[网络存储]网络存储技术浅析

1、 2009·7、8技术顾问随着互联网的普及和应用,人们越来越多的工作、生活和学习从现实生活中走向网络。诸如电子商务、网络银行、在线视频、远程教育等网络应用相当普遍,这些系统对数据的安全存储也提出了越来越高的要求,传统的以服务器为核心的存储技术已经很难适应今天的需求了。现在,存储系统在硬件和软件方面都从主机系统中脱离出来,成为完全独立的系统,形成以存储为核心的网络服务系统。以存储为核心的技术通过相应的存储设备虚拟技术、服务器虚拟技术、文件系统虚拟技术等一系列虚拟技术,把大量存储设备、服务器、相关应用和管理等虚拟化并进行整合,构成一个相对独立的存储、备份系统,完成了网络数据的集中存储和备

2、份。以网络存储为核心的网络包含有应用服务器、系统服务器和网络存储设备,其中网络存储设备是数据存储和备份的核心。与传统的存储方式不同,网络存储设备是直接连接在网络上而被访问的。所有的服务器和存储设备都是通过交换网络来连接的。这种系统结构中,网络的可扩展性得到很好的体现,随着网络带宽的增加,只需增加系统服务器就能支持更多的应用服务器,而无须改变系统结构。同时,也正是基于这种系统结构,整个网络系统建立了更加可靠的网络数据存储和备份机制,对保护关键应用的数据安全发挥了重要作用,在发生人为或者自然灾难的情况下,数据都不会丢失。网络存储系统提供了更迅捷的数据访问和有效的数据管理,增强了数据的安全性、稳定性

3、,节约了成本,提高了网络的性价比。本文将介绍几种常见的网络存储方式,并就在选择和制定网络存储方案的时候应该遵循的原则和注意的一些问题进行分析,对我们认识、理解、选择和应用网络存储技术提供一定的帮助。一、几种常见的网络存储技术(一直接附加存储直接附加存储(DAS,Direct Attached Storage,也可以称为服务器附加存储,是指将存储设备通过SCSI接口或光纤通道直接连接到一台服务器上。在DAS结构中,数据存储设备(DAS磁盘阵列直接连接在各种服务器或客户端的扩展接口,它完全以服务器为中心,存储硬件设备依附于相应的服务器,不带有任何存储操作系统,服务器和存储设备之间的访问请求直接通过

4、电缆进行传输。当服务器在地理上比较分散,很难通过远程连接进行互连的时候(如商店或银行的分支机构,DAS是比较好的解决方案,甚至可能是唯一的解决方案。有的时候,包括许多数据库应用和应用服务器在内的应用,系统要求它们必须直接连接到存储器上,例如Microsoft Cluster Server或某些数据库使用的“原始分区”,以及群件应用和一些邮件服务等。还有一种情况是用户决定继续保留已有的传输速率并不很高的网络系统,只有通过DAS的方式来存储数据。由于DAS成本低、见效快,安装方便,存储容量扩展简单,因此,特别适合对于存储容量要求不高、服务器数量较少的中小型局域网。(二网络附加存储网络附加存储(NA

5、S,Network Attached Storage是一种专业的网络文件存储及文件备份系统,它通过标准的网络拓扑结构(如以太网连接到计算机网络上,利用现有的网络资源接入专用的网络存储设备,因此,也称为网络直联设备或网络磁盘阵列系统。NAS由核心处理器(如一组简易的服务器、文件服务管理工具(如文档存储及服务、电子邮件、互联网缓存等、一个或者多个存储设备(如硬盘驱动器阵列、CD 或DVD驱动器、磁带驱动器或可移动的存储介质组成。它与用户端的操作系统无关,是专门用于数据存储的网络存储设备,集成在NAS设备中的简易服务器可以将有关存储的功能与应用服务器执行的其他功能分隔开。NAS可以应用在任何的网络环

6、境当中,以LAN为基础使用TCP/IP协议进行通信,以文件的I/O方式进行数据传输。NAS从两方面改善了数据的可用性。第一,即使相应网络存储技术浅析陈钺121 2009·7、8技术顾问的应用服务器不再工作了,仍然可以读出数据。第二,简易服务器本身不会崩溃,因为它避免了引起服务器崩溃的首要原因,即应用软件引起的问题。NAS产品是真正即插即用的产品,可以完全实现文件在不同操作系统平台下的共享。NAS设备一般支持多计算机平台,用户通过网络支持协议可进入相同的文档,因而NAS设备无需改造即可用于混合Unix/Windows局域网内。NAS设备的物理位置同样是灵活的。它们可放置在工作组内,靠近

