SATA · NVMe · RAID · 2,5/10 Гбит/с

Платформы Mini-ITX для систем хранения данных NAS

Оборудование формата Mini-ITX для сетевых хранилищ (NAS) с несколькими дисками, резервного копирования, записи данных систем видеонаблюдения, медиа-архивов и периферийных хранилищ с заданными требованиями к интерфейсам SATA и NVMe, RAID, Ethernet, питанию дисков, охлаждению, восстановлению и жизненному циклу.

Предложение по оборудованию NAS Платформы хранения данных
Платформа Mini-ITX для сетевых хранилищ (NAS) с интерфейсами SATA и NVMe

Проблемы с хранением

Определить размер самого медленного канала хранения

Производительность NAS ограничивается самым медленным из активных звеньев: дисками, контроллером SATA, линиями PCIe, уровнем NVMe, памятью, файловой системой, логикой RAID, Ethernet или клиентской нагрузкой.

Считайте контроллеры, а не разъемы

Наличие шести разъемов SATA не гарантирует наличие шести независимых каналов со скоростью 6 Гбит/с. Проверьте источник контроллера, совместное использование чипсета, ширину восходящего канала PCIe, мультипликаторы портов, сопоставление HBA и состояние отключенных ресурсов.

Сопоставить сеть с системой хранения данных

Номинальная пропускная способность канала 2,5GbE составляет 2,5 Гбит/с, а канала 10GbE — 10 Гбит/с. Накладные расходы, связанные с файловой системой, протоколом, пакетами, хранилищем, ЦП и коммутатором, снижают пропускную способность приложения.

Запуск в режиме экономичного потребления тока

Во время разгона жесткие диски могут потреблять в несколько раз больше энергии, чем в режиме ожидания. Необходимо комплексно проверить мощность шин блока питания, поэтапный разгон, потери в системной плате, ток в разъемах, сечение кабелей и запуск вентиляторов.

Виртуализация хранилищ → Узлы облачного хранилища →

Файл · Резервное копирование · Видео · Архив

Рабочие нагрузки NAS требуют различных ресурсов

Обмен файлами, резервное копирование, видеонаблюдение, редактирование мультимедиа и хранение архивов создают нагрузку на разные ресурсы. Определите размер рабочего набора, соотношение чтения и записи, пропускную способность при последовательном доступе, количество операций ввода-вывода за секунду (IOPS) при произвольном доступе, срок хранения, окно восстановления и количество одновременно подключенных клиентов.

Хранение офисных документов

Уделяйте приоритетное внимание задержке метаданных, поведению SMB или NFS, моментальным снимкам, правам доступа, количеству клиентов, IOPS для небольших файлов, объему памяти и резервному копированию. Пиковая пропускная способность, как правило, имеет меньшее значение, чем предсказуемость отклика в условиях параллельных запросов.

Хранилище резервных копий

Оцените окно импорта данных, степень сжатия, дедупликацию, шифрование, проверку, срок хранения, скорость восстановления и политику создания неизменяемых копий. Система RAID обеспечивает защиту от отказов определённых дисков, но не заменяет независимое резервное копирование.

Запись с камеры наблюдения

Рассчитайте битрейт камеры × количество камер × время хранения данных. Для непрерывной записи требуется мониторинг температуры диска, оповещения SMART, планирование восстановления, резерв файловой системы, обеспечение работоспособности при потере питания и предсказуемая производительность последовательной записи.

Хранилище медиапроектов

Крупные видеофайлы могут перегрузить сетевые каналы ещё до того, как будет исчерпана пропускная способность интерфейса SATA. Необходимо учитывать в совокупности следующие факторы: устойчивую скорость чтения и записи массива, пропускную способность каналов связи 10GbE, рабочую зону NVMe, количество параллельно выполняемых проектов и пропускную способность каналов резервного копирования.

Системы периферийного мониторинга →

Ссылки на стандарты и технические паспорта

Используйте измеримые расчетные значения NAS

Эти значения являются инженерными ориентирами, а не универсальными техническими характеристиками плат MiniITXBoard. При выпуске серийной продукции необходимо использовать выбранную плату, сетевую карту, SSD, HDD, адаптер HBA, корпус, блок питания и документацию по программному обеспечению.

