Ленточные накопители: что это и для чего их используют

В эпоху стремительного роста объемов данных компании ищут надежные и масштабируемые решения для их хранения и защиты. Несмотря на развитие облачных технологий и сверхскоростных накопителей, ленточные системы по-прежнему остаются важным инструментом для архивирования и резервного копирования.

В этой статье разбираем, что такое ленточные накопители, как они работают и почему их продолжают использовать.

Запустить и развивать бизнес в онлайне проще, когда под рукой есть все необходимые инструменты. В «Рег.ру» вы найдете облачные сервисы: корпоративную почту на собственном домене, лицензии 1С-Битрикс, защиту от DDoS и другие решения, которые помогут вашему проекту работать стабильно и безопасно.

Что такое ленточные накопители

Ленточные накопители — это устройства для записи и сохранения информации на длинных и узких магнитных лентах. Они предназначены для хранения больших объемов данных (например, резервных копий файлов или архивов) и обеспечивают их безопасность на долгий срок. В отличие от жестких дисков или SSD, где доступ к информации происходит произвольно, ленты считываются последовательно — как кассета в магнитофоне или фотопленка.

Ленточные накопители могут использоваться как отдельные устройства или в составе ленточных библиотек — систем, способных работать одновременно с несколькими лентами. Библиотеки автоматизируют процесс загрузки и выгрузки носителей, упрощая управление данными и увеличивая их доступность. Более подробно о них поговорим чуть позже.

Принцип работы ленточных накопителей

Ленточные накопители работают по принципу последовательного доступа к данным. В отличие от жестких дисков или SSD, где информация записывается в блоки с возможностью мгновенного чтения любого участка, здесь данные располагаются линейно вдоль магнитной ленты. Чтобы считать или записать нужную информацию, накопителю требуется перемотать ленту до нужного фрагмента. Из-за этого процесс становится медленнее, но эффективнее для хранения больших объемов информации, которые не требуют частого доступа.

Когда информация записывается, она кодируется в двоичной форме с помощью магнитных полей. Лента проходит над специальной магнитной головкой, информация записывается или считывается за счет магнитного поля. При записи головка преобразует поступающие цифровые данные в магнитные сигналы и «наносит» их на поверхность ленты. При чтении, наоборот, головка воспринимает магнитные сигналы и переводит их обратно в цифровой формат, доступный для компьютера.

Ключевую роль в системе играет мотор, который контролирует движение ленты, и механизм натяжения, который предотвращает ее повреждение. В многокассетных системах — ленточных библиотеках — за автоматическую загрузку и выгрузку носителей отвечает роботизированная система, что значительно упрощает управление большими массивами данных.

Важно понимать: из-за последовательной записи ленточные накопители не могут мгновенно перейти к нужным данным, как более современные варианты. Поэтому их чаще используют именно для архивного и резервного хранения, где скорость доступа менее важна, чем надежность и большой объем.

Основной стандарт ленточных технологий — LTO

С появлением цифровых данных возникла необходимость в масштабируемых системах долговременного хранения. В конце 1990-х годов консорциум IBM, HP и Seagate представил стандарт Linear Tape-Open (LTO), который со временем стал ведущим форматом ленточных накопителей. Его развитие привело к увеличению емкости, скорости работы и внедрению дополнительных функций безопасности.

Ключевые особенности LTO:

• Рост объема хранения — с каждой новой версией стандарта увеличивается емкость кассет, а потому компании могут работать с еще большими массивами данных.
• Обратная совместимость — устройства LTO поддерживают запись на одно предыдущее поколение и чтение с двух более старых версий, обеспечивая плавный переход на новые технологии.
• Дополнительные функции безопасности — начиная с LTO-4, поддерживается аппаратное шифрование, а режим WORM (Write Once, Read Many) позволяет записывать данные без возможности их изменения, что полезно для защиты от подделки.
• Сжатие данных — технология аппаратного сжатия позволяет хранить больше информации без увеличения физического объема носителей.

LTO остается самым популярным стандартом среди ленточных накопителей, так как сочетает доступную стоимость, высокую надежность и масштабируемость для долгосрочного хранения данных.

Другие форматы ленточных накопителей

Ленточные накопители представлены в нескольких форматах, каждый из которых развивался для решения конкретных задач хранения данных. На сегодняшний день наиболее распространенной технологией остается LTO, но существуют и другие форматы, которые использовались или продолжают применяться в различных сферах.

Digital Linear Tape (DLT) и Super DLT (SDLT)

DLT появился в 1984 году и быстро завоевал популярность благодаря высокой емкости и надежности. Он использовал технологию продольной записи на 0,5-дюймовую ленту и применялся для резервного копирования в корпоративных средах.

Позднее был разработан стандарт Super DLT (SDLT), который обеспечивал еще большую плотность записи и увеличенные скорости передачи данных. На пике популярности SDLT-600 предлагал до 600 ГБ емкости и скорость 72 МБ/с. Однако с развитием LTO популярность DLT и SDLT начала снижаться, и сегодня эти технологии практически не используются в новых системах.