7、数据中心的应用服务器,或者也可放在其他地点,通过物理链路与网络连接起来,网络管理员可以方便地管理数据和维护设备。NAS设备内置优化的独立存储操作系统,可以有效释放系统总线资源,无需应用服务器的干预,NAS设备允许用户在网络上存取数据,这样既可减小CPU的开销,也能显著改善网络的性能。NAS设备一般会提供错误恢复系统,将报警信息自动发给系统管理员,同时进行动态监测,提供详细的日志报告,以求全面保护数据。NAS是部件级的存储方法,它的重点在于帮助工作组和部门级机构解决迅速增加存储容量的需求,如需要共享大型CAD文档的工程小组就是典型的例子。(三存储区域网存储区域网(SAN,Storage Area

8、 Networking以数据存储为中心,采用可伸缩的网络拓扑结构,通过具有高传输速率的光纤通道直接连接,提供SAN内部任意节点之间的多路可选择的数据交换,并且将数据存储管理集中在相对独立的存储区域网内。SAN由光纤交换机、存储设备、备份设备和存储管理软件等组成,高性能的光纤通道交换机和光纤通道网络协议可以确保设备连接可靠且有效。这些连接以本地光纤或SCSI为基础,一个或多个光纤通道交换机以网络拓扑(SAN架构形式为主机服务器和存储设备提供互联。SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列,这样不管数据置放在那里,服务器都可直接存取所需的数据。因此,用户可以自由增加磁盘阵列、带库和服务器等设备,

9、使得整个系统的存储空间和处理能力可以按客户需求不断扩大。因为采用了光纤接口,SAN还具有更高的带宽和处理能力。因为SAN解决方案是从基本功能剥离出存储功能,所以运行备份工作就无需考虑它们对网络总体性能的影响。SAN方案也使得管理及集中控制实现简化,特别是对于全部存储设备都集群在一起的时候。光纤接口提供了10公里的连接长度,这使得实现物理上分离的、不在机房的存储变得非常容易。随着技术的发展,NAS和SAN之间的许多原有差别开始消失。例如:NAS设备逐渐采用SAN来解决与存储扩展和备份恢复相关的问题。尽管这两种技术类似,但是NAS不能提供SAN所带来的全面商业优势。然而,与传统的服务器附件存储相比

10、,不管是SAN还是NAS技术都能减少用户的总体成本,并能提供更好的投资回报。大多数分析都认为SAN是未来企业级的存储方案,这是因为SAN便于集成,能改善数据可用性及网络性能,而且还可以减轻管理作业。由于SAN具有较强的可伸缩性,提供灵活、高性能和高扩展性的存储环境。对于大数据量存储、需要实时访问数据的企业应用(如ISP、银行等,推荐使用SAN进行数据存储和备份。虽然SAN产品的性能出色,但由于需求量不大、成本很高,标准尚未确定等因素,影响其市场前景,目前基本是大企业的选择。不过,随着这些用户业务量的增大,SAN也有着广泛的应用前景。二、网络存储系统方案的设计设计一个成功的网络存储系统方案,首先

11、,应该明确网络设计的目标。一个成功的设计,应该保证在实施后能够满足用户对存储设备性能和容量方面的要求,能够满足数据的高可用性和抗灾的要求,能够提供强大的数据管理功能,能够满足数据备份的要求,能够满足未来数据与业务增长的要求,还要具有较高的性价比。用户可以从数据保护能力、性能、容量、连接性、管理性和附加功能这几个方面来综合考虑,再结合各自网络规模以及经费状况来决定存储系统的基本架构。一般情况下,对于存储容量要求不高、服务器数量较少的中小型局域网,建议采用直接附加存储(DAS。对于重点在于帮助工作组和部门级机构解决迅速增加存储容量的需求,则采用网络附加存储(NAS。对于大数据量存储、需要实时访问数

