存储技术介绍与分析

1、 天津市热点科技发展有限公司存储技术介绍与分析天津市热点科技发展有限公司2013年 6月目录1.存储分类22.存储解决方案分类32.1DAS（直接式存储）32.2NAS（网络接入存储）42.3SAN（存储区域网络）53.存储方案比较83.1NAS、SAN与传统存储系统（DAS）的比较83.2NAS与SAN得比较93.3IP SAN与FC SAN得比较111. 存储分类目前磁盘存储市场上的存储主要有以下几种分类。 图一 存储分类l 存储分类根据服务器类型分为：封闭系统的存储和开放系统的存储，封闭系统主要指大型机等服务器，开放系统指基于包括Windows、UNIX、Linux等操作系统的服务器；l

2、 开放系统的存储分为：内置存储和外挂存储；l 外挂存储根据连接的方式分为：直连式存储（Direct-Attached Storage，简称DAS）和网络化存储（Fabric-Attached Storage，简称FAS）；l 网络化存储根据传输协议又分为：网络接入存储（Network-Attached Storage，简称NAS）和存储区域网络（Storage Area Network，简称SAN）；2. 存储解决方案分类绝大部分用户采用的是开放系统，当前市场上主流的存储解决方案主要为：直连式存储（DAS）、网络接入存储（NAS）、存储区域网络（SAN）。2.1DAS（直接式存储）DAS（Di

3、rect Attached Storage，直接附属存储），也可称为SAS（Server-Attached Storage，服务器附加存储）。DAS被定义为直接连接在各种服务器或客户端扩展接口下的数据存储设备，它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。在这种方式中，存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接到服务器的，I/O（输入/输入）请求直接发送到存储设备。DAS适用于以下几种环境：l 服务器在地理分布上很分散，通过SAN（存储区域网络）或NAS（网络直接存储）在它们之间进行互连非常困难； l 存储系统必须被直接连接到应用服务器； l 包括许多数据库应用和应用服务器

4、在内的应用，它们需要直接连接到存储器上。 图二 DSA存储2.2NAS（网络接入存储）NAS（Network Attached Storage，网络接入存储或称为网络直联存储设备、网络磁盘阵列），是一种专业的网络文件存储及文件备份设备，它是基于LAN（局域网）的，按照TCP/IP协议进行通信，以文件的I/O（输入/输出）方式进行数据传输。一个NAS里面包括核心处理器，文件服务管理工具，一个或者多个的硬盘驱动器用于数据的存储。 NAS 可以应用在任何的网络环境当中。主服务器和客户端可以非常方便地在NAS上存取任意格式的文件，包括SMB格式（Windows）NFS格式（Unix，Linux）和CI

5、FS格式等等。NAS系统可以根据服务器或者客户端计算机发出的指令完成对内在文件的管理。由于NAS具有不受地域限制、高扩展性、低功耗、高度自动化、高可用性群集、数据备份安全精确等特点，因此NAS企业内部更适合用于重要部门如财务、人事、客户等部门的数据存储备份的场合。2.3SAN（存储区域网络）SAN（Storage AreaNet work，存储区域网络）。它是一种通过光纤集线器、光纤路由器、光纤交换机等连接设备将磁盘阵列、磁带等存储设备与相关服务器连接起来的高速专用子网。SAN主要包含FC SAN和IP SAN两种，FC SAN的网络介质为光纤通道（Fibre Channel），而IP SAN

6、使用标准的以太网。SAN由三个基本的组件构成：接口（如SCSI、HBA卡，光纤通道、等）、连接设备（交换设备、路由器）和通信控制协议（如IP和SCSI等）。这三个组件再加上附加的存储设备和独立的SAN服务器，就构成一个SAN系统。SAN提供一个专用的、高可靠性的基于光通道的存储网络，SAN允许独立地增加它们的存储容量，也使得管理及集中控制（特别是对于全部存储设备都集群在一起的时候）更加简化。而且，光纤接口提供了10 km的连接长度，这使得物理上分离的远距离存储变得更容易。目前主要使用于以太网和光纤通道两类环境中。l FC SANFC SAN的网络介质为光纤通道（Fibre Channel），F

7、C开发于1988年，最早是用来提高硬盘协议的传输带宽，侧重于数据的快速、高效、可靠传输。到上世纪90年代末，FC SAN开始得到大规模的广泛应用。FC光纤通道拥有自己的协议层，它们是：FC-0：连接物理介质的界面、电缆等；定义编码和解码的标准。FC-1：传输协议层或数据链接层，编码或解码信号。FC-2：网络层，光纤通道的核心, 定义了帧、流控制、和服务质量等。FC-3：定义了常用服务，如数据加密和压缩。FC-4：协议映射层，定义了光纤通道和上层应用之间的接口，上层应用比如：串行SCSI 协 议，HBA 的驱动提供了FC-4 的接口函数。FC-4 支持多协议，如：FCP-SCSI，FC-IP，F

