스토리지

https://www.hkcert.org/security-guideline/cloud-storage-security

 

• DAS / NAS / SAN = 스토리지 연결 방식(구축 형태)
  • 서버와 스토리지가 어떻게 연결되는지에 대한 분류
• 블록 / 파일 / 오브젝트 = 스토리지 접근 방식(데이터 접근 모델)
  • 스토리지를 어떤 형태로 읽고 쓰는지에 대한 분류

 

스토리지는 크게 로컬 스토리지와 네트워크 스토리지로 나뉜다. 로컬 스토리지는 컴퓨터나 서버 내부에 SSD, HDD를 직접 장착해 사용하는 방식으로 운영체제가 디스크를 바로 인식하고 블록 단위로 읽고 쓰는 전통적인 형태다. 우리가 사용하는 노트북 SSD나 데스크탑 HDD가 이에 해당한다. 스토리지는 결국 모든 데이터가 SSD나 HDD 같은 물리 매체에 저장된다는 점에서는 동일하지만, 운영체제가 이 스토리지를 어떻게 바라보고 어떻게 연결하느냐에 따라 전혀 다른 방식으로 작동한다. 서버에 직접 연결된 로컬 디스크는 DAS 구조로 블록 단위로 제공되기 때문에, OS는 이를 완전히 내장 SSD처럼 인식하고 파일시스템도 직접 설치한다.

 

네트워크 스토리지는 물리적인 디스크가 다른 서버나 장비에 존재하지만 네트워크를 통해 접근하는 구조. 밑단에는 동일하게 HDD나 SSD가 사용된다. 네트워크 스토리지는 다시 블록 스토리지, 파일 스토리지, 오브젝트 스토리지로 나뉜다.

 

블록 스토리지는 SAN이나 EBS처럼 네트워크를 통해 제공되는 가상 디스크. 운영체제가 이를 로컬 SSD처럼 인식한다. OS는 여기에 직접 파일시스템을 생성해 마운트하며, 내부적으로는 HDD든 SSD든 상관없이 블록 장치만 제공받는다는 점에서 실제 디스크처럼 취급된다.

 

파일 스토리지는 NAS 장비를 통해 제공되는 형태로 NAS 내부에 파일시스템이 존재하고 저장소 장치는 역시 HDD, SSD가 사용된다. 하지만 클라이언트 OS는 파일시스템을 직접 다루지 않고, 단지 NFS나 SMB 같은 프로토콜로 파일 단위의 요청을 보낼 뿐이다. 그래서 운영체제 기준으로는 디스크가 아니라 네트워크 공유 폴더처럼 보이게 된다.

 

오브젝트 스토리지는 오브젝트라는 단위로 저장되며 HTTP 기반 API를 통해 접근한다. AWS S3처럼 메타데이터와 실제 데이터를 분리해 저장하며, 내부적으로는 대규모 HDD와 SSD 캐시를 조합해 동작한다. 따라서 클라이언트가 파일시스템처럼 마운트하는 개념은 존재하지 않는다.

 

NAS가 장비이면서 동시에 연결 방식으로도 사용되는 이유는 NAS라는 장비가 곧 파일 스토리지 방식을 제공하기 때문이다. NAS를 구축하면 곧 파일 스토리지를 제공하는 장비를 설치하는 것이고, 파일 스토리지를 사용한다는 말은 곧 NAS를 통한 NFS/SMB 파일 공유를 의미한다. 그래서 업계에서는 NAS, 파일 스토리지, NFS/SMB 방식이 자연스럽게 섞여 사용된다.

