[스토리지] DAS, SAN, NAS

개인적으로 스토리지 공부를 위해 정리한 내용들입니다.

함께 공부하자는 취지로 내용을 공유합니다.

 

전세계 9000만명 이상 되는 넷플릭스 서비스 이용자들은 매주 10억 시간 이상 영화나 드라마를 시청한다고 합니다.

넷플릭스 비디오 서비스는 세계 각지의 AWS 데이터센터를 통해 끊김 없이 스트리밍 되며, 시청자들의 취향 정보를 빅데이터로 수집해 비디오 추천 서비스를 제공합니다.

사실 이러한 서비스는 21세기를 살아가는 저희에게 당연하다고도 생각될 수 있는데요, 사실 이 경지에 이르기까지는 많은 기술적 발전이 요구되었습니다. 그 중 하나가 바로 데이터 스토리지 기술의 발전입니다.

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1. DAS(Direct-attached Storage)

• 데이터 스토리지 : 말 그대로 데이터(정보)를 저장하는 공간
• AWS나 구글 데이터센터에 무수히 꽂혀 있는 하드디스크에서 지금은 거의 사용되지 않는 플로피 디스크까지 모두 아울러 데이터 스토리지라고 할 수 있음

기업용 디스크 스토리지의 과거와 현재

• 데이터 스토리지의 종류는 기술의 발전에 따라 변화해 왔고, 사용하는 방식 또한 바뀌어 왔음
• 초창기 서버에는 우리가 아는 RAM과 하드디스크, 즉 주 기억장치(primary storage)와 보조 기억장치(secondary storage)가 구분되어 있지 않았음
• 하지만 늘어나는 용량에 맞추다 보니 공간적인 한계에 봉착했고, 그 결과 구분된 스토리지 시스템을 가진 보조 기억장치가 탄생
• 이는 우리가 아는 직접 연결 스토리지(Direct-attached Storage, 이하 DAS) 개념의 첫 사례
• 서버와 하드웨어를 1:1로 연결 
• 각 서버는 자신이 직접 파일 시스템을 관리
• 서버와 스토리지를 구분함으로써 업무 효율을 위해 보다 정교하고 복잡한 아키텍처를 구성할 수 있게 되었음

최초의 하드디스크인 IBM 350 디스크 스토리지

 

(1) DAS 구성

DAS 개념도

(2) DAS 특징

• 공유 사용 불가능
  • 여러 컴퓨터가 동시에 디스크 정보를 공유할 수 없고, 단 하나의 컴퓨터에 만 연결 가능
• 컴퓨터 본체와는 내장 디스크 처럼 속도가 빠른 SATA, SAS, SCSI 케이블로 연결됨
• Block level 단위의 데이터 접근 처리
  • 전통적 병렬형 SCSI 방식의 연결

(3) DAS 장점

• 설치의 간편/용이성 : 스토리지와 서버간의 연결이 이미 SCSI 케이블로 내장되거나 포이트 투 포인트(Point-to-Point) 연결로 짧은 거리에 간단하게 설치
• 저렴한 소유비용 : SCSI 케이블은 비용이 상대적으로 저렴하며 설치가 쉽고 연결거리가 짧아서 소유하는데 드는 비용이 적음
• 뛰어난 성능 : 연결 자체가 이미 스토리지를 위해 고안되었으며 프로토콜도 스토리지 프로토콜인 SCSI 블럭 I/O를 사용하기 때문에 어떤 타입의 애플리케이션에도 그 성능이 최적화 되어있음
• 일반 용도의 솔루션으로서 유연성과 개방성 제공 : DAS는 모든 종류의 스토리지 프로세싱에 최적화되어 있는 일반 솔루션이기 때문에 대부분의 애플리케이션에 최적화되어 있으며 따라서 일반 용도의 솔루션을 구현하려 할 때 상당한 유연성과 개방성을 제공해 줌

(4) DAS 한계

• 제한된 확장성 : 접속 확장이 가능한 SCSI 버스의 수나 처리 가능한 데이터의 용량의 확장성이 제한적
• 파일 공유 불가능 : 시스템간의 파일 공유는 불가능하여 같은 데이터를 필요한 시스템마다 가지고 있어야 하는 비효율적인 중복 저장도 발생할 수 있음
• 총 소유 비용(TCO)이 저렴하지 않음 : 일반적으로 구매 단계에서는 DAS가 저렴한 솔루션으로 여겨지나 대규모의 데이터와 서버를 관리하는 고객인 경우 오히려 비효율적인 관리 비용을 초래

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2. SAN(Storage Area Network)