12、据的企业应用(如ISP、银行等,推荐使用存储区域网(SAN。在方案设计过程中,应着重注意以下几个问题:(一需求分析设计存储方案之前,设计者必须首先了解和收集用户需求信息,了解不同应用对存储容量的要求,以及系统所需要总存储容量的需求;分析数据备份与恢复的要求与策略,决定不同数据的重要性级别;确定按照计划停机备份的数据量大小;了解有关数据高可用性的要求;了解数据抗灾的要求;了解异构连接的要求。在了解用户的业务需求与对整体方案的要求后,需要进一步了解用户应用环境并进行分析。针对用户的需求,在系统数据保护、数据管理、数据122 2009·7、8技术顾问利用等需求方面做好分析:其一,数据保护系

13、统运行的稳定安全性要求。最值得关注的就是系统失效、数据丢失或遭到破坏,以及威胁数据的安全。建立存储系统,使维护人员可以容易地恢复损坏的整个文件系统和各类数据。其二,数据管理实现数据分布处理和集中管理的要求。建立完整的网络数据备份系统,以备份服务器形成备份中心,对各种平台的应用系统及其他信息数据进行集中备份,系统管理员可以在任意一台工作站上管理、监控及配置备份系统,实现分布处理和集中管理的要求。其三,数据利用大量数据和多用户并发的效率要求。大规模数据执行日常的联机事务处理业务和各种类型的记录查询操作,都对主机和数据库系统的执行效能提出了极高的要求。多用户的并发操作要求主机服务器系统有很好的并发处

14、理性能,才能保证不再有效率问题出现和严重的瓶颈情况发生。(二确定系统结构建立存储系统的目的,就是保护、管理和利用数据。选择和确定存储系统结构的出发点,也就应该关注在这三个方面。1.数据保护能力就数据保护而言,SAN和NAS结构都具有非常好的数据保护能力。二者都可以提供冗余结构,实现高效率的数据备份和远程容灾。一般情况下,备份效率的高低直接取决于备份数据是否过多占用网络资源。在SAN结构中,备份数据通过专用光纤传输,大大降低了对网络资源的消耗。而在NAS结构中,备份用的磁带设备可以连接到文件服务器后端,备份软件指挥文件服务器将数据直接备份到磁带设备上,同样可以避免备份数据对网络资源的占用。2.数

15、据管理能力就数据管理方面而言,NAS具有一定的优势。其优势主要在于安装配置的方便和快捷。SAN结构中存储设备是被当做本地设备访问的,文件系统和数据的维护在主机端完成,一般情况下需要基于主机的数据隔离。NAS结构中,文件服务器是一台提供NFS和CIFS共享服务的主机,使用NAS存储空间的其他主机不需要维护文件系统。3.数据利用方面就数据利用方面而言,性能是至关重要的指标。SAN 专门为高性能存储要求而开发的光纤通道技术在带宽、连接能力、I/O性能、连接距离和扩展能力等方面,都大大前进了一步。它可以构建类似于传统以太网结构的庞大而复杂的系统。而NAS产品的数据传输途径是传统以太网协议,这种协议并不

16、是专门针对存储数据的要求而产生的,它更多涉及到的是关于如何保证连接和交换过程的建立。NAS除了在性能方面略逊于SAN之外,其具有先天的技术成熟性和成本低廉的优势。用户结合实际情况,根据选择的系统结构进行网络拓扑设计与存储设备的内部划分设计,最终确定设计方案。(三产品的选型确定了存储系统的基本结构后,接下来就可进行产品选型。存储产品的评价基本可以集中在容错能力、性能、容量、连接性、管理性和附加功能这几个方面,其中容错能力是最关键要考虑的因素。容错能力是指在存储设备的设计方面,对各种偶然性错误和意外情况的预期,以及采取的预防或补救措施。存储系统是一个从软到硬的复杂系统,所以,对数据保护能力的评价应当考虑到整个系统。对于一些中小型用户,采用了RAID、热交换磁盘及双电源等数据保护技术的一些低端磁盘阵列,基本可以满足要求。但是对关键性业务的用户来说,这些技术只能算数据保护的最基本前提。对数据完整性的保护、对写缓存的保护、对主机连接的保护,以及对远程容灾的支持等方面,往往才能够体现出存储产品的真正数据保护能力。大型企业中的数据库软件有容错和自动恢复功能,双机热备份和容灾系统的目的在于保证系统数据和服务的“在线性”,即当系统有错误发生时,仍然能够正常的向