Сетевое хранение данных

Содержание и основные понятия

← Вернуться к оглавлению
Alterna · глава 5 · страница 5.3
Сетевое хранение данных
Данные можно хранить локально, на сетевом устройстве или в облаке. Разбираемся в NAS, SAN, RAID и облачных технологиях.
Сетевое хранилище
— это устройство или сервис, доступный по сети. Данные хранятся не на вашем компьютере, а на специальном сервере — и доступны с любого подключённого устройства.
От домашнего NAS до дата-центров Google — принцип один: данные разделены, продублированы и доступны по сети.
ФГОС · базовый
ФОП · углублённый
01
Типы сетевого хранения
DAS, NAS, SAN — три подхода к хранению данных
ФГОС
DAS — Direct Attached Storage
Диск подключён
напрямую
к компьютеру (внутренний SSD, внешний USB-диск). Быстро, но данные доступны только с этого компьютера.
NAS — Network Attached Storage
Отдельное устройство, подключённое к
локальной сети
. Работает как файловый сервер: подключается по Ethernet, предоставляет общую папку. Доступ с любого устройства в сети по протоколам SMB (Windows), NFS (Linux), AFP (macOS).
SAN — Storage Area Network
Выделенная
высокоскоростная сеть
между серверами и дисковыми массивами. Работает на уровне блоков (block-level), а не файлов. Используется в крупных дата-центрах. Протоколы: Fibre Channel, iSCSI.
Тип
Уровень доступа
Протоколы
Скорость
Применение
DAS
Блоки / файлы
SATA, NVMe, USB
Максимальная
Персональный ПК
NAS
Файлы
SMB, NFS, FTP
Средняя (1–10 Гбит/с)
Малый бизнес, дом
SAN
Блоки
Fibre Channel, iSCSI
Высокая (16–128 Гбит/с)
Дата-центры, предприятия
🏠
Домашний NAS
аналогия: общий шкаф в квартире
Synology или QNAP с 2–4 дисками. Бэкапы фото, медиатека, общий доступ для семьи. Стоит от 15 000 ₽.
🏢
Корпоративный SAN
аналогия: промышленный склад
NetApp, Dell EMC. Сотни дисков, дублирование контроллеров, скорость чтения — десятки ГБ/с. Стоит миллионы.
02
RAID-массивы
RAID 0, 1, 5, 10 — как объединить диски для скорости или надёжности
ФОП
Что такое RAID
RAID
(Redundant Array of Independent Disks) — технология объединения нескольких дисков в один логический массив для повышения скорости, надёжности или того и другого.
Основные уровни RAID
Уровень
Принцип
Мин. дисков
Ёмкость
Отказоустойчивость
Скорость
RAID 0
Чередование (stripe)
2
N × V
Нет
Максимальная
RAID 1
Зеркалирование (mirror)
2
V
1 диск
Чтение ×2, запись ×1
RAID 5
Чередование + чётность
3
(N−1) × V
1 диск
Хорошая
RAID 6
Чередование + 2 чётности
4
(N−2) × V
2 диска
Хорошая
RAID 10
Зеркало + stripe
4
(N/2) × V
1 на зеркало
Высокая
N
— количество дисков,
V
— объём одного диска.
RAID 0 — чередование (stripe)
Данные разбиваются на блоки и записываются
по очереди
на каждый диск. Скорость чтения/записи удваивается, но если
любой
диск выйдет из строя — все данные потеряны.
RAID 1 — зеркало (mirror)
Каждый байт записывается
на оба диска одновременно
. Если один диск сломается — данные останутся на втором. Ёмкость = объём одного диска (второй — копия).
RAID 5 — чётность (parity)
Данные чередуются, как в RAID 0, но дополнительно вычисляется
блок чётности
(XOR). Он распределяется по всем дискам. При потере
одного
диска данные восстанавливаются из оставшихся + чётность.
RAID 10 — зеркало + stripe
Комбинация RAID 1 и RAID 0: диски разбиваются на пары-зеркала, а данные чередуются между парами. Быстро и надёжно, но «стоит» половина ёмкости.
RAID — не бэкап!
RAID защищает от
поломки диска
, но не от удаления файлов, вирусов, пожара или кражи. Резервные копии (бэкапы) — обязательны.
03
Облачное хранение
Яндекс Диск, Google Drive, Dropbox — чужие компьютеры
ФГОС
Что такое «облако»
Облачное хранилище
— сервис, где данные хранятся на серверах провайдера и доступны через Интернет. Вы платите за объём, провайдер обеспечивает надёжность.
Модели обслуживания
Модель
Что получаете
Примеры
IaaS
Виртуальные серверы + диски (инфраструктура)
Yandex Cloud, AWS EC2, Selectel
PaaS
Платформа для разработки + хранилище
Google App Engine, Heroku
SaaS
Готовое приложение для хранения файлов
Яндекс Диск, Google Drive, Dropbox, OneDrive
Как обеспечивается надёжность
Репликация
— каждая копия файла хранится в нескольких дата-центрах
Erasure coding
— файл разбивается на фрагменты + избыточные коды (подобие RAID 5/6, но для дата-центров)
Георезервирование
— копии в разных регионах (Москва, Краснодар, Сибирь)
Связь с главой 4
В главе 4 вы узнали о сетевых топологиях и оборудовании. Облачные хранилища — это тысячи серверов в дата-центрах, соединённых в топологию «полносвязная сеть» (mesh) с избыточными каналами.
04
Распределённое хранение
P2P, блокчейн, Hadoop — данные без единого центра
ФОП
Распределённые файловые системы
Данные разбиваются на блоки и распределяются по
множеству узлов
. Каждый блок дублируется на нескольких узлах. Если один сервер выходит из строя — данные берутся с другого.
Примеры
HDFS
(Hadoop Distributed File System) — хранит огромные файлы, разбитые на блоки по 128 МБ, каждый блок дублируется 3 раза
IPFS
(InterPlanetary File System) — децентрализованная P2P-сеть, файлы адресуются по содержимому (хеш), а не по расположению
Блокчейн
— распределённый реестр, где каждая нода хранит полную копию данных
Принцип CAP-теоремы
В распределённой системе невозможно одновременно обеспечить все три свойства:
Consistency
(согласованность),
Availability
(доступность),
Partition tolerance
(устойчивость к разделению). Приходится выбирать два из трёх.
💾
RAID-симулятор
RAID 0 · 1 · 5 · 10 — распределение данных
интерактив
Выберите уровень RAID и посмотрите, как данные распределяются по дискам. Нажмите на диск, чтобы «сломать» его и увидеть, выживут ли данные.