivos e montado [en].

Apesar de suas diferenças, SAN e NAS não são mutuamente exclusivos e podem ser combinados como um híbrido SAN-NAS, oferecendo tanto protocolos de nível de arquivo (NAS) quanto protocolos de nível de bloco (SAN) a partir do mesmo sistema^{[carece de fontes?]}. Um sistema de arquivos de disco compartilhado [en] também pode ser executado em cima de uma SAN para fornecer serviços de sistema de arquivos.

História

No início da década de 1980, a "Newcastle Connection [en]" por Brian Randell e seus colegas na Universidade de Newcastle demonstrou e desenvolveu o acesso remoto a arquivos através de um conjunto de máquinas UNIX.^[4][5] O sistema operacional de servidor NetWare da Novell e o protocolo NCP [en] foram lançados em 1983. Seguindo a Newcastle Connection, o lançamento de 1984 do NFS pela Sun Microsystems permitiu que servidores de rede compartilhassem seu espaço de armazenamento com clientes em rede. A 3Com e a Microsoft desenvolveriam o software e protocolo LAN Manager para promover esse novo mercado. O software 3Server [en] e 3+Share [en] da 3Com foi o primeiro servidor construído para um propósito específico (incluindo hardware proprietário, software e múltiplos discos) para servidores de sistemas abertos.

Inspiradas pelo sucesso dos servidores de arquivos da Novell, IBM e Sun, várias empresas desenvolveram servidores de arquivos dedicados. Enquanto a 3Com estava entre as primeiras empresas a construir um NAS dedicado para sistemas operacionais de desktop, a Auspex Systems [en] foi uma das primeiras a desenvolver um servidor NFS dedicado para uso no mercado UNIX. Um grupo de engenheiros da Auspex se separou no início da década de 1990 para criar o NetApp FAS [en] integrado, que suportava tanto os protocolos Windows SMB quanto UNIX NFS e tinha escalabilidade e facilidade de implantação superiores. Isso iniciou o mercado para dispositivos NAS proprietários [en], agora liderado pela NetApp e EMC Celerra.

Começando no início dos anos 2000, uma série de startups surgiu oferecendo soluções alternativas para soluções de arquivamento único na forma de NAS em cluster – Spinnaker Networks (adquirida pela NetApp em fevereiro de 2004), Exanet [en] (adquirida pela Dell em fevereiro de 2010), Gluster (adquirida pela Red Hat em 2011), ONStor (adquirida pela LSI em 2009), IBRIX [en] (adquirida pela HP), Isilon [en] (adquirida pela EMC em novembro de 2010), PolyServe (adquirida pela HP em 2007) e Panasas [en], para citar algumas.

Em 2009, fornecedores de NAS (notadamente CTERA networks^[6][7] e Netgear [en]) começaram a introduzir soluções de backup online [en] integradas em seus appliances NAS, para recuperação de desastres online.^[8][9]

Em 2021, três tipos principais de soluções NAS são oferecidos (todos com modelos de nuvem híbrida onde os dados podem ser armazenados tanto localmente no NAS quanto externamente em um NAS separado ou através de um provedor de serviços de nuvem pública). O primeiro tipo de NAS é focado nas necessidades do consumidor com opções de menor custo que normalmente suportam de 1 a 5 discos rígidos hot plug. O segundo é focado em pequenas e médias empresas – essas soluções NAS variam de 2 a 24+ discos rígidos e são normalmente oferecidas em formatos de torre ou rack. O preço pode variar muito dependendo do processador, componentes e recursos gerais suportados. O último tipo é voltado para empresas ou grandes negócios e é oferecido com recursos de software mais avançados. As soluções NAS são normalmente vendidas sem discos rígidos instalados para permitir que o comprador (ou departamentos de TI) selecione o custo, tamanho e qualidade do disco rígido.

Implementação

A maneira como os fabricantes produzem dispositivos NAS pode ser classificada em três tipos:

1. NAS baseado em computador – usando um computador (nível de servidor ou um computador pessoal) com processadores tipicamente da Intel ou AMD, instala software de servidor FTP/SMB/AFP. O consumo de energia deste tipo de NAS é o maior, mas suas funções são as mais poderosas. Alguns grandes fabricantes de NAS, como Synology [en], QNAP [en] e Asus, fabricam esses tipos de dispositivos. A velocidade máxima de transferência FTP varia de acordo com a CPU do computador e a quantidade de RAM.
2. NAS baseado em sistema embarcado – usando uma arquitetura de processador baseada em ARM ou MIPS e um sistema operacional de tempo real (RTOS) ou um sistema operacional embarcado [en] para executar um servidor NAS. O consumo de energia deste tipo de NAS é razoável, e as funções no NAS podem atender à maioria dos requisitos do usuário final. Marvell, Oxford [en] e Storlink fabricam chipsets para este tipo de NAS. A taxa de transferência máxima de FTP varia de 20 MB/s a 120 MB/s.
3. NAS baseado em ASIC – provisionamento de NAS através do uso de um único chip ASIC, usando hardware para implementar TCP/IP e sistema de arquivos. Não há sistema operacional no chip, pois todas as operações relacionadas ao desempenho são feitas por circuitos de aceleração de hardware. O consumo de energia deste tipo de NAS é baixo, pois as funções são limitadas a suportar apenas SMB e FTP. LayerWalker [en] é o único fabricante de chipsets para este tipo de NAS. A taxa de transferência máxima de FTP é de 40 MB/s.

