網絡存儲技術比較研究論文
摘 要：隨著信息技術的飛速發展，網絡存儲已成為信息社會不可或缺的關鍵技術之一，本文深入分析網絡存儲技術的現狀及存在的問題，重點討論當前網絡存儲的兩大主流技術NAS和SAN的主要的特點，相對于傳統網絡存儲技術他們的優缺點，最后，提出一些較高可行性的存儲解決方案。
關鍵詞：網絡存儲；NAS；FC SAN；IP SAN
回顧計算機技術的發展歷程，不難發現計算機核心技術主要有三次大的遷移，計算機發明初期由于主要用于科學計算，因此中央處理器CPU的計算能力是研究的核心技術；隨后計算機網絡大面積應用，使計算機通信成為耗費時間最多的事件，因此如何提高網絡帶寬的技術成為熱點；現今，計算機的主要應用模式己轉化為數據的存儲和訪問，存儲技術業已成為計算機核心熱點技術。
受機械部件自身性能的限制，磁盤存儲設備數據訪問時間平均每年只提高7％～10%，而數據傳輸率也只是以每年提高20%的速度發展。根據摩爾定律，計算機中央處理器和內存以平均每18個月增長一倍的速度發展。根據吉爾德定律，網絡帶寬以每6個月增長一倍的速度發展。很顯然處理器、網絡帶寬和磁盤IO之間的性能差距越來越大，而計算機系統性能的提高受限于系統中最慢的部件。因此，數據的存取速度己經成嚴重影響計算機系統的性能。傳統的存儲技術難以解決這一問題，采用新的存儲技術，提高數據存儲的I/O性能的需求越來越迫切。
１ 直接附加存儲(Direct Attached Storage，DAS )
直接附加存儲，是傳統的存儲模式，以服務器為中心的存儲結構，將存儲設備通過傳統的I/O總線、SCSI接口或光纖通道直接接駁到服務器上使用，數據的讀寫、存儲直接發送到存儲設備端。DAS不帶操作系統，所有的輸入輸出操作都要通過服務器實現。如果需要訪問存儲器上的數據，必須先給文件服務器發送請求信息。
DAS的主要優點是特別適合地理上分散分布的服務器環境和存儲系統必須直連到應用服務器上的場合。
DAS的不足一是安裝、調試比較煩瑣 , 也沒有獨立的存儲操作系統，易造成網絡癱瘓。二是因DAS采用異地備份 , 所以備份操作復雜。三是雖然DAS依靠雙服務器實現雙機容錯功能 ,但若兩臺服務器同時出故障 , 則無法進行正常數據存儲。
２ 網絡附加存儲（Network Attached Storage，NAS）
網絡附加存儲是提供文件級服務的存儲設備，通過標準的網絡拓撲結構連接到一組計算機上，通過網絡文件系統（NFS）或者基于I P網絡的網絡文件協議等標準的協議提供文件級的數據訪問。NAS實際是一種帶有網絡文件瘦服務器的存儲設備。
NAS是以存儲設備為中心，采用可伸縮的網絡拓撲結構，通過具有高傳輸速率的光通道的直接連接方式，提供SAN內部任意節點之間的多路可選擇的數據交換，并且將數據存儲管理集中在相對獨立的存儲區域網內。
NAS 的優點：一是易于安裝的即插即用性。NAS內置了網卡，通過交換機直接連接到網絡中，基本上不需特別設置就可支持多個計算機平臺使用。二是極易部署性。NAS 設備可放置于任何地方，只通過網絡連接，用戶可直接在網絡上存取數據。這既減輕了應用服務器的系統開銷，又顯著改善了網絡性能。三是安全性高。NAS通常將操作系統駐留在主板芯片內，大大提高了整個系統的穩定性和病毒防犯能力。四是擴充方便。NAS 設備本身內置了多個 I/O 接口，使擴充其存儲容量極為方便，同時也允許在網絡中自由增加 NAS 設備。NAS 為當今異構平臺使用統一存儲系統提供了解決方案。
NAS 的不足：一是NAS同樣采用普通數據網絡傳輸備份和恢復，備份時網絡帶寬的消耗較大，當網絡上有其他大數據流量時會嚴重影響系統性能。二是由于存儲數據通過普通數據網絡傳輸， 因此易產生數據泄漏安全問題。三是NAS存儲只能以文件方式訪問，而不能直接訪問物理數據塊，因此對事務處理和數據庫等應用無能為力。
３ 存儲區域網絡（Storage Area Network，SAN）
網絡存儲的主角SAN是一種以數據存儲為中心，面向網絡的存儲結構。目前常見的可使用SAN技術主要有兩種，一種是采用的是光通道（FC，Fiber Channel）技術，即FC SAN；另外一種技術是利用基于高速以太網協議（TCP/IP協議）的互聯網小型計算機系統接口（iSCSI）技術，即IP SAN。
（１）FC SAN
