網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)淺析

[摘 要] 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息爆炸性的增長(zhǎng)，使網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)變得越來(lái)越重要，已成為Internet及其相關(guān)行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。本文詳細(xì)介紹了常見的三種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍，并介紹了幾種新的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，使讀者對(duì)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)有一個(gè)全面的了解。

[關(guān)鍵詞] 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ) 直接連接存儲(chǔ) 網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ) 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

一、引言

信息是一個(gè)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心動(dòng)力之一，信息的可靠存儲(chǔ)是一個(gè)企業(yè)得以正常運(yùn)作和發(fā)展壯大的根本所在。隨著越來(lái)越多的關(guān)鍵信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式并存儲(chǔ)在可管理的介質(zhì)中，用戶對(duì)存儲(chǔ)和管理信息的能力產(chǎn)生了新的需求。為更有效地使用和管理信息，用戶對(duì)信息系統(tǒng)的搭建、數(shù)據(jù)中心的建設(shè)、數(shù)據(jù)的管理模式、數(shù)據(jù)的有效使用、信息存儲(chǔ)介質(zhì)的選擇以及信息的安全存儲(chǔ)等方面，提出多樣化的要求，以達(dá)到數(shù)據(jù)的最佳利用。

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的信息存取和共享服務(wù)，其主要特征體現(xiàn)在：超大存儲(chǔ)容量、大數(shù)據(jù)傳輸率以及高可用性。要實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備的性能特征，采用RAID作為存儲(chǔ)實(shí)體是必然選擇。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備都是將RAID硬盤陣列直接連接到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的服務(wù)器上，這種形式的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)稱為（DAS Direct Attached Storage），目前，按照信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)成，SAN（Storage Area Net- work）和NAS（Network Attached Storage）是最常見的兩種選擇。本文將詳細(xì)介紹這三種存儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍，并將介紹幾種新的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)。

二、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)

1.DAS存儲(chǔ)

直接連接存儲(chǔ)（DAS——Direct Attached Storage）是指將存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)SCSI接口或光纖通道直接連接到服務(wù)器上的方式。這種連接方式主要應(yīng)用于單機(jī)或兩臺(tái)主機(jī)的集群環(huán)境中，主要優(yōu)點(diǎn)是存儲(chǔ)容量擴(kuò)展的實(shí)施簡(jiǎn)單，投入成本少、見效快。

DAS適用于以下幾種情況：(1)服務(wù)器在地理分布上很分散，通過(guò)SAN或NAS在它們之間進(jìn)行互連非常困難時(shí)；(2)存儲(chǔ)系統(tǒng)必須被直接連接到應(yīng)用服務(wù)器，如某些數(shù)據(jù)庫(kù)使用的“原始分區(qū)”上時(shí)；(3)包括許多數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用和應(yīng)用服務(wù)器在內(nèi)的應(yīng)用，它們需要直接連接到存儲(chǔ)器上。

當(dāng)服務(wù)器在地理上比較分散很難通過(guò)遠(yuǎn)程連接進(jìn)行互連時(shí)，或傳輸速率并不很高的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，直接連接存儲(chǔ)是比較好的解決方案，甚至可能是唯一的解決方案，但是由于DAS存儲(chǔ)沒有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，存在許多缺點(diǎn)：一方面該技術(shù)不具備共享性，每種客戶機(jī)類型都需要一個(gè)服務(wù)器，從而增加了存儲(chǔ)管理和維護(hù)的難度；另一方面，當(dāng)存儲(chǔ)容量增加時(shí)，擴(kuò)容變得十分困難，而且當(dāng)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，數(shù)據(jù)也難以獲取。因此，難以滿足現(xiàn)今的存儲(chǔ)要求。

2.NAS存儲(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NAS——Network Attached Storage）即將存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)例如（以太網(wǎng)），連接到一群計(jì)算機(jī)上，提供數(shù)據(jù)和文件服務(wù)。NAS服務(wù)器一般由存儲(chǔ)硬件、操作系統(tǒng)以及其上的文件系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。簡(jiǎn)單的說(shuō)，NAS是通過(guò)與網(wǎng)絡(luò)直接連接的磁盤陣列，它具備了磁盤陣列的所有主要特征：高容量、高效能、高可靠。

