網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)比較研究論文
摘 要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)存儲已成為信息社會不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文深入分析網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的問題，重點討論當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)存儲的兩大主流技術(shù)NAS和SAN的主要的特點，相對于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)他們的優(yōu)缺點，最后，提出一些較高可行性的存儲解決方案。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)存儲；NAS；FC SAN；IP SAN
回顧計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程，不難發(fā)現(xiàn)計算機(jī)核心技術(shù)主要有三次大的遷移，計算機(jī)發(fā)明初期由于主要用于科學(xué)計算，因此中央處理器CPU的計算能力是研究的核心技術(shù)；隨后計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)大面積應(yīng)用，使計算機(jī)通信成為耗費時間最多的事件，因此如何提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的技術(shù)成為熱點；現(xiàn)今，計算機(jī)的主要應(yīng)用模式己轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)的存儲和訪問，存儲技術(shù)業(yè)已成為計算機(jī)核心熱點技術(shù)。
受機(jī)械部件自身性能的限制，磁盤存儲設(shè)備數(shù)據(jù)訪問時間平均每年只提高7％～10%，而數(shù)據(jù)傳輸率也只是以每年提高20%的速度發(fā)展。根據(jù)摩爾定律，計算機(jī)中央處理器和內(nèi)存以平均每18個月增長一倍的速度發(fā)展。根據(jù)吉爾德定律，網(wǎng)絡(luò)帶寬以每6個月增長一倍的速度發(fā)展。很顯然處理器、網(wǎng)絡(luò)帶寬和磁盤IO之間的性能差距越來越大，而計算機(jī)系統(tǒng)性能的提高受限于系統(tǒng)中最慢的部件。因此，數(shù)據(jù)的存取速度己經(jīng)成嚴(yán)重影響計算機(jī)系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)的存儲技術(shù)難以解決這一問題，采用新的存儲技術(shù)，提高數(shù)據(jù)存儲的I/O性能的需求越來越迫切。
１ 直接附加存儲(Direct Attached Storage，DAS )
直接附加存儲，是傳統(tǒng)的存儲模式，以服務(wù)器為中心的存儲結(jié)構(gòu)，將存儲設(shè)備通過傳統(tǒng)的I/O總線、SCSI接口或光纖通道直接接駁到服務(wù)器上使用，數(shù)據(jù)的讀寫、存儲直接發(fā)送到存儲設(shè)備端。DAS不帶操作系統(tǒng)，所有的輸入輸出操作都要通過服務(wù)器實現(xiàn)。如果需要訪問存儲器上的數(shù)據(jù)，必須先給文件服務(wù)器發(fā)送請求信息。
DAS的主要優(yōu)點是特別適合地理上分散分布的服務(wù)器環(huán)境和存儲系統(tǒng)必須直連到應(yīng)用服務(wù)器上的場合。
DAS的不足一是安裝、調(diào)試比較煩瑣 , 也沒有獨立的存儲操作系統(tǒng)，易造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。二是因DAS采用異地備份 , 所以備份操作復(fù)雜。三是雖然DAS依靠雙服務(wù)器實現(xiàn)雙機(jī)容錯功能 ,但若兩臺服務(wù)器同時出故障 , 則無法進(jìn)行正常數(shù)據(jù)存儲。
２ 網(wǎng)絡(luò)附加存儲（Network Attached Storage，NAS）
網(wǎng)絡(luò)附加存儲是提供文件級服務(wù)的存儲設(shè)備，通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接到一組計算機(jī)上，通過網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）或者基于I P網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)文件協(xié)議等標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議提供文件級的數(shù)據(jù)訪問。NAS實際是一種帶有網(wǎng)絡(luò)文件瘦服務(wù)器的存儲設(shè)備。
