網路存儲體系結構
摘要：首先對存儲技術的發展階段做一概述性的介紹，重點分析NAS、SAN網路存儲系統的體系結構，並對兩者的融合系統作了一定的分析；最後分析網路存儲體系結構的未來發展趨勢。關鍵字：網路存儲；NAS；SAN；虛擬存儲
Network-Storage Architecture
Abstract：This article introduces the storage technique based on bus, analyze four network storage architectures in details, also present the mechanism of how to implement storage devices; this article describes the future development of storage architecture.
Key words：Network-Storage；NAS；SAN；Virtual Storage
1 概述
由於INTERNET的快速發展、線上數據存儲的快速增長、電子商務等眾多需求，原來以伺服器為中心的存儲技術已經不適合今天的存儲需求了．以存儲網路為中心的存儲技術得到快速的發展，目前網路存儲技術沿著三個主要的方向發展：NAS、SAN、IP-SAN．同時，由於NAS、SAN、IP-SAN系統的一些固有缺點，使得網路存儲新技術不斷出現，如DAFS、InfiniBand、統一虛擬存儲、NASD等等．實際上，我們可以將存儲技術分為三個階段：1) 匯流排存儲階段；
2) 存儲網路階段；
3) 虛擬存儲階段．
以存儲網路為中心的存儲是對數據存儲新需求的回答．是全新的存儲體系結構．它採用面向網路的存儲體系結構，使數據處理和數據存儲分離；網路存儲體系結構包括了網路和I/O的精華，將I/O能力擴展到網路上(不是以前的匯流排)，特別是靈活的網路定址能力，遠距離數據傳輸能力，I/O高效的原性能；通過網路連線伺服器和存儲資源，消除了不同存儲設備和伺服器之間的連線障礙；提高了數據的共享性、可用性和可擴展性、管理性．
2 存儲體系結構
2.1 SAN(Storage Area Network)高性能的光纖通道交換機和光纖通道網路協定是SAN的關鍵。我們把以光纖通道交換機為骨幹的網路拓撲結構稱為“SAN Fabric”。而光纖通道協定是SAN的另一個本質特徵。SAN正是利用光纖通道協定上載入SCSI協定來達到可靠的塊級數據傳輸。
SAN以光纖通道交換機和光纖通道協定為主要特徵的本質決定了它的諸多優點，我們可以簡單地概括為性能、距離、管理等方面。首先，在一些關鍵套用中，傳輸塊級數據要求必須使用SAN——尤其是多個伺服器共同向大型存儲設備進行讀取。由於在數據傳輸時被分成小段，使SAN對伺服器處理的依賴較少，可以有效地傳送爆發性的塊數據，SAN的性能及可靠性就得到了充分的發揮。其次，通過城域網（MAN），SAN可以實現遠程災難恢復。一般地，使用E3信道， SAN可以在不降低性能的同時將部件間的距離增加至150km。第三，很重要的一點，SAN的管理是集中而且高效的。用戶可以線上添加/刪除設備、動態調整存儲網路以及將異構設備統一成存儲池等。
2.2 NAS(Network-Attached Storage)
NAS使用了傳統乙太網和IP協定，當進行檔案共享時，則利用了NFS和CIFS以溝通NT和 Unix系統。由於NFS和CIFS都是基於作業系統的檔案共享協定，所以NAS的性能特點是進行小檔案級的共享存取。
從NAS的簡單機制可引申出它的一些明顯的優缺點。優點方面，NAS的部署非常簡單，只須與傳統交換機連線即可；其次，它的成本較低，因為NAS的投資僅限於一台NAS伺服器，而不像SAN是整個存儲網路，同時，NAS伺服器的價格往往是針對中小企業定位的；第三，NAS伺服器的管理非常簡單，它一般都支持Web的客戶端管理，對熟悉作業系統的網路管理人員來說，其設定既熟悉又簡單。在簡單易用的背後，NAS的缺點也非常明顯。從性能上看，由於與套用使用同一網路，NAS會增加網路擁塞，反過來，NAS性能也嚴重受制於網路傳輸數據能力; 其次，從數據安全性看，NAS一般只提供兩級用戶安全機制，雖然這能簡化使用，但還需要用戶額外增加適當級別的檔案安全手段。