8、C-VI。光纤通道的主要部分实际上是FC-2。其中从FC-0到FC-2被称为FC-PH，也就是“物理层”。光纤通道主要通过FC-2来进行传输，因此，光纤通道也常被成为“二层协议”或者“类以太网协议”。图三 FC SAN连接方式l IP SAN IP SAN存储技术，顾名思义是在传统IP以太网上架构一个SAN存储网络把服务器与存储设备连接起来的存储技术。IP SAN其实在FC SAN的基础上再进一步，它把SCSI协议完全封装在IP协议之中。简单来说，IP SAN就是把FC SAN中光纤通道解决的问题通过更为成熟的以太网实现了，从逻辑上讲，它是彻底的SAN架构，即为服务器提供块级服务。iSCSI

9、是基于IP 协议的，它能容纳所有IP 协议网络中的部件。通过iSCSI ，用户可以穿越标准的以太网线缆，在任何需要的地方创建实际的SAN 网络，而不需要专门的光纤通道网络在服务器和存储设备之间传送数据。iSCSI 可以实现异地间的数据交换，使远程镜像和备份成为可能。因为没有光纤通道对传输距离的限制，IP SAN 使用标准的TCP/IP 协议，数据即可在以太网上进行传输。随着万兆以太网技术的改进、价格的下降和性能的优势已经使IP SAN的应用越出了企业的数据中心并延伸到中型的网络市场。图四 IP SAN连接方式3. 存储方案比较3.1NAS、SAN与传统存储系统（DAS）的比较l 独立性。存储系

10、统的独立性反映了服务器与存储系统间的依赖程度。独立性越强，服务器与存储系统之间的相关性就越小。实际上，独立性强的存储系统可以自成体系，不必考虑与服务器物理连接的细节。 l 带宽与瓶颈。在传统存储系统中，应用程序必须通过服务器访问存储设备。考虑到所有的访问都必须穿透服务器，容易形成瓶颈，因此要求服务器有很大的吞吐速率。LAN的速率和服务质量(QoS)取决于网络类型。 l 共享性。在传统存储服务器体系中，存储设备并非直接面向网络用户或应用程序，而是以服务器作为访问的人口。作为存储设备，无论是硬盘、还是阵列，都是间接地提供数据共享服务，真正意义上的物理连接只有服务器的连接。NAS具有数据存储独立性，

11、可以通过 LAN上运行的NFS、CIFS协议实现数据共享。 SAN直接支持服务器与存储系统之间的多对多连接，具有共享特性。l 可扩展性。DAS体系只能通过增加服务器和磁盘存储量来扩展容量，单一扩展容量几乎不可行；业务增长造成的访问流量增加会使服务器成为瓶颈，而扩展服务器价格过高且管理难度加大。NAS可以通过扩展I0节点而增加容量，其带宽可以通过新增的网络接口而得以提高。SAN具有可扩展性，可增加存储设备而实现系统扩充。 l 可管理性。传统的DAS造成企业中有大量的服务器和存储系统，其异构型和分布性使管理工作难以展开。NAS、SAN均采用中心化数据管理，便于控制网络上的每一个存储点。 l 存储介

12、质的多样性。虽然DAS可以采用多种存储介质，但是它与服务器之间紧密的物理连接，在使用上受到较多限制。基于SAN的存储系统内，存储设备和文件服务器被有效地分离，使得整个系统可以采用多种存储介质；并且利用不同存储介质和设备的特点，通过统一的中心数据管理，建立多层次的异构存储体系。3.2NAS与SAN得比较NAS和SAN有许多共同的特点。它们都提供集中化的数据存储和整合优化，都能有效的存取文件，都允许在众多的主机间共享并支持多种操作系统，都允许从应用服务器上分离存储。而且，它们都提供数据的高可用性，都能通过冗余部件和RAID保证数据的完整性。这两种技术都能满足消除存储器到服务器的直接联系的需求，有利

13、于更灵活的存储访问，另外，SAN和NAS都是基于开放的行业标准网络协议用于SAN的光纤通道协议和用于NAS的TCP/IP网络协议。SAN支持的应用软件范围宽广，其中包括提供对NAS软件的存储，而NAS一般被限制在文件层访问数据的软件。存储区域网络（SAN）和网络附加存储（NAS）是相互竞争的两种网络存储技术，实际上，它们可以很好地相辅相成，用于存取不同类型的数据。NAS设计用来在文件这个层次上存取数据，而SAN最适合用于高容量数据块的传输。 SAN的关键特性lSAN作为网络基础设施，是为了提供灵活、高性能和高扩展性的存储环境而设计的。SAN通过在服务器和存储设备（例如磁盘存储系统和磁带库）之间

