网络存储技术

网络存储技术概述2随着互联网及其各种应用的飞速发展，使得网络信息资源呈现出爆炸性增长的趋势，对数据进行高效益的存储、管理和高效率的使用成为企业必须关注的问题，对网络信息存储系统的要求也空前提高。因此，网络存储正在得到越来越广泛的应用。目前，存储体系结构的不断发展，使得存储系统在容量、I/0性能、扩展性、开放性等方面都有了显著的提高和改善。网络存储技术1DAS存储（直接附加存储）2NAS存储（附网存储）3SAN存储（存储区域网络）4iSCSI-SAS（SerialAttachedSCSl）5统一虚拟存储（UnityVirtualStorage）31DAS存储（直接附加存储）这种方式是将存储设备通过SCSI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。45DAS缺点DAS由于直接将存储设备连接到服务器上，这导致它有以下几方面的缺点：传递距离连接数量传输速率6传递距离一般SCSI电缆允许的传递距离最大为25米7连接数量一方面，SCSI连接器的尺寸限制了连接服务器的数量另一方面，每台服务器最多也只能连接16个SCSI阵列8传输速率目前并行SCSI最大运行速度为320Mbit/s，且只能以半双工方式在网络带宽足够的情况下，服务器本身成为数据输入输出的瓶颈9DAS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。当服务器出现故障时，也会波及到存储数据，使其无法使用。102NAS存储（附网存储）NAS是一种特殊的专用数据存储服务器，它对文件服务器系统进行了优化并加上大容量存储，以文件I／0方式进行数据传输，是一种专用的网络文件存储及备份设备。NAS以数据为中心，将存储设备与其它应用服务器分离。111213存储设备在功能上完全独立于网络中的其它应用服务器客户机与存储设备之间可以直接进行数据访问而不需要文件（应用）服务器的干预，因此不仅响应速度快，而且数据传输速率很高同时也降低对服务器的要求和成本，这样使得NAS的部署更加方便且性价比较高NAS缺点虽然NAS具有较好的可扩展性、可访问性、低价位、部署简单、易于管理等优点，但也存在着以下不足：在文件访问的速度方面在数据备份方面在资源的整合和NAS的管理方面14在文件访问的速度方面NAS采用的是文件I／O方式，这带来巨大的网络协议开销。正是基于这个原因，NAS不适合对访问速度要求高的应用场合，如数据库应用、在线事务处理等。15在数据备份方面需要占用LAN的带宽，浪费宝贵的网络资源，严重时甚至影响客户应用的顺利进行16在资源的整合和NAS的管理方面NAS只能对单个存储（单个NAS内部）设备之中的磁盘进行资源的整合难以将多个NAS设备整合成一个统一的存储池，因而难以对多个NAS设备进行统一的集中管理，只能进行单独管理。173SAN存储（存储区域网络）SAN是通过高速专用网络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。它没有采用文件共享存取方式，而是采用块（block）级别存储。根据数据传输过程采用的协议，可分为：FC（光纤通道）SANIPSAN。183.1FCSANFCSAN存储系统位于服务器后端，采用FC协议来传输数据，是为连接服务器、磁盘阵列等存储设备而建立的高性能专用网络FCSAN由三个基本的组件构成：接口（SCSI、FC）、连接设备（Switch、Router）和协议（IP、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。192021FCSAN提供一个专用的、高可靠性的基于光通道的存储网络，将存储设备从传统的以太网中分离出来，成为独立的存储区域网络，服务器可以访问存储区域网上的任何存储设备，同时存储设备之间以及存储设备与SAN交换机之间也可以进行通信。FCSAN存储区域网络的优点22a）可实现大容量存储设备共享b）可实现性能服务器与高速存储设备的高速互联c）可实现灵活的存储设备配置要求d）可实现数据快速备份。e）提高了数据的可靠性和安全性。FCSAN缺点a）设备的互操作性较差。一般情况下，不同的产品提供商的光纤通道协议的具体实现不同，这导致了不同产品之间难以互相访问。b）构建和维护SAN需要有丰富经验并接受过专门训练的专业人员，加大了构建和维护费用。2324c）在异构环境下的文件共享方面，SAN中存储资源的共享一般指的是不同平台下的存储空间的共享而非数据文件的共享。d）连接距离受限（10km左右）且网络互连设备昂贵。这些都阻碍了SAN技术的普及应用和推广。3.2IPSAN（SANoverIP）IPSAN是基于IP网络实现数据块级别存储方式的存储网络，它允许用户在已有的以太网上创建存储网络，并可在任何网络节点上实施部署，因此保存的数据量更大。IPSAN采用10G以太网交换机代替传统的专用存储交换机，降低了部署成本同时采用传统的IP协议，突破了传输距离的限制。2526在IPSAN存储领域中，较为成熟的是iSCSI（Internet小型计算机系统接口）技术。iSCSI是基于IP网络实现的SAN架构，它既具有IP网络配置和管理简单等优点，同时又提供了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IP网络进行传输，而过程完全不依赖于地点。iSCSI存储的优点a）建立在SCSI、TCP／IP这些稳定和熟悉的标准上，安装成本和维护费用较低。b）iSCSI支持一般的以太网交换机而不是特殊的光纤通道交换机，从而降低了构建成本。c）iSCSI通过IP传输存储命令，因此可以在整个Internet上传输，没有距离限制。27iSCSI存储的缺点a）存储和网络是同一个物理接口，同时协议本身的开销较大。b）协议本身需要频繁地将SCSI命令封装到IP包中，以及从IP包中将SCSI命令解析出来，这两个因素都造成了带宽的占用和主处理器的负担。但是随着专门处理iSCSI指令的芯片的出现以及10G以太网的普及，这两个问题将得到缓解。因此，iSCSI有着较好的发展空间。283.3FCSAN和IPSAN之间的区别a）网络速度方面b）网络架构方面c）传输距离方面d）使用和维护方面e）成本方面f）兼容性方面g）容灾方面29a）网络速度方面FCSAN一般提供1Gbit/s、2Gbit/s、4Gbit/s的带宽而IPSAN能提供的带宽主要受LAN和WAN的影响，在千兆以太网中能提供1Gbit/s，随着千兆以太网的成熟，将可以提供10Gbit/s的带宽。30b）网络架构方面FCSAN需要构建一个独立的光纤网络，每台服务器都要增加HBA卡（主机总线适配器），而IPSAN使用现有的IP网络。31c）传输距离方面FCSAN受到光纤传输距离的限制最多10km，而IPSAN理论上没有距离限制。32d）使用和维护方面FCSAN技术较复杂，建立时需要专业人员进行，维护需要经过长时间的培训和学习，而IPSAN与其它IP网络设备一样操作简单。33e）成本方面FCSAN需要购买光纤交换机、HBA卡、光纤磁盘阵列等，这些设备都非常昂贵，构建和维护时需要有丰富经验并接受过专门训练的专业人员，这大大增加了构建和维护费用，而IPSAN的成本要低得多。34f）兼容性方面FCSAN设备的互操作性较差，不同的产品提供商的光纤通道协议的具体实现是不同的，这造成了不同产品之间难以互相操作。而IPSAN可以将存储设备合并为存储池，能很好地整合各种存储设备，同时有效保护了以往的投资。35g）容灾方面FCSAN需要另外购买与高端设备搭配的容灾软件IPSAN本身包括本地和异地数据容灾的功能，且成本较低。364iSCSI-SAS

