네트워크 스토리지 아키텍처: NAS·SAN·객체 스토리지의 선택 기준

서버에 붙은 디스크만으로는 부족해지는 시점

네트워크 스토리지는 저장장치를 네트워크에 연결해 여러 시스템이 동시에 접근하게 하는 저장 아키텍처다. 서버에 직접 붙는 DAS의 공유 한계를 넘어서면서, 저장 자원을 중앙에서 관리하고 필요에 따라 확장할 수 있다.

여러 서버가 하나의 저장공간을 공유하면 자원 활용이 쉬워진다. 백업, 스냅샷, 복제도 중앙에서 다룰 수 있고, 다중 경로와 페일오버를 통해 서비스 지속성을 높일 수 있다. 저장장치를 통합하면 구매와 관리 비용을 줄이는 효과도 기대할 수 있다.

이 구조가 필요해진 배경에는 데이터센터 서버 증가, 기하급수적인 데이터 증가, 가상 머신의 스토리지 요구, 클라우드 컴퓨팅 인프라가 있다.

접근 방식으로 구분하는 DAS, NAS, SAN

DAS(Direct Attached Storage)는 SATA, SAS, USB로 서버에 직접 연결하는 방식이다. 설정과 관리가 단순하지만 연결된 서버만 사용할 수 있어 다른 서버와 공유할 수 없다.

NAS(Network Attached Storage)는 NFS, SMB/CIFS 같은 파일 시스템 프로토콜을 사용하며, 일반 IP 네트워크와 이더넷으로 연결한다. 설치와 설정이 비교적 쉬워 파일 공유, 백업, 홈 디렉토리에 주로 사용한다.

SAN(Storage Area Network)은 FC, iSCSI 같은 블록 단위 저장장치 프로토콜을 사용한다. 고속 스토리지 전용 네트워크를 구성해 낮은 지연시간과 높은 처리량을 제공하므로 데이터베이스, 가상화, 미션크리티컬 애플리케이션에 맞는다.

파일 공유를 맡는 NAS

NAS는 OS와 파일시스템을 탑재한 전용 파일 서버 형태의 어플라이언스다. 기가비트 또는 10기가비트 이더넷 인터페이스와 RAID로 구성한 내부 디스크 어레이를 갖추며, 브라우저 기반 인터페이스로 관리할 수 있다.

NFS(Network File System)는 UNIX/Linux 표준의 stateless 프로토콜이고, SMB/CIFS는 Windows 파일 공유 프로토콜이다. AFP(Apple Filing Protocol)는 macOS 전용 레거시 프로토콜이며, FTP와 WebDAV는 범용 파일 전송에 쓴다.

공유 폴더를 부서나 조직 단위로 제공하고, 사용자 권한과 할당량을 관리할 수 있다. 특정 시점의 파일시스템 상태를 저장하는 스냅샷, 다른 NAS로의 자동 복제, Time Machine과 Windows Backup 지원도 NAS의 기능 범위에 포함된다.

설치가 간단하고 관리가 쉬우며 비용 효율적인 점은 장점이다. 파일 레벨 접근은 사용자에게도 친숙하다. 반면 네트워크 지연과 파일시스템 오버헤드 때문에 블록 스토리지보다 성능이 제한될 수 있다.

홈 디렉토리용 네트워크 드라이브, 팀 문서와 자료를 위한 부서 공유, 동영상·음악 라이브러리를 제공하는 미디어 서버, 서버와 PC의 백업 타겟이 대표적인 적용 대상이다.

블록 워크로드를 위한 SAN

SAN은 일반 LAN과 분리한 고속 스토리지 네트워크다. Fibre Channel 스위치, 고급 RAID 컨트롤러와 캐시를 탑재한 스토리지 어레이, 서버에 설치하는 FC 또는 iSCSI HBA(Host Bus Adapter)로 구성할 수 있다.

Fibre Channel(FC)은 8/16/32Gbps와 전용 광케이블을 사용한다. iSCSI는 IP 네트워크 위로 SCSI 명령을 전송하며, FCoE(FC over Ethernet)는 FC를 이더넷 프레임으로 캡슐화한다. NVMe-oF는 차세대 고속 프로토콜이다.

Fibre Channel에서의 연결과 격리

FC는 광섬유 케이블을 사용하며 구리 케이블도 사용할 수 있다. Point-to-Point, FC-AL(루프), Fabric(스위치) 토폴로지를 지원한다. 장치는 WWN(World Wide Name)으로 식별하고, 스위치의 Zoning으로 접근을 제어하고 격리한다.

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기존 이더넷을 활용하는 iSCSI

iSCSI는 기존 이더넷 인프라를 활용하고, SCSI 명령을 TCP/IP로 캡슐화해 전송한다. 전용 FC 장비가 필요하지 않아 비용 측면에서 유리하다. FC보다 지연시간은 높지만 10GbE로 개선할 수 있다.