NAS由于其較好的可擴(kuò)展性、可訪問性、低價(jià)位、安裝簡(jiǎn)單、易于管理等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子出版、CAD、圖像、教育、銀行、政府、法律環(huán)境等那些對(duì)數(shù)據(jù)量有較大需求的應(yīng)用中。多媒體、Internet下載以及在線數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)，特別是那些要求存儲(chǔ)器能隨著公司文件大小規(guī)模而增長(zhǎng)的企業(yè)、小型公司、大型組織的部門網(wǎng)絡(luò)，更需要這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的可擴(kuò)展的方案。

但在實(shí)際應(yīng)用中，NAS也存在著以下不足：(1)在文件訪問的速度方面。NAS采用的是File I/O方式，這帶來(lái)巨大的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開銷。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，NAS不適合在對(duì)訪問速度要求高的應(yīng)用場(chǎng)合，如數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、在線事務(wù)處理。(2)在數(shù)據(jù)備份方面。需要占用LAN的帶寬，浪費(fèi)寶貴的網(wǎng)絡(luò)資源，嚴(yán)重時(shí)甚至影響客戶應(yīng)用的順利進(jìn)行。(3)在資源的整合和NAS的管理方面。NAS只能對(duì)單個(gè)存儲(chǔ)(單個(gè)NAS內(nèi)部)設(shè)備之中的磁盤進(jìn)行資源的整合，目前還無(wú)法跨越不同的NAS設(shè)備，難以將多個(gè)NAS設(shè)備整合成一個(gè)統(tǒng)一的存儲(chǔ)池，因而難以對(duì)多個(gè)NAS設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的集中管理，只能進(jìn)行單獨(dú)管理。

3.SAN存儲(chǔ)

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN--Storage Area Network）是指存儲(chǔ)設(shè)備相互連接且與一臺(tái)服務(wù)器或一個(gè)服務(wù)器群相連的網(wǎng)絡(luò)。其中的服務(wù)器用SAN的接入點(diǎn)。SAN是一種特殊的高速網(wǎng)絡(luò)，連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和諸如大磁盤陣列或備份磁帶庫(kù)的存儲(chǔ)設(shè)備，SAN置于LAN之下，而不涉及LAN。利用SAN，不僅可以提供大容量的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而且地域上可以分散，并緩解了大量數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于局域網(wǎng)的影響。SAN的結(jié)構(gòu)允許任何服務(wù)器連接到任何存儲(chǔ)陣列，不管數(shù)據(jù)置放在哪里，服務(wù)器都可直接存取所需的數(shù)據(jù)。

SAN的應(yīng)用主要可以歸納為下面集中應(yīng)用：構(gòu)造群集環(huán)境，利用存儲(chǔ)局域網(wǎng)可以很方便地通過(guò)光纖通道把各種服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備連接在一起構(gòu)成一個(gè)具有高性能、較好的數(shù)據(jù)可用性、可擴(kuò)展的群集環(huán)境。(1)數(shù)據(jù)保護(hù)，存儲(chǔ)局域網(wǎng)可以做到無(wú)服務(wù)器的數(shù)據(jù)備份，數(shù)據(jù)也可以后臺(tái)的方式在存儲(chǔ)局域網(wǎng)上傳遞，大大減少了主要網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器上的負(fù)載，所以存儲(chǔ)局域網(wǎng)可以很方便地實(shí)現(xiàn)諸如磁盤冗余、關(guān)鍵數(shù)據(jù)備份、遠(yuǎn)程群集、遠(yuǎn)程鏡像等許多防止數(shù)據(jù)丟失的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)；(2)數(shù)據(jù)遷移，可以方便地進(jìn)行兩個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)移動(dòng)；(3)災(zāi)難恢復(fù)，特別是遠(yuǎn)程的災(zāi)難恢復(fù)；(4)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，用來(lái)構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)，使得整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)可以很好地共享。