14、实现连接来达到这一目的。 l高性能的光纤通道交换机和光纤通道网络协议可以确保设备连接既可靠且有效。这些连接以本地光纤或SCSI（通过SCSI-to-Fibre Channel转换器或网关）为基础。一个或多个光纤通道交换机以网络拓扑（SAN架构）形式为主机服务器和存储设备提供互联。 l由于SAN是为在服务器和存储设备之间传输大块数据而进行优化的。 l集中的存储备份，其中性能、数据一致性和可靠性可以确保企业关键数据的安全。 l高可用性和故障切换环境可以确保更低的成本、更高的应用水平。 l可扩展的存储虚拟化，可使存储与直接主机连接相分离，并确保动态存储分区。 l改进的灾难容错特性，在主机服务器及其连

15、接设备之间提供光纤通道高性能和扩展的距离（达到150公里）。 今天，SAN已经渐渐与NAS环境相结合，以提供用于NAS设备的高性能海量存储。事实上，许多SAN目前都用于NAS设备的后台，满足存储扩展性和备份的需要。3.3IP SAN与FC SAN得比较开放的、标准化的光纤通道技术使得FC SAN非常灵活。FC SAN克服了传统上与SCSI相连的线缆限制，极大地拓展了服务器和存储之间的距离，从而增加了更多连接的可能性。改进的扩展性还简化了服务器的部署和升级，保护了原有硬件设备的投资。但是，FC SAN也存在很多不足之处。FC SAN的传输距离通常不超过10公里。因此，FC SAN还不能有效地整合

16、更多的主机与存储的需求。虽然光纤通道（Fibre Channel）技术有统一的标准，但各家厂商却有不同的解释。时至今日，互操作性仍是FC SAN实施过程中存在的主要问题。SAN本身缺乏标准，在管理上更是如此。随着IT技术逐渐发展，所有IT产品的价格也在下降，但是基于FC SAN的存储设备价格仍居高不下。一个企业如果考虑使用FC SAN，就不得不购买HBA、光纤交换机、光纤磁盘阵列、管理软件这并不是中小企业能够承受得起的。 iSCSI（Internet SCSI，互联网小型计算机系统接口）是一种在Internet协议网络上，特别是以太网上进行数据块传输的标准。它是由多家存储厂商发起的，并且得到了

17、IP存储技术拥护者的大力支持。iSCSI是一个供硬件设备使用的，可以在IP协议上运行的SCSI指令集。简单地说，iSCSI是可以在IP网络上运行的SCSI协议。 我们来看看用Fibre Channel搭建的FC SAN与利用iSCSI搭建的IP SAN的区别。在IP SAN中，千兆或万兆以太网交换机代替了价格昂贵且只有FC SAN专用的光纤交换机,客户端的Initiator或iSCSI卡代替了价格较高的主机HBA卡,具有iSCSI接口的高性价比的存储设备代替了光纤磁盘阵列。 当然，两者的区别还不仅如此。IP SAN的扩展性更加出色，我们可以在IP SAN中使用SCSI、FC、SATA、SAS等

18、多种磁盘阵列来扩展IP SAN的容量。比较大数据块传输的性能，基于网兆以太网的IP技术与基于8Gb/s光纤的FC SAN不相上下。 在安全性方面，iSCSI规范包含了Initiator和目标验证(使用CHAP、SRP、Kerberos和SPKM)，以防止未经授权的访问，同时只允许可信赖的节点访问。作为补充，IPSec可以提供安全保证，防止侦听。光纤通道是工作在第二层的协议，原本并没有建立相应的安全机制以及安全通用协议，只不过是基于逻辑上的数据通道绑定。 由于IP技术的普及和发展，利用iSCSI技术搭建的IP SAN可以随着网络延伸至全球任意一个角落，从根本上解决了信息孤岛的问题。我们甚至可以通过IP SAN来连接各个FC SAN的孤岛。利用标准化的数据传输通道、标准的接口以及虚拟存储管理技术，IP SAN存储网络几乎可与所有种类的磁盘阵列兼容。产品互操作性的问题迎刃而解。 FC SAN和IP SAN的对比项目FC SANIP SAN存储系统内部结构赃FC-AL环路架构，性能与容量的扩展有局限性，当一个系统中的硬盘增加时，性能相应降低。全交换结构，性能与容量的扩展性强。容量扩展扩展有限，中端产品一般个数为30个硬盘左右。动态扩展硬盘介质FC/SATA/SCSI/SAS硬盘SATA/SAS硬盘传输协议FCiSCSISAN交换机专有FC存储交换机，普通千兆或万兆以太网