網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)比較研究

網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)比較研究摘要：隨著的飛速發(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，本文深切進入分析網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的現(xiàn)在狀況及存在的問題，重點討論當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)存儲的兩大主流技術(shù)NAS和SAN的重要的特點，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。本文關(guān)鍵詞語：網(wǎng)絡(luò)存儲；NAS；FCSAN；IPSAN回首計算機技術(shù)的發(fā)展歷程，不難發(fā)現(xiàn)計算機核心技術(shù)重要有三次大的遷移，計算機發(fā)明初期由于重要用于科學(xué)計算，因而處理器CPU的計算能力是研究的核心技術(shù)；隨后計算機網(wǎng)絡(luò)大面積應(yīng)用，使計算機通信成為消耗損費時間最多的事件，因而怎樣提升網(wǎng)絡(luò)帶寬的技術(shù)成為熱門；現(xiàn)今，計算機的重要應(yīng)用形式己轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)的存儲和訪問，存儲技術(shù)業(yè)已成為計算機核心熱門技術(shù)。受機械部件本身性能的限制，磁盤存儲設(shè)備數(shù)據(jù)訪問時間平均每年只提升7％～10%，而數(shù)據(jù)傳輸率也只是以每年提升20%的速度發(fā)展。根據(jù)摩爾定律，計算機處理器和內(nèi)存以平均每18個月增加一倍的速度發(fā)展。根據(jù)吉爾德定律，網(wǎng)絡(luò)帶寬以每6個月增加一倍的速度發(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，而計算機系統(tǒng)性能的提升受限于系統(tǒng)中最慢的部件。因而，數(shù)據(jù)的存取速度己經(jīng)成嚴重影響計算機系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)的存儲技術(shù)難以解決這一問題，采取新的存儲技術(shù)，提升數(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(DirectAttachedStorage，DAS)直接附加存儲，是傳統(tǒng)的存儲形式，以效勞器為中心的存儲構(gòu)造，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效勞器上使用，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效勞器實現(xiàn)。假如需要訪問存儲器上的數(shù)據(jù)，必需先給文件效勞器發(fā)送懇求信息。DAS的重要優(yōu)點是十分合適地理上分散分布的效勞器環(huán)境和存儲系統(tǒng)必需直連到應(yīng)用效勞器上的場所。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采取異地備份,所以備份操作復(fù)雜。三是固然DAS依靠雙效勞器實現(xiàn)雙機容錯功能,但若兩臺效勞器同時出故障,則無法進行正常數(shù)據(jù)存儲。２網(wǎng)絡(luò)附加存儲〔NetworkAttachedStorage，NAS〕網(wǎng)絡(luò)附加存儲是提供文件級效勞的存儲設(shè)備，通過標準的網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)造連接到一組計算機上，通過網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)〔NFS〕或者基于IP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)文件協(xié)議等標準的協(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)文件瘦效勞器的存儲設(shè)備。NAS是以存儲設(shè)備為中心，采取可伸縮的網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)造，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，而且將數(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，通過交換機直接連接到網(wǎng)絡(luò)中，基本上不需十分設(shè)置就可支持多個計算機平臺使用。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)用效勞器的系統(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)，大大提升了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和病毒防犯能力。四是擴大方便。NAS設(shè)備自己內(nèi)置了多個I/O接口，使擴大其存儲容量極為方便，同時也允許在網(wǎng)絡(luò)中自在增長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同樣采取普通數(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，因而易產(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，因而對事務(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)〔StorageAreaNetwork，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)的存儲構(gòu)造。