说说IO（八）- 三分天下

DAS、SAN和NAS

 

 

 

为了满足人们不断扩大的需求，存储方案也是在发展的。而DAS、SAN、NAS直接反映这种反映了这种趋势。

 

 

• 单台主机。在这种情况下，存储作为主机的一个或多个磁盘存在，这样局限性也是很明显的。由于受限于主机空间，一个主机只能装一块到几块硬盘，而硬盘空间时受限的，当磁盘满了以后，你不得不为主机更换更大空间的硬盘。
• 独立存储空间。为了解决空间的问题，于是考虑把磁盘独立出来，于是有了DAS（Direct Attached Storage），即：直连存储。DAS就是一组磁盘的集合体，数据读取和写入等也都是由主机来控制。但是，随之而来，DAS又面临了一个他无法解决的问题——存储空间的共享。接某个主机的JBOD（Just a Bunch Of Disks，磁盘组），只能这个主机使用，其他主机无法用。因此，如果DAS解决空间了，那么他无法解决的就是如果让空间能够在多个机器共享。因为DAS可以理解为与磁盘交互，DAS处理问题的层面相对更低。使用协议都是跟磁盘交互的协议
• 独立的存储网络。为了解决共享的问题，借鉴以太网的思想，于是有了SAN（Storage Area Network），即：存储网络。对于SAN网络，你能看到两个非常特点，一个就是光纤网络，另一个是光纤交换机。SAN网络由于不会之间跟磁盘交互，他考虑的更多是数据存取的问题，因此使用的协议相对DAS层面更高一些。
  • 光纤网络：对于存储来说，与以太网很大的一个不同就是他对带宽的要求非常高，因此SAN网络下，光纤成为了其连接的基础。而其上的光纤协议相比以太网协议而言，也被设计的更为简洁，性能也更高。
  • 光纤交换机：这个类似以太网，如果想要做到真正的“网络”，交换机是基础。
• 网络文件系统。存储空间可以共享，那文件也是可以共享的。NAS（Network attached storage）相对上面两个，看待问题的层面更高，NAS是在文件系统级别看待问题。因此他面的不再是存储空间，而是单个的文件。因此，当NAS和SAN、DAS放在一起时，很容易引起混淆。NAS从文件的层面考虑共享，因此NAS相关协议都是文件控制协议。
  • NAS解决的是文件共享的问题；SAN（DAS）解决的是存储空间的问题。
  • NAS要处理的对象是文件；SAN（DAS）要处理的是磁盘。
  • 为NAS服务的主机必须是一个完整的主机（有OS、有文件系统，而存储则不一定有，因为可以他后面又接了一个SAN网络），他考虑的是如何在各个主机直接高效的共享文件；为SAN提供服务的是存储设备（可以是个完整的主机，也可以是部分），它考虑的是数据怎么分布到不同磁盘。
  • NAS使用的协议是控制文件的（即：对文件的读写等）；SAN使用的协议是控制存储空间的（即：把多长的一串二进制写到某个地址）

 

 

如图，对NAS、SAN、DAS的组成协议进行了划分，从这里也能很清晰的看出他们之间的差别。

NAS：涉及SMB协议、NFS协议，都是网络文件系统的协议。

SAN：有FC、iSCSI、AOE，都是网络数据传输协议。

DAS：有PATA、SATA、SAS等，主要是磁盘数据传输协议。

 

    从DAS到SAN，在到NAS，在不同层面对存储方案进行的补充，也可以看到一种从低级到高级的发展趋势。而现在我们常看到一些分布式文件系统（如hadoop等）、数据库的sharding等，从存储的角度来说，则是在OS层面（应用）对数据进行存储。从这也能看到一种技术发展的趋势。

 

跑在以太网上的SAN

SAN网络并不是只能使用光纤和光纤协议，当初之所以使用FC，传输效率是一个很大的问题，但是以太网发展到今天被不断的完善、加强，带宽的问题也被不断的解决。因此，以太网上的SAN或许会成为一个趋势。

 

• FCIP

如图两个FC的SAN网络，通过FCIP实现了两个SAN网络数据在IP网络上的传输。这个时候SAN网络还是以FC协议为基础，还是使用光纤。

 

 

 

 

• iFCP

 

通过iFCP方式，SAN网络由FC的SAN网络演变为IP SAN网络，整个SAN网络都基于了IP方式。但是主机和存储直接使用的还是FC协议。只是在接入SAN网络的时候通过iFCP进行了转换

 

 

 

 

• iSCSI

 

iSCSI是比较主流的IP SAN的提供方式，而且其效率也得到了认可。

 

 

       对于iSCSI，最重要的一点就是SCSI协议。SCSI（Small Computer Systems Interface）协议是计算机内部的一个通用协议。是一组标准集，它定义了与大量设备（主要是与存储相关的设备）通信所需的接口和协议。如图，SCSI为block device drivers之下。

 

 

从SCIS的分层来看，共分三层：

高层：提供了与OS各种设备之间的接口，实现把OS如：Linux的VFS请求转换为SCSI请求

中间层：实现高层和底层之间的转换，类似一个协议网关。

底层：完成于具体物理设备之间的交互，实现真正的数据处理。