• 하드디스크의 용량 증가와 소형화가 진행되면서 공간 효율적인 서버를 구성할 수 있게 되었지만 서버의 용량 효율이 문제
• 서버의 스토리지 용량을 추가해야 할 경우, 부족분을 채우기 위해 새 디스크를 추가하거나 여유 공간이 있는 다른 서버에서 디스크를 물리적으로 빼서 추가해야 했음
• 이러한 불편함을 해소하기 위해 스토리지 영역 네트워크(Storage Area Network, 이하 SAN)가 고안됨

(1) 개요

• 여러 스토리지를 하나의 네트워크에 연결시키고, 이 네트워크에 서버를 연결해 스토리지에 접속한다는 개념
• 네트워크에 묶인 스토리지들은 가상으로 중앙화된 논리 볼륨(logical volume)을 형성하고, 필요에 따라 각 서버에 공간을 논리적으로 할당할 수 있음
• 사용자는 LUN(Logical Unit Number)이라는 고유 번호를 통해 가상으로 할당된 디스크 드라이브에 연결

SAN 환경 기본 개념도

(2) 구성

• SAN 환경을 구성하기 위해서는 SAN 스위치가 필요
• SAN 스위치는 스토리지와 서버를 중계하는 역할을 함
• 각 서버와 스토리지를 광 케이블로 SAN 스위치와 연결해 데이터를 주고 받음
• SAN의 주요 스토리지 프로토콜
  • iSCSI (Internet Small Computer Systems Interface)
  • 파이버 채널 (Fibre Channel)
  • iSER (iSCSI Extensions for RDMA)

(3) 블록 스토리지

• SAN 환경에서는 파일을 저장하는 방식으로 블록 스토리지(block storage)라는 개념을 사용
• 블록 스토리지는 데이터를 블록이라는 일정한 크기의 조각으로 나누어 저장하는 것을 말함
• 각 블록들은 저장된 위치(특정 스토리지 시스템의 특정 디스크)에 대한 주소를 가지고 있어 서버의 요청에 따라 블록들을 재구성해 하나의 데이터로 서버에 전달됨

(4) SAN의 장단점

장점	단점
광케이블을 사용하기 때문에 데이터 접근이 빠름	상대적으로 비쌈
필요에 따라서 성능과 용량을 확장하기가 용이함	이더넷 네트워크와 광 케이블 네트워크를 동시에 운영하기에 관리에 손이 많이 감
LAN을 사용하지 않아 네트워크 부하를 최소화할 수 있음	관리하는데 전문적인 인력이 필요함
가상화 환경을 구축하기 적합함	블록 백업에 스토리지 공간이 더 요구됨

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3. NAS(Network Attached Storage)

• 사무실의 업무 환경이 종이에서 전자문서로 넘어가기 시작하면서 업무 문서나 자료들을 동시에 공유하고 수정하는 일이 많아짐
• 스토리지에 접속하는 사용자가 증가하고, 공유가 필요한 자료가 많아지면서 보다 쉽고 편리하게 데이터를 공유할 방법이 필요
• 이러한 배경 속에서 SAN과 함께 등장한 것이 바로 네트워크 결합 스토리지(Network-attached Storage, 이하 NAS)

(1) 개요

• 네트워크를 통해 서버나 클라이언트가 스토리지와 연결하지만 SAN과는 다르게 이더넷을 통해 연결하는 방식
• 스토리지를 SAN 스위치와 연결하지 않고 이더넷 케이블을 사용해 네트워크에 연결
• 단적인 예로, 인터넷 공유기에 NAS를 연결하면 같은 이더넷 네트워크에 연결된 PC로 NAS에 접근할 수 있음
• 범용적인 네트워크를 사용하는 관계로 설치나 유지 관리가 쉽지만, 같은 이더넷에 연결된 장비들과 네트워크 자원을 공유하기 때문에 대역폭에 한계가 있음

NAS 기본 개념도

(2) 구성

• NAS는 자체적으로 파일 서비스를 제공
• 대표적으로 NFS나 CIFS와 같은 스토리지 프로토콜을 사용
• NAS의 주요 스토리지 프로토콜
  • NFS (Network File System)
  • SMB/CIFS (Server Message Block/Common Internet File System)
  • FTP (File Transfer Protocol)
  • HTTP (Hypertext Transfer Protocol)
  • AFP (Apple Filing Protocol)

