NAS存储技术方式解析

1、一、网络存储技术发展背景 自从1951年莫克利和埃克特设计的第一台通用自动计算机UNIVAC-I采用磁带机作为外存储器，到1956年第一台硬盘存储器在IBM诞生，再到如今，我们的计算机所使用的存储环境都是DAS(Direct Attached Storage直接存储的形式。这种情形一直延续到上个世纪90年代。传统的DAS存储系统尽管使用方便，但这种模式是直接将存储设备连接到服务器上的。一方面，当存储容量增加时，这种方式很难扩展;另一方面，当服务器出现异常时，会使数据不可获得，容错性差;再者，存在着存储数据无法被其他服务器共享，扩充容量则需要关闭整个系统，远程管理不方便等诸多缺陷。于是存储届掀起

2、了一场网络存储的革命，更先进的存储技术应用到各个存储领域，DAS在存储领域的龙头地位开始动摇。二、网络存储技术分类网络存储主要可分为SAN(Storage Area Network存储区域网和NAS(Network Attached Storage，网络附加存储两种形式。SAN凭借其卓越的性能、出色的稳定性及近乎无限的扩展能力获得了高端领域用户的好评。而NAS也凭借着清晰的市场定位和高性价比获得了越来越多企业用户的青睐。三、NAS技术分析NAS的全称为Network-Attached Storage，人们通常称之为“网络附加存储”或“网络存储设备”。NAS开始作为一种开放系统技术是由Sun公司

3、于上个世纪80年代中期推出的NFS开始的。它是一种向用户提供文件级服务的专用数据存储设备，直接连到网络上，不再挂接服务器后端，避免给服务器增加I/O负载。1.NAS所使用的协议NAS目前采用的协议是NFS和CIFS。NFS(Network File System协议是1985年由Sun公司开发的基于Unix环境下的网络文件系统。它采用TCP/IP，其主、从连线可覆盖整个互联网。也就是说，处在不同区域的NFS客户机也可通过互联网分享相隔万里的另一台NFS服务器的文件档案。NFS是Unix系统间实现磁盘文件共享的一种方法，支持应用程序在客户端通过网络存取位于服务器磁盘中数据的一种文件系统协议。相比

4、之下，SAN采用的网络文件系统，作为高层协议，需要特别的文件服务器来管理磁盘数据，客户端以逻辑文件块的方式存取数据，文件服务器使用块映射存取真正的磁盘块，并完成磁盘格式和原数据管理。CIFS(Common Internet File System则是由微软开发，用于连接Windows客户机和服务器的通用互联网文件系统。后来经过Unix服务器厂商的重新开发后，它可用于连接Windows客户机和Unix服务器，执行文件共享和打印等任务。它最早的由来是NetBIOS，这是微软开发的在局域网内实现基于Windows名称资源共享的API。之后，产生了基于NetBIOS的NetBEUI协议和NBT(Net

5、BIOS OVER TCP/IP协议。NBT协议进一步发展为SMB(Server Message Block Potocol和CIFS协议。其中，CIFS用于Windows系统，而SMB广泛用于Unix和Linux，两者可互通。SMB协议还被称作LanManager协议。CIFS可籍由与支持SMB的服务器通信而实现共享。2.NAS的构成和拓扑结构对于NAS网络存储设备自身而言，它是直接连接到网络上，而不需像通常的存储设备那样挂接在服务器后，这样可最大程度减小服务器的I/O负载。下图是NAS的结构图。(图01，NAS结构图NAS从结构上可以分解为存储设备、网络部分、控制器部分三部分。存储设备可是