 

스토리지 접근 방식

 

블록 스토리지

• 블록 스토리지는 물리적으로는 네트워크를 통해 연결되지만, 서버 입장에서는 로컬 디스크처럼 보이도록 블록 단위의 장치를 제공한다. EBS나 SAN 같은 블록 스토리지 시스템은 서버에게 /dev/sdb, /dev/nvme1n1 같은 실제 디스크 장치를 흉내내는 블록 디바이스를 제공하고, 운영체제는 이를 자신의 내부 SSD처럼 인식해 파일 시스템을 생성하고 마운트해 사용한다. 비록 서버와 스토리지 사이에는 네트워크가 존재하지만, OS는 이를 알지 못하고 로컬 디스크처럼 취급한다. 이러한 구조 때문에 블록 스토리지는 한 번에 한 서버에만 연결되며, 단일 서버가 독점적으로 사용하는 형태가 일반적이다.
  • /dev/nvme1n1: 리눅스 시스템에서 NVMe(Non-Volatile Memory express) 인터페이스를 사용하는 디스크(예: AWS EC2의 EBS 볼륨)를 나타내는 장치 파일 경로
• 디스크를 블록 단위로 제공
• OS가 직접 파일시스템 생성
• (ext4, xfs) 로컬 디스크처럼 사용
• 예시
  • 로컬 SSD/HDD (DAS)
  • SAN (Network Block Storage)
  • AWS EBS 

 

파일 스토리지

• 반대로 파일 스토리지는 NAS처럼 네트워크로 제공되는 스토리지의 종류일 뿐이다. 파일 스토리지 내부에도 파일 시스템이 존재하지만, 이는 로컬 파일 시스템이 존재하는 것과 동일한 구조일 뿐 둘이 포함 관계는 아니다.
• 한편, 파일 시스템과 파일 스토리지는 개념적으로 완전히 다른 차원의 개념이다. 파일 시스템(ext4, xfs 등)은 데이터를 어떤 방식으로 저장하고 정리하는지 정의하는 저장 방식이며, 로컬 디스크 위에도, 네트워크 파일 스토리지(NFS, SMB) 위에도 존재할 수 있다.
• 파일/폴더 단위로 관리
• 디렉토리 구조 존재
• 파일 서버가 파일시스템을 관리 - 클라이언트는 파일만 주고받음
• 예시
  • NAS (NFS, SMB)
  • AWS EFS

 

오브젝트 스토리지

• 오브젝트 스토리지는 이들과 크게 다르다. 오브젝트 스토리지는 DAS/NAS/SAN처럼 서버에 어떻게 연결되는가라는 개념 자체가 없다. 서버가 디스크로 마운트하거나 파일 서버처럼 연결하지 않으며, SAN처럼 블록 장치를 제공하지도 않는다. 대신 S3처럼 네트워크를 통해 HTTP API로 요청을 보내고 오브젝트 단위로 데이터를 가져오는 완전한 서비스형 스토리지다. 즉, 오브젝트 스토리지는 연결 방식이 아니라 저장 방식만 존재하고, 서버와 직접 연결되는 스토리지가 아니라 네트워크 API로 접근하는 구조다.
• 파일이 아니라 오브젝트 단위로 저장
• 메타데이터 + 데이터 + ID 형식
• 디렉토리 구조 없음
• HTTP API로 접근
• 예시
  • AWS S3
  • Google Cloud Storage

 

항목	연결 방식	스토리지 타입	예
로컬 SSD/HDD	DAS	블록	노트북 디스크, 서버 내부 SSD
AWS EBS	SAN 방식(네트워크 블록)	블록	EC2 볼륨
NAS (NFS/SMB)	NAS	파일	Synology, EFS
SAN (iSCSI/FC)	SAN	블록	고성능 DB 스토리지
S3	없음(HTTP API)	오브젝트	백업, 정적파일

 

블록 스토리지만 운영체제 입장에서 내장 디스크처럼 보이는 이유는, 블록 단위의 장치를 그대로 서버에 제공하기 때문이다. 블록 스토리지는 /dev/sda, /dev/nvme1n1 같은 블록 디바이스를 만들어주고, 운영체제는 이러한 장치 위에 직접 파일시스템을 설치하고 마운트한다. 결국 OS는 이를 네트워크로 연결된 장치라는 사실을 알지 못한 채, 로컬 SSD와 동일한 방식으로 다루게 된다.