SAN에서는 LUN(Logical Unit Number)을 가상 디스크 단위로 할당한다. 멀티패스는 여러 경로로 가용성과 성능을 높이고, 블록 레벨 스냅샷과 동기/비동기 원격 복제를 제공한다. 씬프로비저닝으로는 필요한 시점에 용량을 할당한다.

높은 성능과 낮은 지연시간, 블록 레벨 접근의 유연성은 SAN의 강점이다. 대신 구성이 복잡하고 전용 장비 비용이 높다. Oracle, SQL Server 등의 DBMS, VMware와 Hyper-V 데이터스토어, 금융 거래와 ERP 같은 트랜잭션 시스템, Exchange와 Lotus Notes 이메일 서버가 활용 사례다.

파일과 블록을 함께 제공하는 통합 스토리지

통합 스토리지는 하나의 시스템에서 NAS와 SAN을 함께 제공한다. NFS, SMB, iSCSI, FC를 동시에 지원하므로 워크로드에 따라 프로토콜을 선택할 수 있으며, 단일 시스템으로 서로 다른 요구사항을 다룰 수 있다.

NetApp FAS는 통합 스토리지의 선구자로 알려져 있다. Dell EMC Unity는 중소기업용 통합 스토리지이며, HPE Nimble은 플래시 기반 통합 스토리지, IBM Storwize는 엔터프라이즈 통합 스토리지에 해당한다.

대규모 비구조화 데이터를 다루는 객체 스토리지

객체 스토리지는 파일과 메타데이터를 객체 단위로 저장한다. 계층 구조가 없는 단일 주소 공간인 플랫 네임스페이스를 사용하며, HTTP 기반 REST API로 접근한다. 페타바이트 급 이상으로 확장할 수 있다.

사용자 정의 메타데이터를 풍부하게 붙일 수 있고, 객체 버전을 관리한다. 객체는 생성 후 수정할 수 없으며 새 버전을 생성한다. 자동 다중 복제로 내구성을 확보한다.

AWS S3, OpenStack Swift, Ceph, MinIO가 주요 제품이다. 장기 백업과 아카이브, 웹 이미지·비디오·문서 같은 정적 콘텐츠, 대규모 데이터 레이크, Docker 이미지 저장을 위한 컨테이너 레지스트리에 적용한다.

물리 장치를 논리 자원으로 다루는 스토리지 가상화

스토리지 가상화는 물리 스토리지를 논리적으로 추상화하고, 여러 장치를 단일 풀로 통합한다. 필요에 따라 용량을 할당하고 물리 위치와 독립적으로 데이터를 이동할 수 있다.

구현 위치는 서버 OS나 하이퍼바이저를 사용하는 호스트 기반, FC 스위치나 전용 어플라이언스를 사용하는 네트워크 기반, 스토리지 컨트롤러에서 처리하는 어레이 기반, 범용 서버에서 소프트웨어로 구현하는 소프트웨어 정의 방식으로 나뉜다.

논리 용량을 먼저 할당하고 실제 사용 시 물리 용량을 할당하는 씬프로비저닝, SSD와 HDD 사이에서 데이터를 이동하는 자동티어링, 포인터 기반의 저장공간 효율적인 스냅샷, 스토리지 간 복제와 마이그레이션이 주요 기능이다.

성능과 가용성을 조정하는 방법

읽기 캐시는 자주 읽는 데이터를 메모리에 보관하고, 쓰기 캐시는 쓰기를 모아 배치 처리한다. SSD를 HDD 앞단 캐시로 둘 수도 있으며, L1(DRAM)과 L2(SSD)로 계층형 캐시를 구성할 수 있다.

QoS(Quality of Service)는 테넌트별 IOPS 상한, 네트워크 대역폭 할당, 중요 워크로드 우선권, 최소 성능 예약으로 자원을 제어한다.

멀티패스는 서버와 스토리지 사이에 여러 경로를 두는 방식이다. I/O를 여러 경로에 분산하고 경로 장애 시 자동으로 전환한다. ALUA(Asymmetric LUN Access)는 최적 경로와 비최적 경로를 구분한다.

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운영에서 확인할 보호와 복구 체계

모니터링은 용량 사용량, 가용 공간, 증가 추세를 확인하는 일에서 시작한다. IOPS, 처리량, 지연시간 같은 성능 지표와 디스크 헬스, RAID 상태, 경고도 함께 봐야 한다. 용량과 성능의 경향 분석은 예측 관리에 사용한다.

스냅샷은 즉각적인 포인트인타임 백업을 제공하고, 복제는 원격지에 데이터를 복사한다. CDP(Continuous Data Protection)와 DR(Disaster Recovery) 계획도 복구 체계에 포함된다.

RAID는 디스크 장애에 대응하고, 스냅샷은 논리적 오류 복구에 쓰인다. 복제는 사이트 장애에 대비하며, 백업은 장기 보존과 규제 준수를 담당한다.