在實(shí)際應(yīng)用中，SAN也存在著一些不足：(1)設(shè)備的互操作性較差。目前采用最早和最多的SAN互連技術(shù)還是FibreChannel，對(duì)于不同的制造商，光纖通道協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)是不同的，這在客觀上造成不同廠商的產(chǎn)品之間難以互相操作。(2)構(gòu)建和維護(hù)SAN需要有豐富經(jīng)驗(yàn)的、并接受過(guò)專門訓(xùn)練的專業(yè)人員，這大大增加了構(gòu)建和維護(hù)費(fèi)用。(3)在異構(gòu)環(huán)境下的文件共享方面，SAN中存儲(chǔ)資源的共享一般指的是不同平臺(tái)下的存儲(chǔ)空間的共享，而非數(shù)據(jù)文件的共享。(4)連接距離限制在10km左右等。更為重要的是，目前的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)采用的光纖通道的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備都非常昂貴。這些都阻礙了SAN技術(shù)的普及應(yīng)用和推廣。

三、新的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)

1.NAS網(wǎng)關(guān)技術(shù)

NAS網(wǎng)關(guān)與NAS專用設(shè)備不同，它不是直接與安裝在專用設(shè)備中的存儲(chǔ)相連接，而是經(jīng)由外置的交換設(shè)備，連接到存儲(chǔ)陣列上——無(wú)論是交換設(shè)備還是磁盤陣列，通常都是采用光纖通道接口——正因?yàn)槿绱?，NAS網(wǎng)關(guān)可以訪問SAN上連接的多個(gè)存儲(chǔ)陣列中的存儲(chǔ)資源。它使得IP連接的客戶機(jī)可以以文件的方式訪問SAN上的塊級(jí)存儲(chǔ)，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的文件共享協(xié)議（如NFS和CIFS）處理來(lái)自客戶機(jī)的請(qǐng)求。當(dāng)網(wǎng)關(guān)收到客戶機(jī)請(qǐng)求后，便將該請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為向存儲(chǔ)陣列發(fā)出的塊數(shù)據(jù)請(qǐng)求。存儲(chǔ)陣列處理這個(gè)請(qǐng)求，并將處理結(jié)果發(fā)回給網(wǎng)關(guān)。然后網(wǎng)關(guān)將這個(gè)塊信息轉(zhuǎn)換為文件數(shù)據(jù)，再將它發(fā)給客戶機(jī)。對(duì)于終端用戶而言，整個(gè)過(guò)程是無(wú)縫和透明的。NAS網(wǎng)關(guān)技術(shù)使得管理人員能夠?qū)⒎稚⒌腘AS filers整合在一起，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性與可伸縮性，為企業(yè)升級(jí)文件系統(tǒng)、管理后端的存儲(chǔ)陣列提供了方便。

2.IP-SAN技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的發(fā)展產(chǎn)生了一種新技術(shù)IP-SAN。IP-SAN是以IP為基礎(chǔ)的SAN存儲(chǔ)方案，是一種可共同使用SAN與NAS，并遵循各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的純軟件解決方案。IP-SAN可讓用戶同時(shí)使用Gigabit Ethernet SCSI與Fibre Channel，建立以IP為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)基本架構(gòu)，由于IP在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上的應(yīng)用以及良好的技術(shù)支持，在IP網(wǎng)絡(luò)中也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的塊級(jí)存儲(chǔ)，以IP協(xié)議替代光纖通道協(xié)議，IP協(xié)議用于網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)用戶和服務(wù)器連接，隨著用于執(zhí)行IP協(xié)議的計(jì)算機(jī)的速度的提高及G比特的以太網(wǎng)的出現(xiàn)，基于IP協(xié)議的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方案成為SAN的更佳選擇。IP-SAN不僅成本低，而且可以解決FC的傳播距離有限、互操作性較差等問題。

四、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)的重要性越來(lái)越得到人們的廣泛認(rèn)同。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的核心將是數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)正是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一個(gè)發(fā)展方向。這里我們簡(jiǎn)要的介紹了幾種當(dāng)前比較流行的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)還在不斷的快速發(fā)展，SAN和NAS的融合、統(tǒng)一虛擬存儲(chǔ)技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的兩個(gè)趨勢(shì)。

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