NAS在藝術設計類實驗室網(wǎng)絡數(shù)據(jù)存儲中的應用

陳小微，劉波永

（浙江樹人學院 藝術學院，浙江 杭州 310015）

NAS在藝術設計類實驗室網(wǎng)絡數(shù)據(jù)存儲中的應用

陳小微，劉波永

（浙江樹人學院 藝術學院，浙江 杭州 310015）

由于性價比高、維護方便等原因，NAS作為當今主要的網(wǎng)絡存儲技術之一，越來越受到人們的關注。本文通過對三種外掛存儲方式的比較，提出適用于藝術設計類實驗室的NAS存儲方案，以有效解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲及共享中存在的問題。

NAS；網(wǎng)絡存儲；應用

計算機作為現(xiàn)代設計的重要工具，在藝術設計類人才培養(yǎng)中占有十分重要的地位。由于專業(yè)的特殊性，大量實用性應用軟件課程的開設，綜合性、設計性實驗項目的開展，藝術設計類專業(yè)實驗室機房面臨的數(shù)據(jù)存儲量在成倍地增加，傳統(tǒng)的刻錄方法在其安全性、經(jīng)濟性、存儲性、便捷性等方面受到了挑戰(zhàn)。于是引入一種大容量、安全、方便的存儲方式，用來存儲學生作業(yè)與作品，滿足教學需要就顯得非常必要。

一、常用存儲方式的比較

隨著Internet應用的不斷增長，信息存儲容量需求的增長速度超過了服務器處理能力的增長速度。一方面是服務器有限的內部存儲容量，另一方面是不斷增長的存儲內容，這就要求服務器的存儲能夠“外部化”，以適應新的需要。目前，比較流行的外掛存儲有DAS、NAS、SAN三種模式，如圖1所示。

（1）直連式存儲（Direct Attached Storage,DAS）采用獨立的外接式存儲設備（如RAID，JBOD等）并通過標準接口技術（如SCSI）與服務器連接，在一定程度上縮短了對存儲器件的讀寫操作的總體存取時間。但很明顯，直接依附在服務器上的DAS存儲共享是受限的且不能擴展。另外，服務器往往要提供包括文件服務在內的多項服務，而且同時管理著多個存儲設備，結果導致其成為存儲系統(tǒng)的瓶頸。

（2）網(wǎng)絡連接存儲（Network Attached Storage,NAS）指存儲設備通過集線器（Hub）或交換機（Switch）方便地接入到用戶網(wǎng)絡上，在功能上完全獨立于網(wǎng)絡上的主服務器，允許客戶機與附網(wǎng)存儲服務器之間直接的數(shù)據(jù)訪問。但因為NAS是直接與網(wǎng)絡相連的，無疑在數(shù)據(jù)傳輸時會增加網(wǎng)絡負擔，一旦發(fā)生網(wǎng)絡擁塞，其性能會大幅下降。所以NAS自身要受到網(wǎng)絡傳輸能力的制約。

（3）存儲區(qū)域網(wǎng)絡（Storage Area Networks，SAN）指在計算機和存儲元素之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡，可以把SAN看作是一個主要用于存儲的子網(wǎng)，它工作在主網(wǎng)（一般是LAN）的后面，從事著與存儲有關的工作。[2]SAN技術的存儲設備是用基于光纖通道協(xié)議的專用網(wǎng)絡，由于光纖通道和LAN分開，不占用主網(wǎng)帶，性能很高。但構建SAN成本高且管理和維護成本也很高，目前只有實力較大的企業(yè)構建自己的SAN。

實驗室的存儲數(shù)據(jù)需要考慮整個系統(tǒng)的高傳輸速率、數(shù)據(jù)的大吞吐量、容錯能力強、穩(wěn)定性等需求，通常采用SAN架構，它是一種獨立于服務器網(wǎng)絡之外、幾乎擁有無限存儲容量的高速存儲網(wǎng)絡，但由于成本過高，并不適合作為我院實驗室存儲方案。DAS由于附著在服務器上，對每個DAS設備的訪問只能通過數(shù)量非常有限的服務器來進行，當很多用戶同時對同一個存儲系統(tǒng)進行大量的數(shù)據(jù)訪問時，相應服務器的性能和數(shù)據(jù)存取時間都會受到很大的影響，所以也不予考慮。對于資金、場地有限的實驗室，選擇NAS作為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)存儲是比較理想的方式。