Digital Audio Tape (DAT) и DDS (Digital Data Storage)

Первоначально разработанная как цифровая замена аналоговым кассетам, технология DAT (Digital Audio Tape) нашла применение в хранении данных. На ее основе был создан формат DDS (Digital Data Storage), который предназначался для резервного копирования небольших объемов информации.

DAT и DDS использовали 4 мм ленту и обеспечивали относительно небольшую емкость — например, DAT-160 вмещал 80 ГБ, а DAT-320 — 160 ГБ. Несмотря на компактность и низкую стоимость, DAT уступил место более продвинутым технологиям из-за медленной скорости передачи данных (до 16 МБ/с) и ограниченной долговечности носителей.

Advanced Intelligent Tape (AIT)

AIT (Advanced Intelligent Tape) был разработан Sony и использовал спирально-сканирующую технологию записи, аналогичную той, что применяется в видеомагнитофонах. AIT кассеты отличались компактностью и высокой плотностью хранения данных, а потому подходил для небольших серверных комнат и предприятий.

Одной из особенностей AIT стала встроенная память внутри картриджа, позволяющая ускорять поиск файлов и загружать данные быстрее, чем традиционные ленточные накопители. Форматы AIT-5 и SAIT-2 предлагали емкость до 400 ГБ и скорость передачи данных 24 МБ/с, однако технология не смогла составить конкуренцию LTO и со временем утратила актуальность.

Особенности ленточных накопителей

Ленточные накопители остаются востребованными благодаря совокупности характеристик:

• Экономическая эффективность. Ленточная технология считается одним из самых доступных решений для долгосрочного хранения больших массивов информации. Стоимость носителей, а также расходы на эксплуатацию, обычно ниже по сравнению с дисковыми системами или облачным хранением. Поэтому, когда нет необходимости часто запрашивать данные, ленты — оптимальный вариант для архивирования.
• Масштабируемость. При увеличении объемов информации достаточно докупить дополнительные картриджи и при необходимости расширить библиотеку. Это позволяет без кардинальных изменений инфраструктуры поддерживать рост данных и оперативно наращивать емкость хранилища.
• Надежность и длительный срок службы. Магнитные ленты известны своей прочностью и при правильном хранении способны служить десятилетиями. Их можно разместить в защищенных помещениях с контролируемым климатом, обеспечив дополнительную защиту от внешних воздействий.
• Энергоэффективность. В отличие от дисковых систем, которые требуют постоянного питания для поддержания доступа к данным, ленты используют энергию только в момент записи или чтения. С ними можно снизить энергозатраты и расходы на охлаждение.
• Безопасность данных. Благодаря встроенным механизмам шифрования ленты стали надежным способом защиты конфиденциальной информации. Кроме того, картриджи можно хранить офлайн, сокращая вероятность атак со стороны злоумышленников и значительно усложняя доступ к физическим носителям. Таким образом, риск потери данных по причине взломов или вирусов снижается.

Коротко о ленточных библиотеках

Ленточная библиотека — это автоматизированная система хранения данных, в которой объединены ленточные накопители, картриджи с лентами и механизмы управления. Ее архитектура строится вокруг нескольких ключевых компонентов:

• Ленточные накопители — устройства, которые выполняют запись и считывание данных с магнитных лент. Они расположены внутри библиотеки и обрабатывают информацию в последовательном режиме.
• Картриджи с лентами — физические носители данных. Каждый картридж содержит длинную магнитную ленту, способную хранить терабайты информации.
• Автоматизированная система загрузки включает роботизированную руку, которая перемещает картриджи между хранилищем и накопителями. Так система может самостоятельно извлекать нужную ленту и вставлять ее в привод без вмешательства человека.
• Ячейки хранения — специальные слоты внутри библиотеки, в которых размещаются картриджи, когда они не используются. Их количество может варьироваться в зависимости от размеров системы.
• Контроллер управления — центральный модуль. Координирует работу библиотеки. Он отвечает за перемещение картриджей, управление накопителями и взаимодействие с программным обеспечением, которое контролирует процессы резервного копирования и архивирования.

Ленточные библиотеки позволяют автоматизировать процесс хранения и управления данными, минимизируя участие человека. Так как встроенные роботизированные механизмы загружают и извлекают картриджи без ручного вмешательства, это ускоряет доступ к архивам и снижает вероятность ошибок.

Кроме того, ленточные библиотеки — это экономичный способ масштабирования хранилища. Увеличить емкость можно, просто докупив новые картриджи, без серьезных инвестиций в инфраструктуру. А благодаря офлайн-хранению и встроенному шифрованию обеспечивается высокая защита от кибератак и долговечность данных, что особенно актуально для резервных копий и архивов.