概括來說，SAN對於高容量塊狀級數據傳輸具有明顯的優勢，而NAS則更加適合檔案級別上的數據處理。儘管二者存在根本特性上的差異，但SAN和NAS 實際上也是能夠相互補充的存儲技術。例如，SAN擅長塊數據傳輸、極易擴展且管理設備有效。用戶可以使用 SAN運行關鍵套用，比如資料庫、備份等，以進行數據的集中存取與管理；而NAS 支持若干客戶端之間檔案共享，所以用戶可以使用NAS作為日常辦公中需要經常交換小檔案的地方，比如存儲網頁等。SAN和NAS在實際情況中是可以並存在一個系統中。例如，SAN更多與NAS聯合使用，可以為NAS設備提供高性能、大容量的存儲設備，同時許多SAN通常駐留在NAS套用中。
3 SAN和NAS融合系統的優勢
NAS和SAN是互補技術，一些其他的信息技術趨勢已經驅使融合網路的採用，其中包括：一些分散式的套用和用戶要求訪問相同的數據；對提供更高的性能、高可靠性和更低的擁有成本的專有功能系統的高增長要求；以成熟和習慣的網路標準包括TCP/IP, NFS和CIFS為基礎的操作；一個全面降低管理成本和複雜性的需求；一個不需要增加任何人員的高擴展存儲系統；一套可以通過重新規劃的系統以維持目前擁有的硬體和管理人員的價值等。3.1 擴展性
以光纖為接口的存儲網路SAN提供一個高擴展性、高性能的網路存儲機構。光纖交換機、光纖存儲陣列同時提供高性能(200Mbps)和更大的伺服器擴展空間。這是以SCSI為基礎的系統所缺乏的。網路存儲NAS可以是已經配置好的，完整的並可追加至數個至數十個TB的網路存儲設備。由於NAS設備是基於目前的TCP/IP網路，遠距離存儲設備是完全可以實現。一套融合SAN和NAS的解決方案全面獲得套用光纖通道的能力，從而讓用戶獲得更大的擴展性、遠程存儲和高性能等優點。
3.2 存儲管理
SAN存儲網路提供一個存儲系統、備份設備和伺服器相互連線的架構。他們之間的數據不再在乙太網絡上流通從而大大提高乙太網絡的性能。正由於存儲設備與伺服器完全分離，用戶獲得一個與伺服器分開的存儲管理理念。我們現在可以對企業的數據和存儲作特殊和專業的管理，不用再像以前那樣把數據管理與伺服器管理混為一談。複製、備份、恢複數據和安全的管理可以以中央的控制和管理手段進行。加上把不同的存儲池以網路方式連線，用戶可以以任何他們需要的方式訪問他們的數據，並獲得更高的數據完整性。
3.3 可用性
SAN的高可用性是基於它對災難恢復、線上備份能力和對冗餘存儲系統和數據的時效切換能力而來。NAS套用成熟的網路結構提供快速的檔案存取時間和高可用性，數據複製(在存儲系統層面)等功能可以保護和提供穩固的檔案級存儲。一個融合SAN和NAS技術的存儲解決方案全面提供一套在以塊(Block)和檔案(File)I/O為基礎的高效率平衡方案從而全面增強數據的可用性。套用光纖通道的SAN和NAS，整個存儲方案提供對主機的多層面的存儲連線，高性能、高可用和容易維護等優點全由一個網路架構提供。
3.4 伺服器聯合
在一個SAN系統中，伺服器完全連線到一個數據網路，增加了對用戶共有存儲陣列的連線。高效率和經濟的存儲分配可以通過聚合的和高磁碟使用率獲得。一個NAS 系統包含在一台NAS伺服器中的檔案系統並通過乙太網接口連線到乙太網內，同時使用用戶的存儲空間。由於伺服器的增長和存儲的增長不一樣，開放的伺服器可以基於數據處理作為組合和管理基礎，不受存儲限制。一套融合SAN和NAS的存儲系統全面提高Unix和Windows伺服器對存儲設備的使用率達到 75%或者更高。
從用戶套用的角度來劃分，必須採用SAN或者NAS的都是少數，絕大多數的套用需求採用SAN或者NAS都能滿足，而採用SAN與NAS融合的方案作到了最好的滿足。
4 發展前景
實際上，只有真正開放的存儲網路才是計算機產業發展的潮流。正像SCSI技術和Ethernet技術的發展所走過的道路，SAN最終將實現不同主機和不同存儲設備的真正意義的資源共享。無疑，企業的管理者將是這一目標的最大受益者，企業將充分享受科學技術帶來的巨大收益。存儲系統將有機地融為一體，存儲空間將變得十分廣闊，充分體現信息對企業的價值。但以存儲網路為中心的存儲解決不了全部的數據存儲問題，如存儲資源共享、數據共享、數據融合等．不少先進存儲系統的倡導者都提出，存儲作為一種資源，應該像我們日常生活中的自來水和電力一樣，隨時可以方便的存取和使用，這就是存儲公用設施模型．也是網路存儲的發展目標．實現存儲公用設施模型的關鍵就是在網路存儲基礎上實現統一虛擬存儲系統．目前存儲技術還處於存儲網路階段．虛擬存儲才剛剛起步．
5 參考文獻
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