NAS是以存儲設(shè)備為中心，采用可伸縮的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過具有高傳輸速率的光通道的直接連接方式，提供SAN內(nèi)部任意節(jié)點之間的多路可選擇的數(shù)據(jù)交換，并且將數(shù)據(jù)存儲管理集中在相對獨立的存儲區(qū)域網(wǎng)內(nèi)。
NAS 的優(yōu)點：一是易于安裝的即插即用性。NAS內(nèi)置了網(wǎng)卡，通過交換機(jī)直接連接到網(wǎng)絡(luò)中，基本上不需特別設(shè)置就可支持多個計算機(jī)平臺使用。二是極易部署性。NAS 設(shè)備可放置于任何地方，只通過網(wǎng)絡(luò)連接，用戶可直接在網(wǎng)絡(luò)上存取數(shù)據(jù)。這既減輕了應(yīng)用服務(wù)器的系統(tǒng)開銷，又顯著改善了網(wǎng)絡(luò)性能。三是安全性高。NAS通常將操作系統(tǒng)駐留在主板芯片內(nèi)，大大提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和病毒防犯能力。四是擴(kuò)充方便。NAS 設(shè)備本身內(nèi)置了多個 I/O 接口，使擴(kuò)充其存儲容量極為方便，同時也允許在網(wǎng)絡(luò)中自由增加 NAS 設(shè)備。NAS 為當(dāng)今異構(gòu)平臺使用統(tǒng)一存儲系統(tǒng)提供了解決方案。
NAS 的不足：一是NAS同樣采用普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸備份和恢復(fù)，備份時網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗較大，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上有其他大數(shù)據(jù)流量時會嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。二是由于存儲數(shù)據(jù)通過普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸， 因此易產(chǎn)生數(shù)據(jù)泄漏安全問題。三是NAS存儲只能以文件方式訪問，而不能直接訪問物理數(shù)據(jù)塊，因此對事務(wù)處理和數(shù)據(jù)庫等應(yīng)用無能為力。
３ 存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，SAN）
網(wǎng)絡(luò)存儲的主角SAN是一種以數(shù)據(jù)存儲為中心，面向網(wǎng)絡(luò)的存儲結(jié)構(gòu)。目前常見的可使用SAN技術(shù)主要有兩種，一種是采用的是光通道（FC，F(xiàn)iber Channel）技術(shù)，即FC SAN；另外一種技術(shù)是利用基于高速以太網(wǎng)協(xié)議（TCP/IP協(xié)議）的互聯(lián)網(wǎng)小型計算機(jī)系統(tǒng)接口（iSCSI）技術(shù)，即IP SAN。
�。ǎ保〧C SAN
FC SAN通過一個或多個光纖通道交換機(jī)以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问綖橹鳈C(jī)服務(wù)器和存儲設(shè)備提供互聯(lián)。FC SAN 實際是一種專門為存儲建立的獨立于TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)之外的專用網(wǎng)絡(luò)。它的核心是 FC（Fiber Channel） ，其中的服務(wù)器和存儲系統(tǒng)各自獨立，地位平等 ，SAN 的接口通常不是以太網(wǎng)，而是小型計算機(jī)系統(tǒng)接口（SCSI）、串行存儲結(jié)構(gòu)（SSA）、企業(yè)系統(tǒng)連接 (ESCON)、高性能并行接口（HIPPI）或是光纖通道。通過光纖設(shè)備進(jìn)行連接，使用FC通訊協(xié)議的SAN網(wǎng)絡(luò)我們稱為FC SAN。
FC SAN的優(yōu)點：一是允許用戶獨立增加存儲容量，當(dāng)數(shù)據(jù)容量增大時，可以隨時追加存儲空間，相比傳統(tǒng)的存儲架構(gòu)SAN有更為出色的可擴(kuò)展性優(yōu)勢。SAN可不停止系統(tǒng)運行進(jìn)行應(yīng)用服務(wù)器和存儲資源的追加和置換。二是具有更高的帶寬。因采用了光纖接口，利用光纖通道技術(shù)，SAN傳輸數(shù)據(jù)效率更高，特別是在傳輸大數(shù)據(jù)塊時。三是顯著減少備份和恢復(fù)的時間，可以靈活地進(jìn)行時間表/權(quán)限管理以及備份/災(zāi)難恢復(fù)控制，容易通過計劃任務(wù)使備份數(shù)據(jù)免除人為干預(yù)，同時減少網(wǎng)絡(luò)上的.信息流量。四是管理更為方便。SAN采用的集中式管理軟件允許遠(yuǎn)程配置、監(jiān)管和無人值守運行。五是SAN使用RAID硬件或軟件確保存儲的可靠性，從使用方面來講，在很大程度上提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性。