Области применения ленточных накопителей

Несмотря на развитие облачных технологий и дисковых систем ленточные накопители продолжают играть ключевую роль в различных сферах, где важны надежность, масштабируемость и низкая стоимость хранения данных.

Архивирование корпоративных данных

Крупные компании и государственные учреждения используют ленты для долгосрочного хранения документов, бухгалтерской отчетности и юридически значимой информации. Они позволяют им экономить на хранилищах и при этом гарантировать сохранность данных на десятилетия.

Резервное копирование

Ленточные накопители часто применяются для создания бэкапов в дата-центрах и IT-инфраструктурах крупных организаций. Они обеспечивают защиту от кибератак, так как позволяют хранить резервные копии офлайн, исключая риск заражения вирусами и программами-вымогателями.

Научные и медицинские исследования

В областях, где генерируются огромные массивы данных (биоинформатика, климатология и физика высоких энергий), ленточные системы используются для хранения экспериментальных результатов. Медицинские учреждения архивируют ПЭТ и МРТ-сканы пациентов, астрономы хранят телескопические наблюдения, а ученые записывают симуляции и расчеты.

Киноиндустрия и медиакомпании

Фильмы, телешоу и видеоматериалы занимают терабайты и даже петабайты места, а для переизданий и ремастерингов нужно надежное хранение исходных файлов. Киноархивы используют ленточные накопители данных, чтобы сохранить отснятый материал в оригинальном качестве на долгие годы.

Финансовый и банковский сектор

Банки, страховые компании и биржи обязаны хранить транзакционные данные и клиентскую документацию в течение долгого времени. Ленты позволяют безопасно архивировать информацию и при необходимости оперативно восстанавливать ее.

Как выбрать ленточный накопитель

Ошибки при подборе ленточного накопителя могут привести к недостатку места для хранения, низкой скорости работы или даже преждевременному износу устройства. Чтобы этого избежать, разберем основные критерии, на которые стоит обратить внимание:

Объем хранения

Основной параметр — это емкость накопителя. Производители указывают два значения: нативную (физическую) емкость и сжатую, при расчете которой учитывается программное сжатие данных (обычно предполагается коэффициент 2:1). Однако стоит помнить, что не все файлы хорошо сжимаются — например, видео или архивы уже используют собственные алгоритмы сжатия, поэтому их объем почти не уменьшается.

Чтобы определить нужную емкость, стоит проанализировать предыдущие бэкапы или узнать, насколько данные поддаются сжатию.

Скорость передачи данных

Этот параметр особенно важен, если резервное копирование должно выполняться в ограниченные временные окна, например, ночью, когда нагрузка на сеть и серверы минимальна.

Скорость передачи указывается в МБ/с или ГБ/ч, и здесь важно понимать, что накопитель должен получать данные с достаточной скоростью, иначе лента будет двигаться рывками (в старт-стоп режиме). Это снижает срок службы как самой ленты, так и привода.

Причины нехватки скорости могут быть две:

• Ограничения жесткого диска. Если файлы сильно фрагментированы или чтение происходит с большого количества мелких файлов, скорость падает.
• Пропускная способность сети. Если резервное копирование идет через сеть, ее скорость должна соответствовать требованиям накопителя. Например, стандарт 10Base-T Ethernet (10 Мбит/с) физически не сможет обеспечить поток данных выше 1,25 МБ/с, а накопитель, требующий 20 МБ/с, просто не будет работать на полную мощность.

Перед покупкой важно проверить, сможет ли ваша инфраструктура поддерживать стабильную скорость передачи данных.

Надежность и ресурс работы

Для оценки долговечности ленточного накопителя стоит обратить внимание на показатель MTBF (Mean Time Between Failures) — среднее время наработки на отказ. Однако этот параметр указывается при определенном допустимом цикле нагрузки.

Например, если устройство имеет MTBF 370 000 часов при 20% нагрузке, это означает, что оно рассчитано на работу примерно 4,8 часа в день. Если же использовать его дольше, ресурс быстро сокращается. Поэтому важно учитывать предполагаемую частоту работы накопителя.

Стоимость и баланс характеристик

Ленточные накопители отличаются по цене в зависимости от емкости, скорости и дополнительных функций (например, аппаратного шифрования). Не всегда стоит гнаться за самой дорогой моделью — если накопитель будет использоваться раз в неделю для архивирования, можно выбрать более бюджетное устройство.

Важно учитывать не только цену самого накопителя, но и стоимость картриджей, поскольку в долгосрочной перспективе именно они составляют основную статью расходов.

Выводы

Несмотря на стремительное развитие облачных и дисковых технологий ленточные носители информации остаются востребованным и эффективным решением для долгосрочного хранения данных.

При выборе ленточного накопителя или библиотеки важно учитывать текущие и будущие потребности организации в объеме данных, скорость передачи, а также особенности текущей инфраструктуры. Грамотный подход к выбору и правильная эксплуатация помогут вам сохранить критически важную информацию на долгие годы.