FC SAN通過一個或多個光纖通道交換機以網絡拓撲形式為主機服務器和存儲設備提供互聯。FC SAN 實際是一種專門為存儲建立的獨立于TCP/IP 網絡之外的專用網絡。它的核心是 FC（Fiber Channel） ，其中的服務器和存儲系統各自獨立，地位平等 ，SAN 的接口通常不是以太網，而是小型計算機系統接口（SCSI）、串行存儲結構（SSA）、企業系統連接 (ESCON)、高性能并行接口（HIPPI）或是光纖通道。通過光纖設備進行連接，使用FC通訊協議的SAN網絡我們稱為FC SAN。
FC SAN的優點：一是允許用戶獨立增加存儲容量，當數據容量增大時，可以隨時追加存儲空間，相比傳統的存儲架構SAN有更為出色的可擴展性優勢。SAN可不停止系統運行進行應用服務器和存儲資源的追加和置換。二是具有更高的帶寬。因采用了光纖接口，利用光纖通道技術，SAN傳輸數據效率更高，特別是在傳輸大數據塊時。三是顯著減少備份和恢復的時間，可以靈活地進行時間表/權限管理以及備份/災難恢復控制，容易通過計劃任務使備份數據免除人為干預，同時減少網絡上的.信息流量。四是管理更為方便。SAN采用的集中式管理軟件允許遠程配置、監管和無人值守運行。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，在很大程度上提高了系統的可靠性和可用性。
FC SAN 的不足：一是價格昂貴。不論是 ＳＡＮ 陣列柜還是光纖通道交換機價格都很昂貴，就連服務器上使用的光通道卡的價格也是不易被小型企業所接受；二是由于必須單獨建立光纖網絡，因此異地擴展比較困難；三是雖然光纖通道技術標準存在，但SAN本身缺乏統一標準，所以多個廠商生產的SAN產品互操作性極差。目前，一些 SAN 廠商試圖通過SNIA 等國際組織來制定統一的SAN產品標準，以便逐步解決互操作問題。
（２）IP SAN
隨著數據在遠程存儲需求的擴大，網絡存儲領域產生了一些新的技術熱點，互聯網小型計算機系統接口（iSCSI）技術就是其中之一，iSCSI協議利用普通的 TCP/IP網來傳輸本該用SAN來傳輸的SCSI數據塊，從而達到通過網絡進行I/O操作的目的，我們稱為基于IP協議的SAN。
IP SAN既有同NAS一樣的前端管理部分，又能像SAN一樣提供裸設備供主機使用。相對于需要單獨建立光纖網絡的FC SAN，IP SAN的成本要少很多。同時隨著千兆網的普及，萬兆網也逐漸的進入主流，使 IP SAN 的速度相對 FC SAN 來說并沒有太大的劣勢。
IP SAN的優點：一是IP SAN融合了FC SAN和NAS的優勢，使網絡存儲更為高效、同時又大大的降低了成本，提高了系統的靈活性。二是iSCSI協議整合了現有的主流存儲協議SCSI和主流網絡協議TCP/IP，實現了存儲和網絡的無縫融合。
IP SAN的不足：一是當前能提供完整的IP SAN解決方案的廠商較少，同時對管理者技術要求也高；二是通過普通網卡存取iSCSI數據時，解碼成SCSI需要中央處理器進行運算，無形中增加了系統的性能開銷；三是由于使用數據網絡存取，存取速度要受網絡運行狀況的影響。
４ 結束語
通過以上比較研究， 四種網絡存儲技術各有優劣。對于小型且服務較為集中的商業企業，可采用簡單的 DAS 技術方案 。對于中小型商業企業，他們服務器數量比較少，有一定的數據集中管理需求，但沒有大型數據庫需求，NAS具有安裝管理方便、價格平民化等優點，自然成為存儲的優選方案。特別是對于部門服務器或獨立工作組級的客戶，更能充分享受NAS性能價格比的好處。
對于大中型商業企業，FC SAN和IP SAN則是較好的選擇。如果希望使用存儲的服務器相對比較集中， 且對系統性能要求極高，可考慮采用FC SAN技術方案。FC SAN一直以來是構建存儲網絡的首選，以性能穩定可靠，技術成熟著稱，在關鍵應用領域的高可靠性毋庸置疑。對于希望使用存儲的服務器相對比較分散，又對性能要求不是很高的，可以考慮采用IP SAN技術方案。IP SAN在近年有了較快發展，很多廠商的IP SAN產品銷路很好，IP SAN的市場份額有了較大的增長，不過總體來說，目前仍然還是FC SAN占據上風，它廣泛的用于商業企業級數據存儲、服務器集群、遠程災難恢復、Internet數據服務等多個領域。
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