當(dāng)前常見的可使用SAN技術(shù)重要有兩種，一種是采取的是光通道〔FC，F(xiàn)iberChannel〕技術(shù)，即FCSAN；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)小型計算機系統(tǒng)接口〔iSCSI〕技術(shù)，即IPSAN。〔１〕FCSANFCSAN通過一個或多個光纖通道交換機以網(wǎng)絡(luò)拓撲形式為主機效勞器和存儲設(shè)備提供互聯(lián)。FCSAN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〔FiberChannel〕，其中的效勞器和存儲系統(tǒng)各自獨立，地位平等，SAN的接口通常不是以太網(wǎng)，而是小型計算機系統(tǒng)接口〔SCSI〕、串行存儲構(gòu)造〔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)備進行連接，使用FC通訊協(xié)議的SAN網(wǎng)絡(luò)我們稱為FCSAN。FCSAN的優(yōu)點：一是允許用戶獨立增長存儲容量，當(dāng)數(shù)據(jù)容量增大時，能夠隨時追加存儲空間，相比傳統(tǒng)的存儲架構(gòu)SAN有更為出色的可擴展性優(yōu)勢。SAN可不停止系統(tǒng)運行進行應(yīng)用效勞器和存儲資源的追加和置換。二是具有更高層次的帶寬。因采取了光纖接口，利用光纖通道技術(shù)，SAN傳輸數(shù)據(jù)效率更高層次，十分是在傳輸大數(shù)據(jù)塊時。三是顯著減少備份和恢復(fù)的時間，能夠靈敏地進行時間表/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)免除人為干涉，同時減少網(wǎng)絡(luò)上的信息流量。四是管理更為方便。SAN采取的集中式管理軟件允許遠程配置、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，在很大水平上提升了系統(tǒng)的可靠性和可用性。FCSAN的不足：一是價格昂貴。不管是ＳＡＮ陣列柜還是光纖通道交換機價格都很昂貴，就連效勞器上使用的光通道卡的價格也是不易被小型企業(yè)所承受；二是由于必需單獨建立光纖網(wǎng)絡(luò)，因而異地擴展比較困難；三是固然光纖通道技術(shù)標準存在，但SAN自己缺乏統(tǒng)一標準，所以多個廠商生產(chǎn)的SAN產(chǎn)品互操作性極差。當(dāng)前，一些SAN廠商試圖通過SNIA等國際組織來制訂統(tǒng)一的SAN產(chǎn)品標準，以便逐步解決互操作問題?！玻病矷PSAN隨著數(shù)據(jù)在遠程存儲需求的擴大，網(wǎng)絡(luò)存儲領(lǐng)域產(chǎn)生了一些新的技術(shù)熱門，互聯(lián)網(wǎng)小型計算機系統(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，進而到達通過網(wǎng)絡(luò)進行I/O操作的目的，我們稱為基于IP協(xié)議的SAN。IPSAN既有同NAS一樣的前端管理部分，又能像SAN一樣提供裸設(shè)備供主機使用。相對于需要單獨建立光纖網(wǎng)絡(luò)的FCSAN，IPSAN的成本要少許多。同時隨著千兆網(wǎng)的普及，萬兆網(wǎng)也逐步的進入主流，使IPSAN的速度相對FCSAN來說并沒有太大的劣勢。IPSAN的優(yōu)點：一是IPSAN融合了FCSAN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，提升了系統(tǒng)的靈敏性。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。IPSAN的不足：一是當(dāng)下能提供完好的IPSAN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需要處理器進行運算，無形中增長了系統(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)運行狀態(tài)的影響。下表進一步總結(jié)了這四種網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的重要區(qū)別。網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)ＤＡＳＮＡＳＦＣＳＡＮＩＰＳＡＮ成本最低較低最高較高數(shù)據(jù)傳輸速度快慢極快較快可擴展性無擴展性較低擴展性易于擴展最易擴展對效勞器訪問方式直接訪問存儲數(shù)據(jù)塊以文件方式訪問直接訪問存儲數(shù)據(jù)塊直接訪問存儲數(shù)據(jù)塊效勞器開銷低較低低較高數(shù)據(jù)安全性高低高低能否集中管理存儲否是是是數(shù)據(jù)備份效率低較低高較高網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議無ＴＣＰ／ＩＰＦＣＴＣＰ／ＩＰ４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。對于小型且效勞較為集中的商業(yè)企業(yè)，可采取簡單的DAS技術(shù)方案。對于中小型商業(yè)企業(yè)，他們效勞器數(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，天然成為存儲的優(yōu)選方案。十分是對于部門效勞器或獨立工作組級的客戶，更能充足享受NAS性能價格比的好處。對于大中型商業(yè)企業(yè)，F(xiàn)CSAN和IPSAN則是較好的選擇。假如希望使用存儲的效勞器相比照較集中，且對系統(tǒng)性能要求極高，可考慮采取FCSAN技術(shù)方案。FCSAN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效勞器相比照較分散，又對性能要求不是很高的，能夠考慮采取IPSAN技術(shù)方案。IPSAN在近年有了較快發(fā)展，許多廠商的IPSAN產(chǎn)品銷路很好，IPSAN的市場份額有了較大的增加，不外總體來說，當(dāng)前仍然還是FCSAN占領(lǐng)上風(fēng)，它廣泛的用于商業(yè)企業(yè)級數(shù)據(jù)存儲、效勞器集群、遠