(3) 파일 시스템

• 블록보다 상위 개념인 파일(file)을 저장 단위로 하고 있음
• 파일은 폴더에 저장되며 하나의 폴더에 여러 하위 폴더가 겹겹이 존재하는 계층적(hierarchical) 구조
• 쉽게 생각해서 윈도우의 파일 탐색기를 떠올리면 됨
• 각 파일은 이름과 파일에 대한 정보를 나타내는 메타데이터를 가지며, 이 메타데이터를 활용해 어느 폴더의 하위 디렉토리에 파일이 있는지 알 수 있음
• NAS 구성 방식
  • 스토리지 시스템이 포함된 어플라이언스 형태
  • 스토리지 시스템이 포함 안 된 ‘게이트웨이’ 형태
    • 스토리지 부분을 SAN과 연결해서 블록 서비스와 함께 CIFS나 NFS와 같은 파일 서비스를 제공할 수 있음

(4) NAS의 장단점

장점	단점
기본적으로 구축되어 있는 이더넷 네트워크에 스토리지를 연결하면 되기 때문에 인프라 구축 비용이 따로 없음	이더넷 케이블을 사용하기 때문에 광케이블에 비해 전송 속도가 느림
단순한 시스템 아키텍처 구조로 유지 관리가 비교적 편함	공유 네트워크를 사용해 대역폭에 제한 데이터를 IP 패킷으로 캡슐화는 부가적인 과정으로 속도 지연이 발생함에 따라 네트워크 병목에 취약함
스케일 아웃 방식의 NAS는 클러스터 구성이 가능해 성능과 용량을 동시에 높일 수 있음	스케일 업 방식의 NAS는 성능과 용량 확장에 한계가 있음

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4. SAN과 NAS의 용도

(1) SAN의 용도

• 데이터베이스
  • 온라인 금융 거래와 같이 빠른 속도를 요구하고 지연에 민감하며 대규모 데이터베이스를 다루는 환경에 적합
• 가상화 환경
  • 가상 머신과 호스트간 빠른 입출력 속도를 제공해야 하는 대규모 가상화 구축 환경에 적합
• 영상 편집
  • 후반 작업과 같은 영상 편집 작업에 있어서 빠른 전송 속도와 낮은 지연은 필수 불가결
  • 이 때문에 워크스테이션을 DAS로 직접 연결해 사용하는 경우도 있지만 효율성을 위해 고성능 SAN을 사용

(2) NAS의 용도

• 파일 공유
  • NAS의 주 용도
  • 데이터를 중앙화하고 스토리지 공간을 효율적으로 활용하는데 적합
  • 개인용부터 중소기업, 대기업 사무실까지 광범위하게 활용
• 가상화 환경
  • 고성능 NAS의 경우 소규모 가상화 환경을 운영하거나 가상 데스크톱 환경을 구축하는데 적합한 성능과 기능을 가지고 있음
• 아카이브
  • 스토리지 공간을 필요에 따라 확장할 수 있는 스케일 아웃 NAS의 경우 단순히 데이터를 묵혀 두는 방식의 아카이브가 아닌, 필요에 따라 종종 접근이 가능한 아카이브로서 적합

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5. DAS vs NAS vs SAN 비교

구분	DAS	NAS	SAN
구성 요소	어플리케이션 서버, 스토리지	어플리케이션 서버, 스토리지, 파일서버	어플리케이션 서버, 스토리지
접속 장치	없음	이더넷 네트워크	광 넽
스토리지 공유	가능	가능	가능
파일 시스템 공유	불가능	가능	불가능
파일 시스템 관리	어플리케이션 서버	파일서버	어플리케이션 서버
특징	소규모 독립된 구성	파일 공유를 위한 가장 안정적	유연성 확장성 편의성이 가장 뛰어남

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6. 유니파이드 스토리지

• 멀티 프로토콜 스토리지라고도 함
• 블록과 파일 프로토콜을 모두 지원해 말 그대로 SAN과 NAS를 합한 스토리지
• 하나의 유니파이드 스토리지 시스템은 파일 프로토콜인 CIFS와 NFS를 지원함과 동시에 iSCSI와 파이버 채널을 포함한 블록 수준의 프로토콜도 지원
• 유니파이드 스토리지의 장점은 스토리지 시스템을 도입할 때 비용과 수고를 아낄 수 있음
• 다만 파일 입출력이 블록 입출력 성능에 영향을 끼치는 경우가 있기 때문에 고속 데이터 처리가 주 용도인 블록 스토리지로서의 성능을 제대로 발휘하기에는 한계가 있음

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7. 정보 출처

https://tech.gluesys.com/blog/2019/12/02/storage_1_intro.html#%EB%8D%B0%EC%9D%B4%ED%84%B0-%EC%8A%A4%ED%86%A0%EB%A6%AC%EC%A7%80

글루시스 기술 블로그

http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?m_temp1=3671 

DAS