二、NAS的原理與結構

網(wǎng)絡連接存儲（NAS）即將存儲設計連接到現(xiàn)有的網(wǎng)絡上提供數(shù)據(jù)和文件服務。從結構上講，NAS是功能單一的精簡型計算機，因此，在架構上不像個人計算機那么復雜，在外觀上就像家電產(chǎn)品，只有電源與簡單的控制鈕，結構如圖2所示。

NAS是一種專業(yè)的網(wǎng)絡文件服務器，它直接通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡向客戶段提供文件共享，它所連接的網(wǎng)絡介質可以是局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，如圖3所示是一種比較典型的NAS拓撲結構。NAS與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)相連，使用的是TCP/IP協(xié)議，當需進行文件共享和訪問時則利用NFS和CIFS以溝通Windows NT或MAC OS系統(tǒng)。NAS的這種結構奠定了它自身的優(yōu)點，那就是配置靈活、管理方便，另外成本較低，不需要配置額外的網(wǎng)絡配件，只需將NAS產(chǎn)品直接通過網(wǎng)絡接口連接到網(wǎng)絡交換機上，簡單地配置一下IP地址。NAS可以應用在任何網(wǎng)絡環(huán)境當中，主服務器和客戶端可以非常方便地在NAS上存取任意格式的文件。

三、NAS的特點

1.海量存儲。NAS作為網(wǎng)絡存儲設備，其首要的用途就是數(shù)據(jù)的存儲。NAS可利用用戶現(xiàn)有的網(wǎng)絡環(huán)境和軟件、硬件資源，在原有的以太網(wǎng)絡上添加一個節(jié)點及網(wǎng)絡設備。在NAS中為NAS設備，如文件器。這種方式基本上是啟動NAS設備，運行相應的網(wǎng)絡文件系統(tǒng)，并將之與網(wǎng)絡相連即可。更高級的NAS設備可以支持網(wǎng)絡接口的熱安裝、存儲介質的隨時增加和存儲備份等。

2.緩解服務器負擔。[4]NAS設備的設計就是為了能夠使通用服務器有更多的資源來為較為重要的用戶需求服務。NAS文件的文件器可以使耗費CPU和網(wǎng)絡資源的文件服務功能轉移到專用的NAS設備上。文件服務是與系統(tǒng)的I/O對應的，它在一般設備中也有較高的優(yōu)先權。這部分任務移交給NAS設備后，通用服務器就有更多的資源處理重要的任務，如電子郵件處理、遠程處理等，并縮短系統(tǒng)的響應時間。

3.管理維護簡單。NAS附帶有專用的系統(tǒng)管理與配置工具,絕大多數(shù)的NAS產(chǎn)品都支持Web管理，這樣的好處是管理方便，用戶在任何地方只要能夠上網(wǎng)就可以輕松地管理NAS設備。

4.擴展性好。[5]系統(tǒng)集成的磁盤合并功能能使資源最大化,無需停頓網(wǎng)絡就可以在線增加存儲容量，只需要LAN的帶寬允許和避免限制其他LAN流量的要求。在需要增加存儲空間時，只需要在網(wǎng)絡上增加新的NAS設備即可，不影響網(wǎng)絡中的其他任何節(jié)點。

5.預置系統(tǒng)安全。預置軟件系統(tǒng)是指NAS產(chǎn)品出廠時隨機帶的操作系統(tǒng)或者管理軟件，如精簡的Windows2000系統(tǒng)、FreeBSD嵌入式系統(tǒng)、Linux嵌入式系統(tǒng)等。預置操作系統(tǒng)不需要通過文件服務器，明顯縮短了響應時間，充分發(fā)揮網(wǎng)絡的帶寬，大大提高文件訪問速度，盡可能減輕了網(wǎng)絡主機的負擔，從而使系統(tǒng)具有很強的穩(wěn)定性和可靠性。

四、NAS存儲方案的優(yōu)越性

對于多個服務器或多臺PC的環(huán)境，使用DAS方式設備的初始費用可能比較低，但在這種連接方式下，每臺PC或服務器單獨擁有自己的存儲磁盤，容量的再分配困難；對于整個環(huán)境下的存儲系統(tǒng)管理，工作繁瑣而重復，沒有集中管理解決方案。而隨著網(wǎng)絡的迅速擴展，DAS也很難滿足大型網(wǎng)絡系統(tǒng)穩(wěn)定的吞吐率、可靠、可擴展、易管理等需求，于是NAS模式應運而生，網(wǎng)絡存儲開始向直接與網(wǎng)絡連接、單一功能服務器的方向發(fā)展。藝術設計類實驗室選擇NAS作為網(wǎng)絡存儲工具，基于以下考慮：