 

반면 파일 스토리지는 파일 단위로 접근하는 NAS 구조이기 때문에 디스크처럼 보이지 않는다. 클라이언트 OS는 파일경로 기반의 read/write 요청만 보내고, 블록 주소나 파일시스템 구조를 직접 관리하지 않는다. NAS 내부에는 자체적인 파일시스템이 존재하지만, 이는 서버 내부에서만 사용될 뿐 클라이언트는 이를 인식하지 못한다. 결국 파일 스토리지는 OS에게 원격 공유 폴더처럼만 보이고, 로컬 디스크처럼 취급되지 않는다.

 

오브젝트 스토리지는 아예 파일이나 블록 개념도 아닌, HTTP 기반의 Object API로만 접근하는 형태다. 객체 단위로 업로드&다운로드하는 구조이기 때문에 운영체제는 이를 스토리지로 인식할 수도, 파일시스템처럼 마운트할 수도 없다. 즉, 오브젝트 스토리지는 스토리지의 연결 방식이라는 개념이 존재하지 않고, 단순히 네트워크 서비스로만 사용된다.

 

따라서 블록 스토리지는 OS가 파일시스템을 직접 설치하고 관리할 수 있도록 순수한 블록 장치를 제공하기 때문에 로컬 디스크처럼 보이며, 파일 스토리지는 파일 단위의 네트워크 스토리지로 취급되고, 오브젝트 스토리지는 API 기반 저장소로 인식되는 것이다. 이 모든 스토리지의 밑단에는 결국 HDD나 SSD 같은 물리 매체가 존재하지만, 운영체제가 바라보는 방식은 완전히 다르게 설계되어 있다.

 

스토리지 연결 방식

 

스토리지는 크게 로컬에 직접 붙는 방식(DAS) 과 네트워크로 접근하는 방식(NAS, SAN, Object) 으로 나뉜다.

• 로컬 스토리지(DAS)는 SSD/HDD가 서버 안에 직접 장착된 형태로, OS가 이를 블록 장치로 인식하여 /dev/sda, /dev/nvme0n1 같은 디바이스로 받아들인다.
• 반면 네트워크 스토리지는 물리적으로는 떨어져 있지만 네트워크를 통해 스토리지를 제공하며 방식에 따라 파일 기반(NAS), 블록 기반(SAN), 오브젝트 기반(Object)으로 나뉜다.

스토리지는 어떤 방식이든 결국 HDD/SSD 같은 물리 디스크 위에서 동작한다. 로컬이든 SAN이든 NAS든 Object든, 내부 구현은 모두 물리 디스크가 있다.

 

1. 로컬 스토리지(DAS)
   서버 내부 또는 직접 케이블로 연결된 디스크로 우리가 쓰는 노트북 SSD나 서버의 내장 HDD 같은 것이다. 운영체제가 이 디스크를 블록 단위로 직접 제어하기 때문에, 파일 시스템도 OS가 스스로 만들어 사용한다.
2. 네트워크 스토리지
   실제 디스크는 다른 장비에 있지만 네트워크로 연결되는 형태다. 물리적으로는 똑같이 HDD/SSD를 쓰지만 서버에서는 방식에 따라 다르게 보인다. 네트워크 스토리지는 세 가지 모델로 나뉜다.
   • 블록 스토리지
     네트워크로 가상의 디스크(블록 장치)를 제공한다. OS는 이것을 로컬 디스크처럼 인식하고 직접 파일시스템을 만든다. SAN 장비나 AWS EBS가 이 방식이다.
     • SAN(네트워크 블록 스토리지)는 네트워크를 통해 블록 단위 스토리지를 서버에 제공한다. OS 입장에서는 이 SAN 볼륨을 로컬 SSD처럼 인식하기 때문에 파일 시스템을 직접 만들고 마운트하여 실제 디스크처럼 사용한다. AWS EBS가 이 SAN 방식과 동일한 구조라고 보면 된다. 네트워크로 연결되어 있지만 OS는 이것을 "내 디스크"라고 믿고 동작한다.
   • 파일 스토리지
     NAS 장비 내부에 파일시스템이 존재하고, 서버는 NFS/SMB 같은 프로토콜로 "파일 단위"로만 접근한다. OS는 디스크라고 보지 않고 네트워크 공유폴더처럼 사용한다.
     • NAS(네트워크 파일 스토리지)는 파일 단위로 데이터를 제공한다. NFS나 SMB 같은 프로토콜을 통해 파일 요청(read/write)을 전송하고, 파일 시스템은 NAS 장비 내부에서만 동작한다. 즉 클라이언트는 파일 자체에만 접근할 뿐, NAS 내부의 파일 시스템을 직접 다루지 않는다. 그래서 NAS는 "네트워크 공유폴더"처럼 보이며, 로컬 디스크처럼 행동하지 않는다.
   •  오브젝트 스토리지오브젝트 스토리지(S3 등) 는 블록 단위도 아니고 파일 단위도 아니다. 파일을 객체로 저장하며, 오직 HTTP API로만 접근한다. 단순히 URL 기반으로 PUT/GET 요청을 보내 통신하는 완전히 다른 스토리지 구조다.

