基于总线的网络存储

基于总线的网络存储

0存储网络的引入传统的存储是以服务器为中心的存储。从结构上看，它是基于总线连接的存储。存储设备通过I/O总线如IDE、SCSI等与服务器相连,客户机的数据访问必须通过服务器,然后经过其I/O总线访问相应的存储设备,服务器此时实际上起到了一种存储转发的作用。基于总线连接的存储体系结构存在着许多不可克服的缺点,如:原始容量限制、共享性和可扩展性差、距离受限、所有的数据存储受服务器性能限制无法集中管理等。随着Internet的快速发展,在线数据存储快速增长,加上对存储性能和提供7×24h的可用性的要求使得这些缺点日渐严重。如何解决这些问题呢?以存储网络为中心的存储是对数据存储新需求的回答。存储网络是一种全新的存储体系结构。它支持网络协议和存储设备协议,采用面向网络的存储体系结构,使数据处理和数据存储分离,把信息智能从服务器迁移到网络中的各个设备。那么,网络存储将如何发展?本文论述了DAS、NAN和SAN的结构、特点以及网络存储新技术InfiniBand和DAFS,分析了网络存储未来发展的趋势。1发展迅速，快速发展网络存储技术是基于数据存储的一种通用网络术语。目前,以存储网络为中心的存储技术得到了快速的发展。现在网络存储技术主要有三种:直连式存储(DAS:DirectAttachedStorage)、网络存储设备(NAS:NetworkAttachedStorage)和存储网络(SAN:StorageAreaNetwork)。1.1das存储DAS(DirectAttachedStorage——直接连接存储)被定义为直接连接在各种服务器或客户端扩展接口下的数据存储设备,是指将存储设备通过SCSI接口或光纤通道直接连接到服务器上的方式。如图1,它完全以服务器为中心,寄生在相应服务器或客户端上,其本身是硬件的堆叠,不带有任何存储操作系统。其特征为存储设备为通用服务器的一部分,该服务器同时提供应用程序的运行,即数据访问与操作系统、文件系统和服务程序紧密相关。当用户数量增加或服务器正在提供服务时,其响应速度会变慢。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。现在已渐渐不能满足用户的需求,不再为大家所采用。DAS存储没有网络结构,存在许多缺点:一方面该技术不具备共享性,每种客户机类型都需要一个服务器,从而增加了存储管理和维护的难度;另一方面,当存储容量增加时,扩容变得十分困难。而且当服务器发生故障时,数据也难以获取。因此,DAS难以满足现今的存储要求。1.2应用数据安全NAS(NetworkAttachedStorage——网络连接存储)即将存储设备通过标准的网络拓扑结构(例如以太网),连接到一群计算机上,提供数据和文件服务。如图2,NAS是一种专业的网络文件存储及文件备份设备,或称为网络直连存储设备、网络磁盘阵列。一个NAS里面包括核心处理器、文件服务管理工具、一个或者多个硬盘驱动器用于数据的存储。NAS可以应用在任何的网络环境当中。主服务器和客户端可以非常方便地在NAS上存取任意格式的文件,包括SMB格式(Windows)、NFS格式(Unix、Linux)和CIFS格式等等。NAS系统可以根据服务器或者客户端计算机发出的指令完成对内在文件的管理。另外的特性包括:独立于操作平台、不同类的文件共享、交叉协议用户安全性/许可性、浏览器界面的操作/管理和不会中断网络的增加和移除服务器。NAS将存储设备通过标准的网络拓扑结构连接,可以无需服务器直接上网,不依赖通用的操作系统,而是采用一个面向用户设计的、专门用于数据存储的简化操作系统,内置了与网络连接所需的协议,因此使整个系统的管理和设置较为简单,适用于文件系统和Web服务系统的存储和共享优化存储,可以有效地管理多用户、多应用的单一数据的共享。NAS依靠LAN和WAN连接标准,使用IP、以太网以及网络文件系统(NFS)和公共互联网文件系统(CIFS)等技术,降低了操作和开发的难度。同时,NAS支持多通信协议,可以在Unix和Windows客户机上使用,实现异种机的存储访问。1.3高信噪比光纤直接连接SAN(StorageAreaNetwork——存储区域网络)是指存储设备相互连接且与一台服务器或一个服务器群相连的网络。