第一，網(wǎng)絡共享的數(shù)據(jù)類型。用戶基于使用需求，從不同平臺（如MAC、Windows等）對數(shù)據(jù)進行讀寫操作，而NAS適用于不同網(wǎng)絡環(huán)境下的用戶對數(shù)據(jù)進行跨平臺共享。

第二，存儲的性能、容量、成本需求。NAS結構簡單、價格便宜、易于維護、總體擁有成本低，相比傳統(tǒng)直接連接存儲（DAS）方式，又具備性能上的優(yōu)勢。實驗室構建的網(wǎng)絡是基于NAS的快速以太網(wǎng)絡，教師機、學生機、服務器和NAS存儲設備都直接連接到總線上。如NAS選用了MaxTronic Orion410ST,共4塊硬盤，容量為2.8TB,它支持7×24小時不間斷工作，用于存儲數(shù)據(jù)。實驗室原有的蘋果服務器，則繼續(xù)承擔科學計算、BBS等服務。

第三，遠程NAS備份容災。[6]一旦數(shù)據(jù)中心發(fā)生火災、地震等災難性事故，以往的服務器遠程數(shù)據(jù)備份的成本很高。而用NAS作為存儲備份，以應付大量數(shù)據(jù)的快速存取和數(shù)據(jù)備份，只要將兩臺NAS設備接入網(wǎng)絡，即可實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)備份，如圖4所示。因為NAS直接與網(wǎng)絡相連，支持TCP/IP協(xié)議，因此主機和備份機之間的距離不再受限制，一旦主機發(fā)生故障，即可通過備份機恢復全部數(shù)據(jù)。NAS遠程備份的優(yōu)勢還在于它的兩端可使用不同的存儲設備，例如主機使用磁盤而備份機使用磁帶或是其他存儲設備，且成本很低。

相比以往的DAS存儲，基于NAS的實驗室網(wǎng)絡具有以下優(yōu)點：

（1）解決了用戶異構網(wǎng)絡環(huán)境下的數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)共享問題。無論終端用戶使用的Windows還是MAC OS X操作系統(tǒng)，是普通PC機、eMAC還是小型工作站，都可以方便、安全地存取數(shù)據(jù)。

（2）用戶可以直接訪問NAS設備而無需通過服務器，減輕了服務器的負擔，把系統(tǒng)服務、應用服務和數(shù)據(jù)傳輸服務分離開，充分利用了網(wǎng)絡的帶寬。

（3）即使設備連接在以太網(wǎng)上的不同位置，管理員也可以使用同樣的軟件管理整個NAS數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，降低了維護成本。

（4）當今后數(shù)據(jù)資料日益膨脹，現(xiàn)有存儲無法滿足要求時，只需通過添加擴展模塊即可實現(xiàn)更大的存儲容量，而無需另行購置設備，可節(jié)約預算成本。

多年實踐證明，NAS網(wǎng)絡存儲設備具有多平臺環(huán)境的文件共享、易備份、易擴展等優(yōu)勢，特別適合在藝術設計類實驗室應用。

[1]DAS、NAS和SAN存儲方案的比較 [EB/OL].http://publish.it168.com/2004/0819/20040819005701.shtml.

[2]張繼征等.NAS與SAN的融合[J].計算機應用研究,2005.

[3]姜寧康,時成閣.網(wǎng)絡存儲導論[M].北京:清華大學出版社,2007.

[4]趙文輝等.網(wǎng)絡存儲技術[M].北京:清華大學出版社,2005.

[5]席雷.基于NAS的實驗室氣象數(shù)據(jù)存儲解決方案[J].中國新技術新產(chǎn)品,2009（20）.

[6]NAS存儲技術方式解析[EB/OL].http://portal.vsharing.com/ShowArticle.aspx?id=622395.

[7]王玉富.圖書館信息存儲技術控微[J].現(xiàn)代情報,2007（7）.

[8]韓德志,余順爭,謝長生.融合NAS和SAN的存儲網(wǎng)絡設計與實現(xiàn)[J].電子學報,2006（11）.

（編輯：金冉）

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1673-8454（2010）19-0037-03