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网络存储技术是基于数据存储的一种通用网络术语。网络存储结构大致分为三种:直连式存储(DAS:Direct Attached Storage)、网络存储设备(NAS:Network Attached Storage)和存储网络(SAN:Storage Area Network)。

1 网络存储技术

网络存储技术主要利用网络技术实现信息的异地存储,即电子数据不再直接存储于服务器上,而是通过网络保存在与服务器相连的专门设备上。当前主要有3种存储方式:直接附加存储(DAS,DirectAttachedStorage),网络附加存储(NAS,NetworkAttachedStorage)以及存储区域网络(SAN,StorageAreaNetwork)。这几种网络存储方式特点各异,应用在不同的领域。

1.1 直接附加存储(DAS)

是将磁盘存储设备直接通过电缆连接到服务器的方式。这种连接方式主要应用于单机或2台主机的集群环境中,主要优点是存储容量扩展的实施简单,投入成本少,见效快,但由于没有网络结构,扩充能力差。DAS本身支持冗余备份(RAID)技术,但一般来讲增加服务器硬盘后,做RAID需要重新启动服务器,造成必须中断网络后才能实现扩容,不利于7×24小时不停机的工作模式,尤其是电力、电信等部门。DAS与服务器及网络连接方式如图1所示。

 

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1.2 网络附加存储(NAS)

是一种专业的网络文件存储及文件备份设备,或称为网络直联存储设备、网络磁盘阵列,一个NAS里面包括存储器件(如磁盘阵列、磁带驱动器或可移动存储介质等)和内嵌系统软件。NAS是一个集中化管理的数据中心,能够响应不同主机和服务器的数据需求。其模式以网络为中心,利用现有的以太网网络资源来接入专用的网络存储设备,而不需另外部署光纤交换机网络来连接传统的存储设备。NAS基于LAN,通常在LAN上有自己的节点,按照TCP/IP协议进行通信,面向消息传递,以文件I/O方式进行数据传输。由于TCP/IP协议设计的初衷是用于数据通信,所以不适合密集型大规模的数据传输。

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。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。由于文件系统放置于存储设备之上,用户的数据只要保存一个拷贝,即可被前端的各种类型的主机所使用,因此具备主机无关性。

NAS的网络连接方式如图2所示。

 

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1.3 存储区域网络(SAN)

是通过光纤通道将多台服务器与统一的存储系统进行连接,形成由大量存储器构成的后端存储网,它不同于我们常说的网络,而是位于服务器后端,为连接服务器、磁盘阵列、带库等存储设备而建立的高性能网络。SAN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通道的直接连接,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提供了良好的存储连接,服务器可以访问存储区域网上的任何存储设备,如带库、磁盘阵列;同时存储设备之间、存储设备同SAN交换机之间也可以进行通信。

SAN特别适合于服务器集群、灾难恢复等大数据量传输的关键领域。与传统技术相比,SAN技术的最大特点是将存储设备从传统的以太网中隔离出来,成为独立的存储区域网络。SAN的网络连接方式如图3所

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2 DAS、NAS与SAN三者的比较

DAS属于网络存储中比较低层次的产品,只能通过与之连接的主机进行访问,每一个主机管理它本身的文件系统,但不能实现与其它主机共享数据,只能依靠存储设备本身为主机提供高可靠性的数据。SAN和NAS是新型数据存储模式中的2个主要发展方向。从用户应用的需求来看,建立存储系统的目的就是数据保护、数据管理和数据利用3个方面。在数据保护方面,SAN和NAS结构都具有非常好的数据保护能力。它们都可提供冗余结构,实现高效率的数据备份和远程容灾。一般来说,用户的数据在网络中较为分散时,适合采用SAN的方式实现高效的备份。就数据管理能力而言,NAS具有一定的优势,主要在于安装、配置的方便快捷。在数据利用方面,性能是至关重要的指标,SAN的速度占有优势,NAS处理数据的速度略逊一筹。SAN结构中专门面向高性能存储要求而开发的光纤通道协议非常优秀。与传统存储协议SCSI相比,光纤通道技术在带宽、连接能力、I/O性能、连接距离、扩展能力等方面都有明显优势。而且,光纤通道技术支持交换式连接,可以构建类似传统以太网结构的系统,提供了很强的扩展能力。而NAS结构的数据传输途径是传统以太网协议,不是专门针对存储数据的要求的。

一般来说,NAS解决方案是低成本、易安装的点式方案,适用于长距离的小数据块传输,如工作组级和部门级的存储,或者是用于如Web服务那样需要高效存取文件的环境。而SAN解决方案则是企业规模的方案,要传送大量的数据,需要非常先进的计划,而且采用光纤通道(FC)技术和SAN管理软件,可应用于关键任务,基于交易的数据库应用处理。用户在选择存储系统结构时,可以从实际情况出发,选择采用SAN或NAS作为基本系统结构。SAN是目前公认的最具有发展潜力的存储技术方案,就发展趋势而言,在应用层面SAN和NAS将实现充分地融合,SAN提供速度,NAS提供由文件处理带来的协作性,它们的结合将是非常完美的关键存储系统的解决方案。

表1 DAS、NAS与SAN三者的比较

 

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3 网络存储技术的发展趋势

网络阻塞是制约NAS发展的主要原因之一,千兆以太网能够在铜线上提供1Gbps的带宽,成功解决了数据传输过程中的带宽占用问题,将成为网络存储的骨干网。千兆以太网(GigabitEthernet)是一种高速局域网技术,它使用户无需更换光纤网线,就可以较低的成本获得较高的速度。它采用了与10M以太相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统,可以与10M和100M以太网很好地配合工作。

SAN最关键的问题是投资较大,采用iSCSI技术(internetSmallComputerSystemInterface,互联网小型计算机系统接口,是一种在Internet网络上,特别是以太网上进行数据块传输的标准),能大幅度降低企业存储系统的总体成本,使公司可以利用现有的以太网线缆部署SAN。iSCSI技术基于完全成熟的以太网标准,其特点是在服务器端采用寻址快、扩展性强和管理方便的SCSI协议管理数据,而在服务器与存储器间采用IP协议传输数据,这样不但解决了传统光纤通道传输距离的限制,而且服务器与交换机之间采用传统以太网技术,节省了成本,是对SAN有益的补充。

NAS能提供便捷的管理和超低的价格,SAN能提供速度,所以NAS和SAN的结合是大趋势。二者的融合,不但提高了网络存储的效率,而且能降低存储管理成本,其诱人而优异的性能吸引了存储业界越来越多的注意力。

对于SAN来说,点到点之间光纤通道的最大距离不得超过10km是一个缺陷,这个缺陷可以被NAS的IP连接所弥补,也就是通过IP网络发送光纤通道命令(FC/IP)。对于NAS而言,SAN的光纤通道技术可以弥补网络阻塞造成的性能降低。

在网络存储领域,新技术层出不穷。DAFS(DirectAccessFileSystem)就是网络存储中的一种新技术。作为一种文件系统,它简化了文件读出和写入的步骤,能结合SAN和NAS的优势,有效地减轻存储服务器的计算压力;另外它被设计成与低层传输无关的协议,同时提高了存储网络的可扩展性,被公认为是存储领域新的发展趋势之一。而Jini技术是用查找服务(LookupService)来注册设备联盟中的设备以及设备提供的服务,是一种新的网络体系结构,它实现了网络设备的自发组网,即网络中的“即插即用”,为网络存储技术的实现和发展提供了一种崭新的思路。

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