網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)比較研究

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)比較研究摘要：隨著的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)已成為信息社會(huì)不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文深切進(jìn)入分析網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的現(xiàn)在狀況及存在的問題，重點(diǎn)討論當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的兩大主流技術(shù)NAS和SAN的重要的特點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)他們的優(yōu)缺點(diǎn)，最后，提出一些較高可行性的存儲(chǔ)解決方案。本文關(guān)鍵詞語：網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)；NAS；FCSAN；IPSAN回首計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程，不難發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)核心技術(shù)重要有三次大的遷移，計(jì)算機(jī)發(fā)明初期由于重要用于科學(xué)計(jì)算，因而處理器CPU的計(jì)算能力是研究的核心技術(shù)；隨后計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)大面積應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)通信成為消耗損費(fèi)時(shí)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(jì)算機(jī)的重要應(yīng)用形式己轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問，存儲(chǔ)技術(shù)業(yè)已成為計(jì)算機(jī)核心熱門技術(shù)。受機(jī)械部件本身性能的限制，磁盤存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)據(jù)訪問時(shí)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(jì)算機(jī)處理器和內(nèi)存以平均每18個(gè)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(gè)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(jì)算機(jī)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(yán)重影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)技術(shù)難以解決這一問題，采取新的存儲(chǔ)技術(shù)，提升數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的I/O性能的需求越來越迫切。１直接附加存儲(chǔ)(DirectAttachedStorage，DAS)直接附加存儲(chǔ)，是傳統(tǒng)的存儲(chǔ)形式，以效勞器為中心的存儲(chǔ)構(gòu)造，將存儲(chǔ)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(chǔ)直接發(fā)送到存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)。假如需要訪問存儲(chǔ)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(diǎn)是十分合適地理上分散分布的效勞器環(huán)境和存儲(chǔ)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(dú)立的存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)雙機(jī)容錯(cuò)功能,但若兩臺(tái)效勞器同時(shí)出故障,則無法進(jìn)行正常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。２網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)〔NetworkAttachedStorage，NAS〕網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)是提供文件級(jí)效勞的存儲(chǔ)設(shè)備，通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造連接到一組計(jì)算機(jī)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(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議提供文件級(jí)的數(shù)據(jù)訪問。NAS實(shí)際是一種帶有網(wǎng)絡(luò)文件瘦效勞器的存儲(chǔ)設(shè)備。NAS是以存儲(chǔ)設(shè)備為中心，采取可伸縮的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?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(diǎn)之間的多路可選擇的數(shù)據(jù)交換，而且將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理集中在相對(duì)獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)內(nèi)。NAS的優(yōu)點(diǎn)：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，基本上不需十分設(shè)置就可支持多個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)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(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和病毒防犯能力。四是擴(kuò)大方便。NAS設(shè)備自己內(nèi)置了多個(gè)I/O接口，使擴(kuò)大其存儲(chǔ)容量極為方便，同時(shí)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(tái)使用統(tǒng)一存儲(chǔ)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(shí)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(shí)會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。二是由于存儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)事務(wù)處理和數(shù)據(jù)庫等應(yīng)用無能為力。３存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)〔StorageAreaNetwork，SAN〕網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的主角SAN是一種以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為中心，面向網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口〔iSCSI〕技術(shù)，即IPSAN?！玻薄矲CSANFCSAN通過一個(gè)或多個(gè)光纖通道交換機(jī)以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问綖橹鳈C(jī)效勞器和存儲(chǔ)設(shè)備提供互聯(lián)。FCSAN實(shí)際是一種專門為存儲(chǔ)建立的獨(dú)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(chǔ)系統(tǒng)各自獨(dú)立，地位平等，SAN的接口通常不是以太網(wǎng)，而是小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口〔SCSI〕、串行存儲(chǔ)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(jìn)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(diǎn)：一是允許用戶獨(dú)立增長存儲(chǔ)容量，當(dāng)數(shù)據(jù)容量增大時(shí)，能夠隨時(shí)追加存儲(chǔ)空間，相比傳統(tǒng)的存儲(chǔ)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(yùn)行進(jìn)行應(yīng)用效勞器和存儲(chǔ)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(shí)。三是顯著減少備份和恢復(fù)的時(shí)間，能夠靈敏地進(jìn)行時(shí)間表/權(quán)限管理以及備份/災(zāi)難恢復(fù)控制，容易通過計(jì)劃任務(wù)使備份數(shù)據(jù)免除人為干涉，同時(shí)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(yuǎn)程配置、監(jiān)管和無人值守運(yùn)行。五是SAN使用RAID硬件或軟件確保存儲(chǔ)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(jià)格昂貴。不管是ＳＡＮ陣列柜還是光纖通道交換機(jī)價(jià)格都很昂貴，就連效勞器上使用的光通道卡的價(jià)格也是不易被小型企業(yè)所承受；二是由于必需單獨(dú)建立光纖網(wǎng)絡(luò)，因而異地?cái)U(kuò)展比較困難；三是固然光纖通道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在，但SAN自己缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以多個(gè)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(biāo)準(zhǔn)，以便逐步解決互操作問題?！玻病矷PSAN隨著數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程存儲(chǔ)需求的擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)領(lǐng)域產(chǎn)生了一些新的技術(shù)熱門，互聯(lián)網(wǎng)小型計(jì)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，進(jìn)而到達(dá)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。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(jī)使用。相對(duì)于需要單獨(dú)建立光纖網(wǎng)絡(luò)的FCSAN，IPSAN的成本要少許多。同時(shí)隨著千兆網(wǎng)的普及，萬兆網(wǎng)也逐步的進(jìn)入主流，使IPSAN的速度相對(duì)FCSAN來說并沒有太大的劣勢。IPSAN的優(yōu)點(diǎn)：一是IPSAN融合了FCSAN和NAS的優(yōu)勢，使網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)更為高效、同時(shí)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(chǔ)協(xié)議SCSI和主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)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(shí)對(duì)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(shí)，解碼成SCSI需要處理器進(jìn)行運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)的影響。下表進(jìn)一步總結(jié)了這四種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的重要區(qū)別。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)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(kuò)展性無擴(kuò)展性較低擴(kuò)展性易于擴(kuò)展最易擴(kuò)展對(duì)效勞器訪問方式直接訪問存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊以文件方式訪問直接訪問存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊直接訪問存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)技術(shù)各有優(yōu)劣。對(duì)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(duì)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(jià)格平民化等優(yōu)點(diǎn)，天然成為存儲(chǔ)的優(yōu)選方案。十分是對(duì)于部門效勞器或獨(dú)立工作組級(jí)的客戶，更能充足享受NAS性能價(jià)格比的好處。對(duì)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(chǔ)的效勞器相比照較集中，且對(duì)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(chǔ)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(duì)于希望使用存儲(chǔ)的效勞器相比照較分散，又對(duì)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(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、效勞器集群、遠(yuǎn)