Артикул Эталонное значение Инженерное значение
Mini-ITX 170 × 170 мм На площади, отведённой для материнской платы, должны разместиться кабели SATA, отсек для жёстких дисков, адаптер HBA, радиатор M.2, модули памяти, проводка блока питания и канал вентиляции.
SATA версии 3.0 6 Гбит/с на канал связи Стандарт SATA-IO определяет скорость передачи сигнала 6 Гбит/с. В руководстве по эксплуатации накопителя может быть указана скорость передачи данных по интерфейсу 600 МБ/с, тогда как устойчивая скорость чтения с носителя остается ниже.
2,5GBASE-T 2,5 Гбит/с = 312,5 МБ/с Это номинальная пропускная способность линии до учета накладных расходов, связанных с Ethernet, TCP, SMB, NFS, iSCSI, файловой системой и хранилищем.
10 Гбит/с 10 Гбит/с = 1,25 ГБ/с Это номинальная пропускная способность линии. Стабильная скорость передачи файлов также зависит от сетевой карты, канала PCIe, процессора, протокола, коммутатора и массива хранения данных.
PCIe 3.0 x4 ≈4 ГБ/с в каждом направлении PCI-SIG указывает пропускную способность около 1 ГБ/с на канал в каждом направлении. Пропускная способность NVMe по-прежнему зависит от контроллера, памяти NAND, очереди, температурных режимов и прошивки.
RAID 5 / RAID 6 Минимум 3 привода / 4 привода SNIA определяет RAID 5 как массив с одинарной четностью, а RAID 6 — как массив с двойной четностью. Процесс восстановления может снизить производительность приложений.
Пример с жестким диском объемом 12 ТБ 1,8 Пиковое значение при 12 В В руководстве по эксплуатации жесткого диска Seagate IronWolf объемом 12 ТБ указан типичный пусковой ток 1,8 А: примерно 21,6 Вт при напряжении 12 В на один диск.
Раскрутка четырёх приводов ≈86,4 Вт на шине 12 В Четыре накопителя на 1,8 А могут потреблять около 7,2 А при напряжении 12 В во время одновременного запуска, не учитывая потери на материнской плате, вентиляторах и преобразовании.
Пример теплового режима жесткого диска объемом 12 ТБ Минимальная температура окружающей среды — 5 °C; максимальная температура корпуса — 70 °C Эти значения взяты из одного руководства по эксплуатации IronWolf объемом 12 ТБ. Используйте технические характеристики именно выбранного диска и результаты теста воздушного потока в корпусе.

Технические характеристики продукта → Энергетический бюджет NAS →

SATA · NVMe · RAID · Кэш

Назначить каждому диску роль хранения

Перед выбором коннекторов определите роли «загрузка», «хранение», «кэш», «метаданные», «журнал», «временное хранение» и «резервное копирование». Это позволит предотвратить конфликты каналов и избежать использования дорогостоящего хранилища NVMe в тех случаях, когда достаточно последовательного хранения на жестких дисках.

Уровень хранения Типичная должность Проверка выпуска
Жесткий диск SATA Емкость, архив, последовательное резервное копирование, срок хранения данных видеонаблюдения Количество дисков, поведение CMR или SMR, контроллер SATA, «горячая» замена, питание, вибрация, температура, SMART и время восстановления.
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ НАКОПИТЕЛЬ SATA Наборы данных с низкой задержкой или «тихое» хранилище Выносливость, поведение при потере питания, устойчивая скорость записи, сборка мусора, температура, взаимодействие с массивами RAID и совместимость при замене.
Твердотельные накопители NVMe Загрузочный том, кэш, метаданные, журнал, рабочая область, быстрый уровень Поколение PCIe, ширина линии, совместное использование линий, срок службы, радиатор, ограничение производительности, поддержка загрузки, глубина очереди и роль в файловой системе.
RAID 1 Зеркалирование на двух или более дисках Обеспечивает отказоустойчивость на случай выхода диска из строя, но, как правило, занимает около 50% необработанной емкости, равной емкости одного диска.
RAID 5 Пул емкостей с единым паритетом Не менее трёх дисков; полевая ёмкость составляет примерно N−1 одинаковых дисков. Необходимо принять во внимание риск необходимости восстановления массива и снижение скорости записи.
RAID 6 Пул емкостей с двойным паритетом Не менее четырёх дисков; полевая ёмкость составляет примерно N−2 одинаковых дисков. Допускается выход из строя двух дисков.
RAID 10 Зеркальные пары с распределением данных по дискам Как правило, для этого требуется не менее четырёх дисков и примерно 50% резерва необработанной ёмкости, что позволяет за счёт увеличения ёмкости обеспечить более простые зеркальные пути восстановления.