6、磁盘和磁带，或是RAID磁盘阵列。因为NAS的市场定位，在SAN中采用的FC(Fiber Channel技术和Fabric交换技术由于其成本较高，在中低端几乎没有选用。而SCSI技术则是在中端和部分高端NAS中广泛采用的技术。另外，iSCSI给存储带来了一个崭新的发展方向，SATA和SATA300等IDE技术也有用在低端NAS的存储设备上。这类存储设备拥有一个共有的特点就是低成本优势。网络部分可支持各种网络技术，支持多种网络拓扑。虽然NAS理论上可支持各种拓扑结构和网络协议，但由于以太网技术是目前最普遍的一种局域网技术，特别是快速以太网络技术，数据传输率已经达到了1Gbps，且正在推出10Gb

7、ps的标准和技术，这些都确定了以太网技术的霸主地位，因此以太网是NAS设备通常采用的技术。控制器部分从结构和功能上讲就像是一个有着自己的CPU和自己的操作系统的瘦服务器(Thin Server，NAS实际上是一个专用的网络文件服务器。NAS网络存储设备是直接通过数据网络向客户段提供文件共享的，它所连接的网络介质可以是局域网、广域网。下图是一种比较典型的NAS拓扑结构。(图02，典型的NAS拓朴结构NAS与传统的以太网相连，使用的是TCP/IP协议，当需进行文件共享和访问时则利用NFS和CIFS以沟通Windows NT或Unix系统。NAS的这种结构奠定了它自身的优点，那就是配置灵活、管理方便

8、，另外成本较低，不需要配置额外的网络配件。但因为NAS是直接与网络相连的，无疑在数据传输时会增加网络负担，一旦发生网络拥塞，其性能会大幅下降。所以NAS自身要受到网络传输能力的制约。3.NAS的核心操作系统NAS作为一种专用的网络文件服务器，就像其他服务器或PC一样需要核心操作系统的支持。NAS操作系统通常需要实现4个方面的功能:设备驱动功能、设备管理功能、文件共享服务功能和应用系统功能。应用系统CIFS服务器,NFS服务,其他文件共享服务,本地文件系统,卷管理器,TCP/IP驱动程序,存储设备驱动,目前，NAS操作系统大致可以分为三类，1.以FreeBSD/Linux等开放源码的通用网络操作

9、系统为蓝本，进行重新优化构建而成的操作系统。因为源码开放的原因，这类操作系统所需的成本较低，性能也不错，受到很多用户的欢迎。2.以Microsoft的SAK为基础而开发的，例如Windows Storage Server 2003(WSS 2003。SAK是微软公司专门为存储系统进行优化的NAS操作系统，比普通的Windows操作系统简单。由于Windows系列是目前人们使用最为广泛的操作系统，也是各种存储管理软件和备份软件首要支持的平台之一，因此它的最大优势在于可轻易与第三方存储管理软件及备份软件集成。3.基于VxWork等专有的高效嵌入式操作系统开发而成。NFS简介NFS是Network

10、File System的简写,即网络文件系统. 网络文件系统是FreeBSD支持的文件系统中的一种，也被称为NFS. NFS允许一个系统在网络上与它人共享目录和文件。通过使用NFS，用户和程序可以象访问本地文件一样访问远端系统上的文件。NFS好处 飞客数据恢复中心提供以下是NFS最显而易见的好处： 1.本地工作站使用更少的磁盘空间，因为通常的数据可以存放在一台机器上而且可以通过网络访问到。 2.用户不必在每个网络上机器里头都有一个home目录。Home目录 可以被放在NFS服务器上并且在网络上处处可用。 3.诸如软驱，CDROM，和 Zip 之类的存储设备可以在网络上面被别的机器使用。这可以减

11、少整个网络上的可移动介质设备的数量。 NFS组成NFS至少有两个主要部分：一台服务器和一台（或者更多）客户机。客户机远程访问存放在服务器上的数据。为了正常工作，一些进程需要被配置并运行。实际应用NFS 有很多实际应用。下面是比较常见的一些： 1.多个机器共享一台CDROM或者其他设备。这对于在多台机器中安装软件来说更加便宜跟方便。 2.在大型网络中，配置一台中心 NFS 服务器用来放置所有用户的home目录可能会带来便利。这些目录能被输出到网络以便用户不管在哪台工作站上登录，总能得到相同的home目录。 3.几台机器可以有通用的/usr/ports/distfiles 目录。这样的话，当您需要

