網(wǎng)絡(luò )存儲技術(shù)比較研究論文
摘 要：隨著(zhù)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )存儲已成為信息社會(huì )不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文深入分析網(wǎng)絡(luò )存儲技術(shù)的現狀及存在的問(wèn)題，重點(diǎn)討論當前網(wǎng)絡(luò )存儲的兩大主流技術(shù)NAS和SAN的主要的特點(diǎn)，相對于傳統網(wǎng)絡(luò )存儲技術(shù)他們的優(yōu)缺點(diǎn)，最后，提出一些較高可行性的存儲解決方案。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò )存儲；NAS；FC SAN；IP SAN
回顧計算機技術(shù)的發(fā)展歷程，不難發(fā)現計算機核心技術(shù)主要有三次大的遷移，計算機發(fā)明初期由于主要用于科學(xué)計算，因此中央處理器CPU的計算能力是研究的核心技術(shù)；隨后計算機網(wǎng)絡(luò )大面積應用，使計算機通信成為耗費時(shí)間最多的事件，因此如何提高網(wǎng)絡(luò )帶寬的技術(shù)成為熱點(diǎn)；現今，計算機的主要應用模式己轉化為數據的存儲和訪(fǎng)問(wèn)，存儲技術(shù)業(yè)已成為計算機核心熱點(diǎn)技術(shù)。
受機械部件自身性能的限制，磁盤(pán)存儲設備數據訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間平均每年只提高7％～10%，而數據傳輸率也只是以每年提高20%的速度發(fā)展。根據摩爾定律，計算機中央處理器和內存以平均每18個(gè)月增長(cháng)一倍的速度發(fā)展。根據吉爾德定律，網(wǎng)絡(luò )帶寬以每6個(gè)月增長(cháng)一倍的速度發(fā)展。很顯然處理器、網(wǎng)絡(luò )帶寬和磁盤(pán)IO之間的性能差距越來(lái)越大，而計算機系統性能的提高受限于系統中最慢的部件。因此，數據的存取速度己經(jīng)成嚴重影響計算機系統的性能。傳統的存儲技術(shù)難以解決這一問(wèn)題，采用新的存儲技術(shù)，提高數據存儲的I/O性能的需求越來(lái)越迫切。
１ 直接附加存儲(Direct Attached Storage，DAS )
直接附加存儲，是傳統的存儲模式，以服務(wù)器為中心的存儲結構，將存儲設備通過(guò)傳統的I/O總線(xiàn)、SCSI接口或光纖通道直接接駁到服務(wù)器上使用，數據的讀寫(xiě)、存儲直接發(fā)送到存儲設備端。DAS不帶操作系統，所有的輸入輸出操作都要通過(guò)服務(wù)器實(shí)現。如果需要訪(fǎng)問(wèn)存儲器上的數據，必須先給文件服務(wù)器發(fā)送請求信息。
DAS的主要優(yōu)點(diǎn)是特別適合地理上分散分布的服務(wù)器環(huán)境和存儲系統必須直連到應用服務(wù)器上的場(chǎng)合。
DAS的不足一是安裝、調試比較煩瑣 , 也沒(méi)有獨立的存儲操作系統，易造成網(wǎng)絡(luò )癱瘓。二是因DAS采用異地備份 , 所以備份操作復雜。三是雖然DAS依靠雙服務(wù)器實(shí)現雙機容錯功能 ,但若兩臺服務(wù)器同時(shí)出故障 , 則無(wú)法進(jìn)行正常數據存儲。
２ 網(wǎng)絡(luò )附加存儲（Network Attached Storage，NAS）
網(wǎng)絡(luò )附加存儲是提供文件級服務(wù)的存儲設備，通過(guò)標準的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構連接到一組計算機上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )文件系統（NFS）或者基于I P網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )文件協(xié)議等標準的協(xié)議提供文件級的數據訪(fǎng)問(wèn)。NAS實(shí)際是一種帶有網(wǎng)絡(luò )文件瘦服務(wù)器的存儲設備。