 

연결 기준	스토리지 방식	이름	특징
직접 연결	블록	DAS	서버 내부 디스크처럼 바로 연결
네트워크 연결	블록	SAN	네트워크로 디스크를 제공, OS가 직접 파일시스템 생성
네트워크 연결	파일	NAS	파일 공유 방식, NFS/SMB
네트워크 연결	오브젝트	(이름 없음, 단일 명칭 없음)	S3같은API 기반 오브젝트 스토리지

 

 

RAID(Redundant Array of Independent Disks)

 

이제 RAID를 보자. RAID는 여러 디스크를 묶어 하나의 장비 내에서 성능 향상과 장애 대비를 제공하는 기술이다.

RAID 1은 미러링으로 한 개 디스크 장애를 버틸 수 있고, RAID 5와 6은 패리티를 이용해 디스크 한두 개 장애까지도 복원 가능하다. XOR 연산을 통해 패리티를 계산하며, 예를 들어 A XOR B = P일 때 B가 손실되면 A XOR P = B로 복원할 수 있다. RAID 10(1+0)은 미러링 후 스트라이핑 구조라 장애 허용 범위가 넓고, RAID 01(0+1)은 그보다 조금 취약한 구조다.

 

하지만 RAID는 근본적으로 단일 서버/단일 스토리지 장비 내부에서만 보호를 제공한다. 즉, 개별 디스크 장애에는 강하지만 스토리지 장비 자체가 죽으면(전원 불량, 컨트롤러 고장, 화재 등) RAID로는 절대 보호할 수 없다. 그래서 기업 환경에서는 RAID만으로는 부족하며, 별도의 백업, 리플리케이션, 또는 클라우드 기반 확장형 스토리지와 함께 사용한다.

 

특히 오브젝트 스토리지는 RAID 같은 로컬 보호 방식 대신, 데이터센터 전체를 걸친 대규모 분산 저장 구조를 사용한다. 여러 서버·랙·AZ에 데이터를 분산해 저장하고, Erasure Coding과 Replication 같은 기술로 서버 단위, 랙 단위, 심지어 AZ 단위 장애까지 견딜 수 있다. 이는 RAID보다 훨씬 상위 개념의 보호 방식이다.

->  그래서 오브젝트 스토리지는 RAID를 사용하지 않는다. RAID를 쓰는 것보다 훨씬 강력한 보호 체계를 이미 갖고 있기 때문이다.

이렇게 계층이 다르다.

• 디스크 단위 보호 = RAID
• 스토리지 단위 보호 = 백업/복제/오브젝트 스토리지 구조

또한 스토리지 개념의 범위도 다르다.

• 디스크는 물리 장치 단위다.
• 볼륨은 여러 디스크를 묶어 만든 논리 단위다.
• 스토리지는 전체 장비/서비스 단위로 백업, 접근 방식, 네트워크, 운영 기능까지 포함한다.