12、在几台机器上安装port时，您可以无需在每台设备上下载而快速访问源码。 注：NFS 由Sun microsystems 公司开发。是一种网络操作系统，并且是unix操作系统的协议。 NFS配置方式NFS的配置过程相对简单。这个过程只需要对/etc/rc.conf文件作一些简单修改。 1 在NFS服务器这端，确认/etc/rc.conf 文件里头以下开关都配上了： rpcbind_enable=YES nfs_server_enable=YES mountd_flags=-r 只要NFS服务被置为enable，mountd 就能自动运行。 2 在客户端一侧，确认下面这个开关出现在 /etc/rc

13、.conf里头: nfs_client_enable=YES /etc/exports文件指定了哪个文件系统 NFS应该输出（有时被称为“共享”）。 /etc/exports里面每行指定一个输出的文件系统和哪些机器可以访问该文件系统。在指定机器访问权限的同时，访问选项开关也可以被指定。CIFS (Common Internet File System 通用Internet文件系统 在windows主机之间进行网络文件共享是通过使用微软公司自己的CIFS服务实现的。 CIFS 是一个新提出的协议，它使程序可以访问远程Internet计算机上的文件并要求此计算机的服务。CIFS 使用客户/服务器模

14、式。客户程序请求远在服务器上的服务器程序为它提供服务。服务器获得请求并返回响应。CIFS是公共的或开放的SMB协议版本，并由Microsoft使用。SMB协议现在是局域网上用于服务器文件访问和打印的协议。象SMB协议一样，CIFS在高层运行，而不象TCP/IP协议那样运行在底层。CIFS可以看做是应用程序协议如文件传输协议和超文本传输协议的一个实现。 CIFS 可以使您达到以下功能： 1.访问服务器本地文件并读写这些文件 2.与其它用户一起共享一些文件块 3.在断线时自动恢复与网络的连接 4.使用西欧字符文件名 一般来说，CIFS使用户得到比FTP更好的对文件的控制。它提供潜在的更直接地服务器

15、程序接口，这比使用HTTP协议的浏览器更好。CIFS最典型的应用是windows用户能够从“网上邻居”中找到网络中的其他主机并访问其中的共享文件夹.SMB/CIFS协议在NetBIOS出现之后，Microsoft就使用NetBIOS实现了一个网络文件/打印服务系统，这个系统基于NetBIOS设定了一套文件共享协议，Microsoft称之为SMB（Server Message Block）协议。这个协议被Microsoft用于它们Lan Manager和Windows NT服务器系统中，而Windows系统均包括这个协议的客户软件，因而这个协议在局域网系统中影响很大。 随着Internet的流行

16、，Microsoft希望将这个协议扩展到Internet上去，成为Inter net上计算机之间相互共享数据的一种标准。因此它将原有的几乎没有多少技术文档的SMB协议进行整理，重新命名为 CIFS（Common Internet File System），并打算将它与NetBIOS相脱离，试图使它成为Internet上的一个标准协议。 因此，为了让Windows和Unix计算机相集成，最好的办法即是在Unix中安装支持SMB/CIFS协议的软件，这样Windows客户就不需要更改设置，就能如同使用Windows NT服务器一样，使用Unix计算机上的资源了。 与其他标准的TCP/IP协议不同，SMB协议是一种复杂的协议，因为随着Windows计算机的开发，越来越多的功能被加入到协议中去了，很难区分哪些概念和功能应该属于Windows操作系统本身，哪些概念应该属于SMB 协议。其他网络协议由于是先有协议，实现相关的软件，因此结构上就清晰简洁一些，而SMB