NAS是以存儲設備為中心，采用可伸縮的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，通過(guò)具有高傳輸速率的光通道的直接連接方式，提供SAN內部任意節點(diǎn)之間的多路可選擇的數據交換，并且將數據存儲管理集中在相對獨立的存儲區域網(wǎng)內。
NAS 的優(yōu)點(diǎn)：一是易于安裝的即插即用性。NAS內置了網(wǎng)卡，通過(guò)交換機直接連接到網(wǎng)絡(luò )中，基本上不需特別設置就可支持多個(gè)計算機平臺使用。二是極易部署性。NAS 設備可放置于任何地方，只通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接，用戶(hù)可直接在網(wǎng)絡(luò )上存取數據。這既減輕了應用服務(wù)器的系統開(kāi)銷(xiāo)，又顯著(zhù)改善了網(wǎng)絡(luò )性能。三是安全性高。NAS通常將操作系統駐留在主板芯片內，大大提高了整個(gè)系統的穩定性和病毒防犯能力。四是擴充方便。NAS 設備本身內置了多個(gè) I/O 接口，使擴充其存儲容量極為方便，同時(shí)也允許在網(wǎng)絡(luò )中自由增加 NAS 設備。NAS 為當今異構平臺使用統一存儲系統提供了解決方案。
NAS 的不足：一是NAS同樣采用普通數據網(wǎng)絡(luò )傳輸備份和恢復，備份時(shí)網(wǎng)絡(luò )帶寬的消耗較大，當網(wǎng)絡(luò )上有其他大數據流量時(shí)會(huì )嚴重影響系統性能。二是由于存儲數據通過(guò)普通數據網(wǎng)絡(luò )傳輸， 因此易產(chǎn)生數據泄漏安全問(wèn)題。三是NAS存儲只能以文件方式訪(fǎng)問(wèn)，而不能直接訪(fǎng)問(wèn)物理數據塊，因此對事務(wù)處理和數據庫等應用無(wú)能為力。
３ 存儲區域網(wǎng)絡(luò )（Storage Area Network，SAN）
網(wǎng)絡(luò )存儲的主角SAN是一種以數據存儲為中心，面向網(wǎng)絡(luò )的存儲結構。目前常見(jiàn)的可使用SAN技術(shù)主要有兩種，一種是采用的是光通道（FC，Fiber Channel）技術(shù)，即FC SAN；另外一種技術(shù)是利用基于高速以太網(wǎng)協(xié)議（TCP/IP協(xié)議）的互聯(lián)網(wǎng)小型計算機系統接口（iSCSI）技術(shù)，即IP SAN。
�。ǎ保〧C SAN
FC SAN通過(guò)一個(gè)或多個(gè)光纖通道交換機以網(wǎng)絡(luò )拓撲形式為主機服務(wù)器和存儲設備提供互聯(lián)。FC SAN 實(shí)際是一種專(zhuān)門(mén)為存儲建立的獨立于TCP/IP 網(wǎng)絡(luò )之外的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )。它的核心是 FC（Fiber Channel） ，其中的服務(wù)器和存儲系統各自獨立，地位平等 ，SAN 的接口通常不是以太網(wǎng)，而是小型計算機系統接口（SCSI）、串行存儲結構（SSA）、企業(yè)系統連接 (ESCON)、高性能并行接口（HIPPI）或是光纖通道。通過(guò)光纖設備進(jìn)行連接，使用FC通訊協(xié)議的SAN網(wǎng)絡(luò )我們稱(chēng)為FC SAN。
FC SAN的優(yōu)點(diǎn)：一是允許用戶(hù)獨立增加存儲容量，當數據容量增大時(shí)，可以隨時(shí)追加存儲空間，相比傳統的存儲架構SAN有更為出色的可擴展性?xún)?yōu)勢。SAN可不停止系統運行進(jìn)行應用服務(wù)器和存儲資源的追加和置換。二是具有更高的帶寬。因采用了光纖接口，利用光纖通道技術(shù)，SAN傳輸數據效率更高，特別是在傳輸大數據塊時(shí)。三是顯著(zhù)減少備份和恢復的時(shí)間，可以靈活地進(jìn)行時(shí)間表/權限管理以及備份/災難恢復控制，容易通過(guò)計劃任務(wù)使備份數據免除人為干預，同時(shí)減少網(wǎng)絡(luò )上的.信息流量。四是管理更為方便。SAN采用的集中式管理軟件允許遠程配置、監管和無(wú)人值守運行。五是SAN使用RAID硬件或軟件確保存儲的可靠性，從使用方面來(lái)講，在很大程度上提高了系統的可靠性和可用性。