（SerialAttachedSCSl）虽FCSAN和IPSAN与其它NAS相比具有较大优势，但对需要高速数据传输的应用来说，串行技术将解决传统并行技术所面临的性能瓶颈问题。SAS是新一代的SCSI技术，是对SCSI技术的深刻变革，它既利用了已经在实践中验证的SCSI功能与特性，又以此为基础引入了SAS扩展器。3738SAS是在并行SCSI接口之后开发出的全新接口，作为并行SCSI的后继技术，SAS能够为企业级存储应用提供更高的性能、更好的可扩展性和可靠性，因此iSCSI-SAS技术将极大地改变企业存储系统内部架构。由于成本大幅降低和效能的提高，SerialAttachedSCSI磁盘将取代ParallelSCSI甚至部分光纤磁盘，成为未来企业存储系统或服务器磁盘的主流。39与SATA（串行高级技术附件）是ATA的串行标准一样，SAS是SCSI总线协议的串行标准。SAS标准中添加了SATA隧道协议，因此SAS的接口技术可以向下兼容SATA，但SATA系统不兼容SAS。系统开发人员可以灵活地在系统中集成SAS或SATA设备。SAS存储阵列的高性能，使得SAS具有更广阔的应用前景。5统一虚拟存储

（UnityVirtualStorage）存储体系结构由传统的DAS发展到NAS和SAN，将存储系统由总线连接模式扩展到网络连接模式，存储系统的规模由总线扩展到局域网、广域网，甚至是Internet。4041存储体系结构的变化使得存储系统的规模越来越大，在这样的大规模存储系统中，往往存在不同体系结构的存储子系统或者异构存储设备共存的状况，如何高效地管理这种大规模的存储系统和其中的数据成为困扰业界的重大问题。统一虚拟化存储这一概念就是在这种情况下产生的，它可以对现有的各种存储设备和存储子系统进行整合，对存储管理进行优化，为管理大规模存储提供了新的途径42统一虚拟存储一般认为是将不同厂商的FCSAN、NAS、IPSAN、DAS等各类存储资源整合起来，形成一个统一管理、监控和使用的公用存储池。虚拟存储的实质是资源共享，因此，统一虚拟存储的任务有两点：其一是如何进一步增加可共享的存储资源的数量其二是如何通过有效的机制在现有存储资源基础上提供更好的服务43从系统的观点看，存储虚拟化有三种途径基于主机的虚拟化存储基于存储设备的虚拟化存储基于网络的虚拟化存储。44目前还没有形成存储虚拟化的标准，存储厂商一般根据自己所掌握的核心技术来提供虚拟化存储解决方案，这导致了对存储虚拟化的定义存在差异。康柏认为存储虚拟化是对存储的抽象，它运用块映射技术，将虚拟磁盘的逻辑块映射到实际存储设备上。这种映射操作对用户完全透明，它把存储设备转化为逻辑块使用，从而简化存储器的管理和配置工作。6结束语网络存储在很大程度上提高了数据的共享性、可用性、可扩展性和管理性，但仍然存在一些缺陷如：NAS的性能较低，SAN的实现费用较高、互操作性差，IP存储对网络传输时延的不确定性、巨大的地址空间以及随之而来的寻址难、网络安全性不高等问题。4546iSCSI技术与SAS、TCP／IP全面交叉融合，统一虚拟存储的标准化及解决方案将是今后一段时间内存储体系结构研究的重点和热点。谢

谢！参考文献[1]刘恩军.主流存储技术