FC SAN 的不足：一是價格昂貴。不論是 ＳＡＮ 陣列柜還是光纖通道交換機(jī)價格都很昂貴，就連服務(wù)器上使用的光通道卡的價格也是不易被小型企業(yè)所接受；二是由于必須單獨建立光纖網(wǎng)絡(luò)，因此異地擴(kuò)展比較困難；三是雖然光纖通道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在，但SAN本身缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以多個廠商生產(chǎn)的SAN產(chǎn)品互操作性極差。目前，一些 SAN 廠商試圖通過SNIA 等國際組織來制定統(tǒng)一的SAN產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，以便逐步解決互操作問題。
�。ǎ玻㊣P SAN
隨著數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程存儲需求的擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)存儲領(lǐng)域產(chǎn)生了一些新的技術(shù)熱點，互聯(lián)網(wǎng)小型計算機(jī)系統(tǒng)接口（iSCSI）技術(shù)就是其中之一，iSCSI協(xié)議利用普通的 TCP/IP網(wǎng)來傳輸本該用SAN來傳輸?shù)腟CSI數(shù)據(jù)塊，從而達(dá)到通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行I/O操作的目的，我們稱為基于IP協(xié)議的SAN。
IP SAN既有同NAS一樣的前端管理部分，又能像SAN一樣提供裸設(shè)備供主機(jī)使用。相對于需要單獨建立光纖網(wǎng)絡(luò)的FC SAN，IP SAN的成本要少很多。同時隨著千兆網(wǎng)的普及，萬兆網(wǎng)也逐漸的進(jìn)入主流，使 IP SAN 的速度相對 FC SAN 來說并沒有太大的劣勢。
IP SAN的優(yōu)點：一是IP SAN融合了FC SAN和NAS的優(yōu)勢，使網(wǎng)絡(luò)存儲更為高效、同時又大大的降低了成本，提高了系統(tǒng)的靈活性。二是iSCSI協(xié)議整合了現(xiàn)有的主流存儲協(xié)議SCSI和主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP，實現(xiàn)了存儲和網(wǎng)絡(luò)的無縫融合。
IP SAN的不足：一是當(dāng)前能提供完整的IP SAN解決方案的廠商較少，同時對管理者技術(shù)要求也高；二是通過普通網(wǎng)卡存取iSCSI數(shù)據(jù)時，解碼成SCSI需要中央處理器進(jìn)行運算，無形中增加了系統(tǒng)的性能開銷；三是由于使用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)存取，存取速度要受網(wǎng)絡(luò)運行狀況的影響。
�。� 結(jié)束語
通過以上比較研究， 四種網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)各有優(yōu)劣。對于小型且服務(wù)較為集中的商業(yè)企業(yè)，可采用簡單的 DAS 技術(shù)方案 。對于中小型商業(yè)企業(yè)，他們服務(wù)器數(shù)量比較少，有一定的數(shù)據(jù)集中管理需求，但沒有大型數(shù)據(jù)庫需求，NAS具有安裝管理方便、價格平民化等優(yōu)點，自然成為存儲的優(yōu)選方案。特別是對于部門服務(wù)器或獨立工作組級的客戶，更能充分享受NAS性能價格比的好處。
對于大中型商業(yè)企業(yè)，F(xiàn)C SAN和IP SAN則是較好的選擇。如果希望使用存儲的服務(wù)器相對比較集中， 且對系統(tǒng)性能要求極高，可考慮采用FC SAN技術(shù)方案。FC SAN一直以來是構(gòu)建存儲網(wǎng)絡(luò)的首選，以性能穩(wěn)定可靠，技術(shù)成熟著稱，在關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域的高可靠性毋庸置疑。對于希望使用存儲的服務(wù)器相對比較分散，又對性能要求不是很高的，可以考慮采用IP SAN技術(shù)方案。IP SAN在近年有了較快發(fā)展，很多廠商的IP SAN產(chǎn)品銷路很好，IP SAN的市場份額有了較大的增長，不過總體來說，目前仍然還是FC SAN占據(jù)上風(fēng)，它廣泛的用于商業(yè)企業(yè)級數(shù)據(jù)存儲、服務(wù)器集群、遠(yuǎn)程災(zāi)難恢復(fù)、Internet數(shù)據(jù)服務(wù)等多個領(lǐng)域。
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