如图3,SAN可以定义为是以数据存储为中心,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方式,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。在多种光纤通道传输协议逐渐走向标准化并且跨平台群集文件系统投入使用后,SAN最终将实现在多种操作系统下最大限度的数据共享和数据优化管理,以及系统的无缝扩充。SAN是一种特殊的高速网络,连接网络服务器和诸如大磁盘阵列或备份磁带库的存储设备,SAN置于LAN之下,而不涉及LAN。利用SAN,不仅可以提供大容量的存储数据,而且地域上可以分散,并缓解了大量数据传输对于局域网的影响。SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列,不管数据置放在哪里,服务器都可直接存取所需的数据。1.4存储和存储分离从软件角度看,上述三种类型存储系统的体系结构是不同的,其区别如图4所示。在DAS中,应用与存储是一体的,通过系统总线可以访问存储设备;NAS是应用与存储分离的系统,应用服务器通过局域网(LAN)访问文件存储系统,通常NAS以标准化访问协议(如NFS)提供服务;在SAN中,文件系统与存储系统完全分离,存储系统实际上成为运行应用程序的数据服务器,二者以高速FC连接。2网络存储的发展趋势2.1infiniband体系InfiniBand是被用来取代PCI总线的新I/O体系结构。InfiniBand把网络技术引入I/O体系中,形成一个I/O交换网络结构,主机系统通过一个或多个主机通道适配器(HCA)连接到I/O交换网上,存储器、网络通信设备通过目标通道适配器(TCA)连接到该I/O交换网上。InfiniBand体系结构把IP网络和存储网络合二为一,以交换机互连和路由器互连的方式支持系统的可扩展性。服务器端通过主机通道适配器(HCA)连接到主机内存总线上,突破了PCI的带宽限制,存储设备端通过终端通道适配器(TCA)连接到物理设备上,突破了SCSI和FC-AL的带宽限制。2.2dafs解决程序负载DAFS把RDMA的优点和NAS的存储能力集成在一起,全部读写操作都直接通过DAFS的用户层——RDMA驱动器执行,从而降低了网络文件协议所带来的系统负载。DAFS的基本原理是通过缩短服务器读写文件时的数据路径来减少和重新分配CPU的计算任务。它提供内存到内存的直接传输途径,使数据块的复制工作不需要经过应用服务器和文件服务器的CPU,而是在这两个物理设备预先映射的缓冲区中直接传输。也就是说,文件可以直接由应用服务器内存传输到存储服务器内存,而不必先填充各种各样的系统缓冲区和网络接收器。2.3实现数据的统一存储统一的虚拟存储将不同厂商的FC-SAN、NAS、IP-SAN、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。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以及基于网络的虚拟化存储。统一虚拟存储的实现只能从虚拟存储的实质出发,因此,单一存储映象的方法可能是虚拟存储的发展方向。2.4存储网络ip-两组IP-SAN是采用iSCSI(InternetSmallComputerSystemsInterface)协议构架在IP网络上的SAN。iSCSI协议通过IP协议来封装SCSI命令,并在IP网络上传输SCSI命令和数据。在FC-SAN结构中,服务器间的消息传递使用的是前端局域网,而数据传输则被限制在后端的存储网络中。但是,IP-SAN的倡导者认为存储网络应该与应用网络使用相同的体系架构和技术标准,也就是说,IP-SAN存储系统既使用IP网络进行消息传递,也使用IP网络进行数据传输。基于IP网络的SAN系统可充分利用目前普遍使用的IP网络基础设施,解决了应用网络和存储网络异构的问题。另一方面,IP-SAN的数据传输路径和FC-SAN存储系统的I/O路径相比,只是光纤通道卡和FCP协议变为iSCSI卡和iSCSI协议。3p-sa网络存储网络存储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-SAN则存在着严