浅谈网络存储技术

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目前。主流网络存储技术主要有三种。分别是直接附加存储( Direct Attached Storage。DAS)、网络附加存储( Network Attached Storage。NAS)和存储区域网络( Storage area Network SAN)。

1.直接附加存储

DAS是将存储设备通过SCSI( Small Computer System Interface。小型计算机系统接口)电缆直接连到服务器。其本身是硬件的堆叠。存储操作依赖于服务器。不带有任何存储操作系统。因此。有些文献也将DAS称为SAS( Server Attached Storage。服务器附加存储)。DAS的适用环境如下：

(1)服务器在地理分布上很分散。通过SAN或NAS在它们之间进行互连非常困难时

(2)存储系统必须被直接连接到应用服务器(例如。 Microsoft Cluster Server或某些数据库使用的“原始分区”)上时

(3)包括许多数据库应用和应用服务器在内的应用。它们需要直接连接到存储器上时；

由于DAS直接将存储设备连接到服务器上。这导致它在传递距离、连接数量、传输速率等方面都受到限制。因此。当存储容量增加时。DAS方式很难扩展。这对存储容量的升级是一个巨大的瓶颈;另一方面。由于数据的读取都要通过服务器来处理。必然导致服务器的处理压力增加。数据处理和传输能力将大大降低;此外。当服务器出现宕机等异常时。也会波及到存储数据。使其无法使用。目前。DAS基本上已经被NAS所代替。

2.网络附加存储

采用NAS技术的存储设备不再通过IO总线附属于某个特定的服务器。而是通过网络接口与网络直接相连。由用户通过网络访问。NAS存储系统的结构。如图所示。

NAS存储系统结构

NAS存储设备类似于一个专用的文件服务器。它去掉了通用服务器的大多数计算功能。而仅仅提供文件系统功能。从而降低了设备的成本。并且为方便存储设备到网络之间以最有效的方式发送数据。专门优化了系统硬软件体系结构。NAS以数据为中心。将存储设备与服务器分离。其存储设备在功能上完全独立于网络中的主服务器。客户机与存储设备之间的数据访问不再需要文件服务器的干预。同时它允许客户机与存储设备之间进行直接的数据访问。所以不仅相应速度快。而且数据传输速率也很高。

NAS技术支持多种TCP/IP网络协议。主要是NFS( Net File System。网络文件系统和CIFS( Common Internet File System。通用 Internet文件系统)来进行文件访问。所以NAS的性能特点是进行小文件级的共享存取。在具体使用时。NAS设备通常配置为文件服务器。通过使用基于web的管理界面来实现系统资源的配置、用户配置管理和用户访问登录等。

NAS存储支持即插即用。可以在网络的任何位置建立存储。基于Web管理。从而使设备的安装、使用和管理更加容易。NAS可以很经济地解决存储容量不足的问题。但难以获得满意的性能。

3.存储区域网络

SAN是通过专用交换机将磁阵列与服务器连接起来的高速专用子网。它没有用文件共享存取方式。而是采用块( block)级别存備。SAN是通过专用高速网将一个或多个网络存储设备和服务器连接起来的专用存储系统。其最大特点是将存储设备从传统的以太网中分高了出来。成为独立的存储区域网终SAN的系统结构。如图所示。

SAN存储系统结构

根据数据传输过程采用的协议。其技术划分为 FC SAN、IP SAN和IB SAN技术.

(1) FC SAN。FC( Fiber Channel。光纤通道)和SCSI接口一样。最初也不是为硬盘设计开发的接口技术。而是专门为网络系统设计的。随着存储系统对速度的需求。才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道的主要特性有:热插拔性、高速带宽、远程连接连接设备数量大等。 FC SAN由三个基本的组件构成。分别是接口(SCS、FC)、连接设备(交换机、路由器)和协议(P、SCSI)。这三个组件再加上附加的存储设备和服务器就构成一个SAN系统。它是专用、高速、高可靠的网络。允许独立、动态地增加存储设备。使得管理和集中控制更加简化 FC SAN有两个较大的缺陷。分别是成本和复杂性。其原因就是因为使用了FC。在光纤通道上部署SAN。需要每个服务器上都要有FC适配器、专用的FC交换机和独立的布线基础架构。这些设施使成本大幅增加。更不用说精通FC协议的人员培训成本。

(2)IP SAN。IP SAN是基于IP网络实现数据块级别存储方式的存网络。由于设备成本低。配置技术简单。可共享和使用大容量的存储空间。因而逐渐获得广泛应用。在具体应用上。IP存储主要是指 ISCSI( Intemel SCSI。 ISCSI基于IP网络实现SAN架构。既具备了IP网络配置和管理简单的优势。又提供了SAN架构所拥有的强大功能和扩展性。ISCSI是连接到一个TCP/IP网络的直接寻址的存储库。通过使用 TCP/IP协议对SCSI指令进行封装。可以使指令能够通过P网络进行传输。而过程完全不依赖于地点.

(3) IB SAN。IB( Infiniband。无限带宽)是一种交换结构I/O技术。其设计思路是通过一套中心机构(IB交换机)在远程存储器、网络以及服务器等设备之间建立一个单的连接链路。并由IB交换机来指挥流量。这种结构设计得非常紧密。大大提高了系统的性能、可靠性和有效性。能缓解各硬件设备之间的数据流量拥塞。而这是许多共享总线式技术没有解决好的问题。因为在共享总线环境中。设备之间的连接都必须通过指定的端口建立单独的链路。

网络存储技术的目的都是为了扩大存储能力。提高存储性能。这些存储技术都能提供集中化的数据存储并有效存取文件;都支持多种操作系统。并允许用户通过多个操作系统同时使用数据；都可以从应用服务器上分离存储。并提供数据的高可用性;同时。都能通过集中存储管理来降低长期的运营成本。因此。从存储的本质上来看。它们的功能都是相同的。事实上。它们之间的区别正在变得模糊。所有的技术都在用户的存储需求下接受挑战。在实际应用中。需要根据系统的业务特点和要求(例如。环境要求、性能要求、价格要求等)进行选择。

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