FC SAN 的不足：一是價(jià)格昂貴。不論是 ＳＡＮ 陣列柜還是光纖通道交換機價(jià)格都很昂貴，就連服務(wù)器上使用的光通道卡的價(jià)格也是不易被小型企業(yè)所接受；二是由于必須單獨建立光纖網(wǎng)絡(luò )，因此異地擴展比較困難；三是雖然光纖通道技術(shù)標準存在，但SAN本身缺乏統一標準，所以多個(gè)廠(chǎng)商生產(chǎn)的SAN產(chǎn)品互操作性極差。目前，一些 SAN 廠(chǎng)商試圖通過(guò)SNIA 等國際組織來(lái)制定統一的SAN產(chǎn)品標準，以便逐步解決互操作問(wèn)題。
�。ǎ玻㊣P SAN
隨著(zhù)數據在遠程存儲需求的擴大，網(wǎng)絡(luò )存儲領(lǐng)域產(chǎn)生了一些新的技術(shù)熱點(diǎn)，互聯(lián)網(wǎng)小型計算機系統接口（iSCSI）技術(shù)就是其中之一，iSCSI協(xié)議利用普通的 TCP/IP網(wǎng)來(lái)傳輸本該用SAN來(lái)傳輸的SCSI數據塊，從而達到通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行I/O操作的目的，我們稱(chēng)為基于IP協(xié)議的SAN。
IP SAN既有同NAS一樣的前端管理部分，又能像SAN一樣提供裸設備供主機使用。相對于需要單獨建立光纖網(wǎng)絡(luò )的FC SAN，IP SAN的成本要少很多。同時(shí)隨著(zhù)千兆網(wǎng)的普及，萬(wàn)兆網(wǎng)也逐漸的進(jìn)入主流，使 IP SAN 的速度相對 FC SAN 來(lái)說(shuō)并沒(méi)有太大的劣勢。
IP SAN的優(yōu)點(diǎn)：一是IP SAN融合了FC SAN和NAS的優(yōu)勢，使網(wǎng)絡(luò )存儲更為高效、同時(shí)又大大的降低了成本，提高了系統的靈活性。二是iSCSI協(xié)議整合了現有的主流存儲協(xié)議SCSI和主流網(wǎng)絡(luò )協(xié)議TCP/IP，實(shí)現了存儲和網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫融合。
IP SAN的不足：一是當前能提供完整的IP SAN解決方案的廠(chǎng)商較少，同時(shí)對管理者技術(shù)要求也高；二是通過(guò)普通網(wǎng)卡存取iSCSI數據時(shí)，解碼成SCSI需要中央處理器進(jìn)行運算，無(wú)形中增加了系統的性能開(kāi)銷(xiāo)；三是由于使用數據網(wǎng)絡(luò )存取，存取速度要受網(wǎng)絡(luò )運行狀況的影響。
�。� 結束語(yǔ)
通過(guò)以上比較研究， 四種網(wǎng)絡(luò )存儲技術(shù)各有優(yōu)劣。對于小型且服務(wù)較為集中的商業(yè)企業(yè)，可采用簡(jiǎn)單的 DAS 技術(shù)方案 。對于中小型商業(yè)企業(yè)，他們服務(wù)器數量比較少，有一定的數據集中管理需求，但沒(méi)有大型數據庫需求，NAS具有安裝管理方便、價(jià)格平民化等優(yōu)點(diǎn)，自然成為存儲的優(yōu)選方案。特別是對于部門(mén)服務(wù)器或獨立工作組級的客戶(hù)，更能充分享受NAS性能價(jià)格比的好處。
對于大中型商業(yè)企業(yè)，FC SAN和IP SAN則是較好的選擇。如果希望使用存儲的服務(wù)器相對比較集中， 且對系統性能要求極高，可考慮采用FC SAN技術(shù)方案。FC SAN一直以來(lái)是構建存儲網(wǎng)絡(luò )的首選，以性能穩定可靠，技術(shù)成熟著(zhù)稱(chēng)，在關(guān)鍵應用領(lǐng)域的高可靠性毋庸置疑。對于希望使用存儲的服務(wù)器相對比較分散，又對性能要求不是很高的，可以考慮采用IP SAN技術(shù)方案。IP SAN在近年有了較快發(fā)展，很多廠(chǎng)商的IP SAN產(chǎn)品銷(xiāo)路很好，IP SAN的市場(chǎng)份額有了較大的增長(cháng)，不過(guò)總體來(lái)說(shuō)，目前仍然還是FC SAN占據上風(fēng)，它廣泛的用于商業(yè)企業(yè)級數據存儲、服務(wù)器集群、遠程災難恢復、Internet數據服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域。
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