Эталонные платформы →

Ethernet · Питание привода · Корпус

Проверка работоспособности NAS вне материнской платы

Сбои в работе систем хранения данных (NAS) часто возникают из-за проблем с кабельной разводкой, несоответствием мощности блока питания, задними панелями, тепловым режимом или архитектурой сети. Проведите тестирование всего шасси с использованием серийных дисков, кабелей, вентиляторов, коммутатора, файловой системы и процедур восстановления.

Канал связи 2,5 Гбит/с
Подходит для случаев, когда совокупная потребность в хранении данных не превышает номинальной пропускной способности канала в 2,5 Гбит/с. Измеряйте количество одновременно подключенных клиентов, накладные расходы протокола, загрузку ЦП, маршрут прохождения данных через коммутатор и устойчивую пропускную способность массива.
Уплотнительная линия 10 Гбит/с
Используйте в случаях, когда рабочие наборы, резервные копии или передача данных по каналам связи превышают 2,5GbE. Проверьте контроллер сетевой карты, количество линий PCIe, тип канала связи (SFP+ или медный), коммутатор, размер MTU, температурные характеристики и поддержку драйверов.
Шина питания привода
Определите напряжения на шинах 12 В и 5 В на основе точных технических характеристик жестких дисков и SSD. Проверьте пусковой ток, потери в системной плате, номинальные параметры разъемов, сечение кабелей, ступенчатый запуск дисков и запас мощности блока питания.
Воздушный поток на жестком диске
Измеряйте температуру корпуса диска во время восстановления и длительной записи. Воздушный поток, идущий спереди назад, должен достигать центральных дисков, а не только радиатора процессора или заднего вытяжного вентилятора.
Охлаждение NVMe
Размещайте устройства M.2 вдали от зон с застойным воздухом и нагревающихся контроллеров. Регистрируйте данные о совокупной температуре NVMe, ограничении производительности, скорости записи и восстановлении во время длительных передач данных и процессов восстановления массива.
Удобство обслуживания шасси
Перед выпуском корпуса проверьте радиус изгиба кабеля SATA, возможность извлечения диска, замену вентилятора, доступ к разъему M.2, зазор для адаптера HBA, доступ к модулям памяти, разъемы питания, маркировку и нумерацию лотков.

Параметры 10G Ethernet → Проверка дорожного просвета шасси →

Руководство по выбору платформы

Выбрать программное обеспечение для вычислений на основе объёма хранилища

Выберите процессор и объем памяти после определения требований к SMB, NFS, iSCSI, ZFS, RAID, шифрованию, сжатию, контейнерам, моментальным снимкам, количеству клиентов, скорости сетевых карт, адаптерам HBA и процедурам восстановления.

Развертывание Отправная точка Логика отбора
Компактный файловый сервер или узел резервного копирования Платформы Intel Уделите приоритетное внимание низкому энергопотреблению в режиме простоя, наличию интерфейсов SATA или HBA, поддержке сетевых карт, объёму памяти, драйверам систем хранения данных, требованиям виртуализации и поведению в различных режимах питания.
Сервисы хранения данных с высокой вычислительной нагрузкой Платформы AMD Оцените ядра ЦП, объем памяти, поведение ECC, линии PCIe, NVMe, ресурсы HBA, шифрование, сжатие, контейнеры, пропускную способность сетевых карт и предельные тепловые характеристики в режиме непрерывной работы.
Низкошумное устройство хранения данных с краевой обработкой Платформы без вентиляторов Охлаждение материнской платы без вентиляторов не отменяет требований к воздушному потоку, необходимому для дисков. Проверьте температуру жестких дисков и накопителей NVMe, работу вентиляторов корпуса, степень загрязнения пылью, условия окружающей среды и пересчитайте тепловые характеристики.