Usos

O NAS é útil para mais do que apenas armazenamento centralizado geral fornecido a computadores clientes em ambientes com grandes quantidades de dados. O NAS pode permitir sistemas mais simples e de menor custo, como sistemas de servidor de e-mail e web com balanceamento de carga e tolerância a falhas, fornecendo serviços de armazenamento. No mercado consumidor, os dispositivos NAS evoluíram para soluções de "nuvem privada". Elas permitem que os usuários armazenem dados multimídia e façam backup de arquivos de diversos dispositivos (como smartphones e PCs), mantendo a propriedade total dos dados. Diferentemente dos serviços de nuvem pública, essas configurações de nuvem privada geralmente não exigem o pagamento de mensalidades para armazenamento.^[10] Tais dispositivos do mercado consumidor estão agora comumente disponíveis. Ao contrário de seus equivalentes montados em rack, eles são geralmente embalados em formatos menores. O preço dos dispositivos NAS caiu drasticamente nos últimos anos^[quando?], oferecendo armazenamento flexível baseado em rede para o mercado consumidor doméstico por pouco mais que o custo de um disco rígido externo USB ou FireWire comum. Muitos desses dispositivos de consumo doméstico são construídos em torno de processadores ARM, x86 ou MIPS rodando um sistema operacional Linux embarcado [en].

Um appliance de backup específico (PBBA) é um tipo de NAS destinado ao armazenamento de dados de backup. PBBAs normalmente incluem desduplicação de dados, compressão, RAID 6 ou outros componentes de hardware redundantes e manutenção automatizada.^{[11][12][13][14]} Um PBBA também pode ser chamado de dispositivo de backup e recuperação de desastres ou simplesmente um appliance de backup.

Exemplos

Implementações de servidor de código aberto

Distribuições orientadas a NAS de código aberto de Linux e FreeBSD estão disponíveis. Elas são projetadas para serem fáceis de configurar em hardware de PC comum e são normalmente configuradas usando um navegador web.

Elas podem ser executadas a partir de uma máquina virtual, Live CD, unidade flash USB inicializável (Live USB) ou de um dos discos rígidos montados. Elas executam Samba (um daemon SMB), daemon NFS e daemons FTP que estão disponíveis gratuitamente para esses sistemas operacionais.

Discos seguros conectados à rede

Discos seguros conectados à rede (NASD) é um projeto de pesquisa de 1997–2001 da Universidade Carnegie Mellon, com o objetivo de fornecer largura de banda escalável de armazenamento econômica.^[15] O NASD reduz a sobrecarga no servidor de arquivos (gerenciador de arquivos) permitindo que dispositivos de armazenamento transfiram dados diretamente para os clientes. A maior parte do trabalho do gerenciador de arquivos é descarregada para o disco de armazenamento sem integrar a política do sistema de arquivos ao disco. A maioria das operações do cliente, como Leitura/Gravação, vai diretamente para os discos; operações menos frequentes, como autenticação, vão para o gerenciador de arquivos. Os discos transferem objetos de comprimento variável em vez de blocos de tamanho fixo para os clientes. O Gerenciador de Arquivos fornece uma capacidade de cache por tempo limitado para os clientes acessarem os objetos de armazenamento. Um acesso a arquivo do cliente para os discos tem a seguinte sequência:

1. O cliente se autentica com o gerenciador de arquivos e solicita o acesso ao arquivo.
2. Se o cliente puder receber acesso ao arquivo solicitado, o cliente recebe a localização de rede dos discos NASD e sua capacidade.
3. Se o cliente estiver acessando o disco pela primeira vez, ele recebe uma chave de tempo limitado para o estabelecimento de comunicação segura com o disco.
4. O gerenciador de arquivos informa o disco correspondente usando um canal independente.
5. A partir de agora, o cliente acessa diretamente os discos NASD fornecendo a capacidade que recebeu e as transferências de dados subsequentes passam pela rede, ignorando o gerenciador de arquivos.

Lista de protocolos de rede usados para servir NAS

• Andrew File System [en] (AFS)
• Apple Filing Protocol (AFP)
• File Transfer Protocol (FTP)
• Hypertext Transfer Protocol (HTTP)
• Network File System (NFS)
• rsync
• Server Message Block (SMB)
• SSH File Transfer Protocol (SFTP)
• Universal Plug and Play (UPnP)

NAS em cluster

Ver artigo principal: Sistema de arquivos em cluster

Um NAS em cluster é um NAS que usa um sistema de arquivos distribuído rodando simultaneamente em vários servidores. A principal diferença entre um NAS em cluster e um tradicional é a capacidade de distribuir^{[carece de fontes?]} (por exemplo, stripe) dados e metadados entre os nós do cluster ou dispositivos de armazenamento. O NAS em cluster, como um tradicional, ainda fornece acesso unificado aos arquivos de qualquer um dos nós do cluster, independentemente da localização real dos dados.

Ver também

• Arquitetura de rede
• Gaveta de disco rígido [en]
• Lista de fabricantes de NAS [en]
• Servidor
• Virtualização de arquivos [en]