NASはどのように異なるハードウェアを統合し、一つのストレージシステムを構築するのか

ストレージメディアからデータ管理まで

NASを初めて目にする人の多くは、それを単に「常にネットワークに接続されているハードドライブ」だと考えがちです。しかし、ストレージアーキテクチャの観点から見ると、ハードドライブはシステムの最下層に位置する要素にすぎません。

包括的なストレージシステムは通常、下から順に、ストレージメディア、コントローラーとバス、ストレージプールとデータ冗長化の仕組み、ファイルシステム、アクセスプロトコル、アプリケーションサービスで構成されます。これらのレイヤーに加え、データ保護や長期管理には、スナップショット、バックアップ、アーカイブなどの仕組みも重要になります。NASは、これらのレイヤーを統合し、ネットワークを介してほかのデバイスにストレージ機能を提供します。

目次

1.  アプリケーションからディスクまで、データはどのようなレイヤーを通過するのか

2.  ブロックストレージ、ファイルストレージ、オブジェクトストレージ

3.  DAS、NAS、SAN、およびクラウドオブジェクトストレージ

4.  RAID、ZFS、スナップショット、バックアップ

5.  ホットデータ、ウォームデータ、コールドデータ

6.  N5シリーズで構築する小規模な階層型ストレージシステム

「ドライブ容量」から包括的なストレージシステムへ

1. アプリケーションからディスクまで、データはどのようなレイヤーを通過するのか

コンピューターが動画ファイルをNASに保存する場合、まずアプリケーションがファイルデータを生成し、そのデータがSMBやNFSなどのプロトコルを介してNASへ転送されます。NASのファイルシステムは、ファイル、ディレクトリ、メタデータ、およびストレージ領域の割り当てを管理します。システムに複数のドライブが搭載されている場合、ストレージプールやRAIDなどの仕組みによって、複数の物理ドライブをまとめ、利用可能な論理ストレージ領域として構成します。

最後に、コントローラーやSATA、SAS、PCIe/NVMeなどのインターフェースを介して、データがHDDやSSDに転送されます。

一見シンプルに見える「ファイルの保存」という操作も、実際には次のような複数のレイヤーを経由しています。

アプリケーション → アクセスプロトコル → ファイルシステム → ストレージプール／冗長化の仕組み → コントローラー／バス → HDD／SSD

これが、ストレージシステムの性能をドライブの仕様だけで判断できない理由です。ドライブは基盤となるストレージメディアの容量や性能を左右する重要な要素ですが、実際に利用できるストレージ容量、アクセス速度、データ保護のレベルは、最終的にはストレージスタック全体に依存します。

2. ブロックストレージ、ファイルストレージ、オブジェクトストレージ

データへのアクセス方法という観点から、ストレージは一般的にブロックストレージ、ファイルストレージ、オブジェクトストレージの3種類に分類されます。

ブロックストレージは、データブロックを基本単位として、OSやアプリケーションにストレージ領域を直接提供します。これにより、OSやアプリケーション側で独自のファイルシステムを作成・管理できます。データベース、仮想マシン、SAN環境などで広く利用されています。

ファイルストレージは、データをファイルやディレクトリ単位で整理・管理し、SMBやNFSなどのプロトコルを介してアクセスする方式です。NASが提供する最も一般的なストレージ形態です。

オブジェクトストレージは、オブジェクトとそれに関連するメタデータを基本単位として管理し、APIを通じてアクセスする方式です。クラウドストレージ、バックアップ、大規模な非構造化データの管理などに適しています。

これら3つの方式は、単純に互いを置き換えるものではなく、それぞれ異なる要件に対応しています。NASではファイルストレージが最も一般的な基盤となりますが、近年のNASシステムでは、アプリケーションやサービスを通じて、データベース、仮想マシン、コンテナ、オブジェクトストレージなども活用できます。

3. DAS、NAS、SAN、およびクラウドオブジェクトストレージ

DAS、NAS、SANの主な違いは、デバイスがストレージにアクセスする方法にあります。

DAS（Direct-Attached Storage）は、内蔵HDDやUSB接続の外付けドライブのように、コンピューターやサーバーに直接接続するストレージです。NAS（Network Attached Storage）は、ネットワークを介してファイル単位のアクセスを提供し、複数のデバイスから同じストレージを共有できるようにします。

一方、SAN（Storage Area Network）は、専用ネットワークを介してブロック単位のストレージを提供し、サーバーからリモートディスクとして利用できるようにします。