Примеры расчета размеров

Превратите рабочие задачи в измеримые цели

Это примеры расчётов, а не заявления о производительности для клиентов. В них сохранены исходные сценарии использования — для хранения данных, мониторинга, архивирования и резервного копирования — при этом исключены неподтверждённые данные о процентах повышения производительности и гарантии соответствия требованиям.

Рабочая среда 4K Media

Типовая конфигурация: четыре диска в массиве RAID 10 плюс 10GbE. Массив RAID 10 использует примерно 50% необработанной емкости; 10GbE обеспечивает номинальную пропускную способность канала 1,25 ГБ/с без учета накладных расходов.

Узел записи с 16 камерами

При 16 камерах × 8 Мб/с скорость записи составляет 128 Мб/с и около 1,38 ТБ/день. Установленная емкость зависит от срока хранения данных, накладных расходов RAID, резерва файловой системы и резервных копий.

Архив RAID 5 с четырьмя дисками

Четыре диска емкостью 12 ТБ обеспечивают около 36 ТБ полезного объёма в массиве RAID 5 до вычета резерва файловой системы. Массив RAID 5 выдерживает отказ одного диска, но не заменяет резервное копирование.

Модернизация сети резервного копирования

Стандарт 2.5GbE обеспечивает номинальную пропускную способность канала 312,5 МБ/с; стандарт 10GbE — 1,25 ГБ/с. Модернизацию следует проводить только в том случае, если массив хранения данных, процессор, клиентское устройство и коммутатор способны поддерживать более высокую пропускную способность канала.

Часто задаваемые вопросы по SEO

Часто задаваемые вопросы по проектированию систем хранения данных NAS

Сколько оперативной памяти требуется для NAS?

Объем оперативной памяти зависит от файловой системы, кэша, контейнеров, дедупликации, шифрования, использования виртуальных машин, количества клиентов и рабочей нагрузки. Размер памяти следует определять на основе рекомендаций поставщика программного обеспечения и измеренного рабочего набора, а не исходя исключительно из емкости диска.

RAID 5 против RAID 6: что лучше?

RAID 5 использует одинарную парность и допускает отказ одного диска. RAID 6 использует двойную парность и допускает отказ двух дисков. Выбирайте с учётом количества дисков, времени восстановления, потерь емкости, нагрузки на запись и целей восстановления.

Полезен ли кэш NVMe для NAS?

Кэш NVMe эффективен только в тех случаях, когда он способствует повышению производительности при повторяющихся операциях чтения, работе с метаданными, синхронной записи или при поведении рабочего набора данных. Перед развертыванием необходимо измерить коэффициент попадания в кэш, ресурс, задержку, температурные характеристики и сетевые ограничения.

2,5 Гбит/с или 10 Гбит/с для NAS?

2.5GbE обеспечивает номинальную пропускную способность 2,5 Гбит/с; 10GbE — 10 Гбит/с. Выбирайте 10GbE, если устойчивый трафик системы хранения и клиентов может превышать пропускную способность 2.5GbE с учетом накладных расходов, связанных с протоколом и файловой системой.

NAS и DAS: в чём разница?

Системы NAS обеспечивают совместный доступ к хранилищу через сеть с использованием таких протоколов, как SMB или NFS. Системы DAS подключаются напрямую к одному хосту. Сравните возможности совместного доступа, задержку, кабельную разводку, управление, резервное копирование, избыточность и зависимость от сети.

Обзор NAS Engineering

Зафиксировать конфигурацию производства хранилища

Укажите количество дисков, модели HDD и SSD, схему RAID или ZFS, роль NVMe, сетевой целевой ресурс, адаптер HBA, файловую систему, объем оперативной памяти, источник питания, корпус, систему вентиляции, рабочую нагрузку, метод восстановления, жизненный цикл и количество.

План валидации системы хранения

Аналитические материалы по проектированию систем хранения данных NAS

Получите доступ к статьям, учебным пособиям и руководствам по лучшим практикам, охватывающим такие темы, как оптимизация пользовательского интерфейса, интеграция промышленных протоколов и надежные конструкции HMI.