Выбор между реальным HDD и виртуальным (VDI, VMDK, и т.д.) для организации NAS. Какие плюсы и минусы?
Пришла мысль разместить всё это в одной, но мощной железке
Плохая мысль. Как человек, много лет державший сеть именно такой конфигурации (только что без nas) - скажу, что это плохая мысль. Вернее, это все хорошо до тех пор, пока ты сидишь дома. Когда ты вне дома и происходит пропадание питания, после чего виртуальный роутер встает в позу ротного пулемета - тебе приходится терпеливо обьяснять жене/ребенку/еще кому-то что нужно нажать на клавиатуре чтобы это заработало.
Мне много раз приходилось это делать и однажды мне это надоело, я поставил микротик в качестве роутера. И теперь даже если с серваком что-то случается, то по крайней мере на его консоль через iKVM я всегда могу попасть.

Роутер имеет смысл вынести в железку. 
NAS имеет смысл вынести в железку - она ведь для бэкапов, да? Мы же относимся к тем админам, которые уже их делают?
Это стандартная схема построения сети небольшой конторы, многократно обкатанная.
Только жезезо - только хардкор!!!
Имхо, это имеет смысл если делать совмещенную станцию виртуалки + файл-сервер. Основные данные я храню на железном рейде. Для этого я создал в proxmox ВМ с виртуальным жестким диском, а так же прокинул в нее pci-express lsi raid-контроллер 9211-8i на 4 диска. На этом железном контроллере средствами контроллера поднял RAID-10 для хранения файлов и организации шары. Еще 4 таких диска я подключил к контроллеру на материнке, и 2 из них пробросил в ВМ как устройство. Из этих 2х дисков я сдел RAID-1 для бэкапов средствами операционной системы. Так же настроил операционку на всякие резервные точки и бэкап по расписани с raid-10  на raid-1.

из минусов решения - любая нештатная остановка ВМ не через shutdown вызывает на хардварном рейд-контроллере ребилд, даже если с питанием все хорошо. Здесь софтварный рейд железный заруливает в минуса в моем случае. Да и после переустановки proxmox я пробросил жесткие, развернул виртуалку из бэкапа и ОС определила софтварный рейд. Второй минус - гемор с отключемим ПК от ИБП, потому что это надо вешать на хост, т.е. линукс, а Debian там голый, да еще в моем случае усугубляется тем, что мне пришлось физически пробросить для нормальной работы звука физический и единственный usb-контроллер на матплате. 

ОС ставите на винтупльный жесткий и настраиваете бэкап отдельно через proxmox, файлы через ВМ на дублирующий софтварный рейд + настройте выгрузку в облако или на подключаемый время от времени внешний жесткий диск. Виртуальный жесткий диск очень медлененн для записи больших данных, по-этому только железо.

И последнее, можно поставить zfs, refs - в принципе должно быть норм, если вы с этим работаете и умеете готовить. Можно даже установить облако, типа nextcloud, или проапгрейдить proxmox через nas os, можно подключить диски как папку и  расшарить через хост proxmox, можно проапгрейдить debian и забить на proxmox в принципе. Вариантов масса.

ссылки по теме
https://m.habr.com/ru/post/328048/
https://m.habr.com/ru/post/437598/

ps для того что бы proxmox не бэкапил подключенные жеские диски в файле конфигурации нужно в строке с параметром проброса такого диска в конце строки добавить, после запятой, "backup=no" без кавычек. Ну или не писать это примечание и proxmox будет бэкапить не только жеский диск ВМ, но и пробрасываемые диски, которые пробрасываются через volume=/dev/disk/by-id/.........