クラウドオブジェクトストレージは、基盤となるストレージインフラストラクチャをさらに抽象化したもので、ユーザーは物理ドライブやファイルシステムを直接管理することなく、APIを通じてオブジェクトを管理できます。

簡単にまとめると、次のとおりです。

• DAS： デバイスに直接接続するストレージ
• NAS： ネットワーク経由でファイルにアクセスするストレージ
• SAN： ネットワーク経由で提供されるブロックストレージ
• オブジェクトストレージ： APIを通じて管理するオブジェクトストレージ

NASの価値は、ローカルデバイスと基盤となるストレージメディアの間に、一元管理と共有を実現する仕組みを提供することにあります。

4. RAID、ZFS、スナップショット、バックアップ

これらの概念は一緒に語られることが多いものの、同じ種類の技術というわけではありません。

RAIDやストレージプールは、主に複数のドライブをまとめて管理し、構成に応じて冗長性を確保するための仕組みです。ZFSなどのファイルシステムは、データの整理や整合性チェック、ストレージ管理なども担います。

スナップショットは、特定の時点におけるストレージシステムの状態を記録する機能です。誤って削除されたデータや、意図しない変更からの復元に役立ちます。

一方、バックアップは、元のストレージシステムに重大な障害が発生した場合に備え、データを独立した保存先にコピーして保護する仕組みです。

以前の記事「高性能NASを見極める7つの評価指標｜CPUだけではわからない本当の性能」では、これらの仕組みについて詳しく紹介しています。ここで重要なのは、これらがストレージアーキテクチャの異なるレイヤーで機能し、それぞれ異なる課題に対応しているという点です。互いに置き換えられるものではなく、補完し合う関係にあります。

5. ホットデータ、ウォームデータ、コールドデータ

データは、そのライフサイクル全体を通じて、常に同じ頻度でアクセスされるわけではありません。

アクティブなプロジェクトファイル、動画素材、データベース、AIワークロードなどは「ホットデータ」の代表例であり、高いI/O性能が求められます。

最近撮影した写真や、今後も参照する可能性のあるプロジェクトファイルなどは「ウォームデータ」に分類されます。こうしたデータでは、容量と性能のバランスが重要になります。

長期保存用のアーカイブ、過去のプロジェクト、アクセス頻度の低いファイルなどは「コールドデータ」にあたり、容量、コスト、長期保存のしやすさが主な検討事項となります。

そのため、ストレージシステムでは、必ずしもすべてのデータに同じ種類のストレージメディアを使用する必要はありません。データのライフサイクルに応じて適切なストレージ階層に配置することで、性能、容量、コストのバランスをより効率的に最適化できます。

6. N5シリーズで構築する小規模な階層型ストレージシステム

一般ユーザー、コンテンツクリエイター、小規模チームにとって、複数種類のストレージメディアと高速ネットワークを備えたNASは、シンプルな階層型ストレージシステムを構築するための有効な選択肢です。

例えば、N5シリーズでは、高速なNVMe SSDをアクティブなプロジェクト、AI関連データ、仮想マシンなど、頻繁にアクセスするデータの保存先として活用できます。一方、大容量HDDには、写真、動画、完了したプロジェクトなどのウォームデータやコールドデータを保存できます。

さらに、スナップショットや独立したバックアップを組み合わせることで、データ保護の仕組みを強化できます。

このように、NASはもはや単なる「複数のハードドライブを収めた箱」ではありません。ストレージメディア、データ管理、ネットワークアクセス、データ保護を結びつける、ストレージシステムの中核となる存在なのです。

「ドライブ容量」から包括的なストレージシステムへ

NASを理解するには、ハードドライブの保存容量やSSDの処理速度といった点だけでなく、ストレージシステム全体を捉える必要があります。包括的なストレージシステムを構築するには、次のような複数の側面を考慮する必要があります。

• 容量（Capacity） — どれだけのデータを保存できるか？
• パフォーマンス（Performance） — データをどれだけ速く読み書きできるか？
• 信頼性（Reliability） — ハードウェア障害やデータの異常が発生した場合でも、データの整合性を維持できるか？
• 可用性（Availability） — 障害が発生しても、サービスへのアクセスを継続できるか？
• 復旧性（Recoverability） — データ損失やシステム障害が発生した後、データを復元できるか？

ハードドライブは、ストレージシステムを構成する要素のひとつにすぎません。NASの真価は、異なるレイヤーにわたるストレージ機能を統合し、データを単に保存するだけでなく、そのライフサイクル全体を通じてアクセス、管理、保護し、適切に活用できる環境を実現することにあります。

オススメ＞＞