DAS,NAS,SAN存储架构详解

   1、 DAS,NAS,SAN是什么？                                                                           

                                              DAS

        DAS是Direct Attached Storage的缩写，即“直接连接存储”，是指将外置存储设备通过连接电缆，直接连接到一台计算机上。采用直接外挂存储方案的服务器结构如同PC机架构，外部数据存储设备采用SCSI技术，或者FC(Fibre Channel)技术，直接挂接在内部总线上的方式，数据存储是整个服务器结构的一部分，在这种情况下往往是数据和操作系统都未分离。DAS这种直连方式，能够解决单台服务器的存储空间扩展、高性能传输需求，并且单台外置存储系统的容量，已经从不到1TB，发展到了2TB，随着大容量硬盘的推出，单台外置存储系统容量还会上升。此外，DAS还可以构成基于磁盘阵列的双机高可用系统，满足数据存储对高可用的要求。从趋势上看，DAS仍然会作为一种存储模式，继续得到应用。

    DAS 存储方案

DAS 存储方案（点击看大图）

    开放系统的直连式存储（DAS）已经有近四十年的使用历史，随着用户数据的不断增长，尤其是数百GB以上时，其在备份、恢复、扩展、灾备等方面的问题变得日益困扰系统管理员。
直连式存储依赖服务器主机操作系统进行数据的IO读写和存储维护管理，数据备份和恢复要求占用服务器主机资源（包括CPU、系统IO等），数据流需要回流主机再到服务器连接着的磁带机（库），数据备份通常占用服务器主机资源20-30%，因此许多企业用户的日常数据备份常常在深夜或业务系统不繁忙时进行，以免影响正常业务系统的运行。直连式存储的数据量越大，备份和恢复的时间就越长，对服务器硬件的依赖性和影响就越大。

    

                                                                                            NAS

       NAS是英文Network Attached Storage的缩写，通常翻译为网络附加存储。    NAS设备近两年开始流行，可靠稳定的性能、特别优化的文件管理系统和低廉的价格使NAS市场得到了一定的增长。NAS作为一个网络附加存储设备，采用了信息技术中的流行技术-嵌入式技术。嵌入式技术的采用，使得NAS具有无人值守、高度职能、性能稳定、功能专一的特点。NAS设备内置优化的独立存储操作系统，可以有效、紧密地释放系统总线资源，全力支持I/O存储，同时NAS设备一般集成本地的备份软件，可以不经过服务器将NAS设备中的重要数据进行本地备份，而且NAS设备提供硬盘RAID、冗余的电源和风扇以及冗余的控制器，可以满足保证NAS的稳定应用。

    NAS存储方案

    NAS设备主要用来实现在不同操作系统平台下的文件共享应用，与传统的服务器或DAS存储设备相比，NAS设备的安装、调试、使用和管理非常简单，采用NAS可以节省一定的设备管理与维护费用。NAS设备提供 RJ- 45 接口和单独的IP地址，可以将其直接挂接在主干网的交换机或其它局域网的Hub上，通过简单的设置(如设置机器的IP地址等)就可以在网络即插即用地使用NAS设备，而且进行网络数据在线扩容时也无需停顿，从而保证数据流畅存储。

NAS存储方案（点击看大图）

        从趋势上看， TOE(TCP/IP Offload Engine)技术已经逐步成熟，Intel 、 Adaptec公司都已经有了成熟的产品，并将逐步应用在网络适配器上。同时，iSCSI 技术的产品方案也逐步成熟，这两种技术将大大推进NAS的应用。

      NAS的关键特性

        NAS解决方案通常配置为作为文件服务的设备，由工作站或服务器通过网络协议（如TCP/IP）和应用程序（如网络文件系统NFS或者通用 Internet文件系统CIFS）来进行文件访问。大多数NAS连接在工作站客户机和NAS文件共享设备之间进行。这些连接依赖于企业的网络基础设施来正常运行。

        为了提高系统性能和不间断的用户访问，NAS采用了专业化的操作系统用于网络文件的访问，这些操作系统既支持标准的文件访问，也支持相应的网络协议。

        NAS使文件访问操作更为快捷，并且易于向基础设施增加文件存储容量。因为NAS关注的是文件服务而不是实际文件系统的执行情况，所以NAS设备经常是自包含的，而且相当易于部署。

        NAS设备与客户机之间主要是进行数据传输。今天在LAN/WAN上传输的大量数据被分成许多小的数据块。传输的处理过程需要占用处理器资源来中断和重新访问数据流。如果数据包的处理占用太多的处理器资源，则在同一服务器上运行的应用程序会受到影响。由于网络拥堵影响NAS的性能，所以，其性能局限性之一是网络传输数据的能力。

        NAS存储的可扩展性也受到设备大小的限制。增加另一台设备非常容易，但是要像访问一台机器上的数据那样访问网络环境中的内容并不容易，因为NAS设备通常具有独特的网络标识符。由于上述这些限制，NAS环境中的数据备份不是集中化的，因此仅限于使用直接连接设备（如专用磁带机或磁带库）或者基于网络的策略，在该策略中，设备上的数据通过企业或专用LAN进行备份。

       NAS的技术特点

        NAS为那些访问和共享大量文件系统数据的企业环境提供了一个高效、性能价格比优异的解决方案。数据的整合减少了管理需求和开销，而集中化的网络文件服务器和存储环境—包括硬件和软件—确保了可靠的数据访问和数据的高可用性。可以说，NAS提供了一个强有力的综合机制。

        NAS技术能够满足特定的用户需求。例如当某些企业需要应付快速数据增长的问题，或者是解决相互独立的工作环境所带来的系统限制时，可以采用新一代NAS技术，利用集中化的网络文件访问机制和共享来解决这些问题，从而达到减少系统管理成本，提高数据备份和恢复功能的目的。

       NAS的主要长处

        NAS适用于那些需要通过网络将文件数据传送到多台客户机上的用户。NAS设备在数据必须长距离传送的环境中可以很好地发挥作用。

         此外，NAS设备非常易于部署—可以使NAS主机、客户机和其他设备广泛分布在整个企业的网络环境中。正确地进行配置之后，NAS可以提供可靠的文件级数据整合，因为文件锁定是由设备自身来处理的。尽管其部署非常简单，但是企业仍然要确保在NAS设备的配置过程中提供适当的文件安全级别。

        NAS带来的好处

        NAS应用于高效的文件共享任务中，例如UNIX中的NFS和Windows NT中的CIFS，其中基于网络的文件级锁定提供了高级并发访问保护的功能。NAS设备可以进行优化，以文件级保护向多台客户机发送文件信息。

        在某些情况下，企业可以有限地为数据库应用部署NAS解决方案。这些情况一般只限于以下的应用：大量的数据访问是只读的；数据库很小；要访问的逻辑卷也很少; 所要求的性能也不高。在这些情况下，NAS 解决方案有助于减少用户的总体拥有成本。

       SAN与NAS--互为补充的两种技术

       尽管它们之间存在着区别，但是SAN和NAS是两种互为补充的存储技术。例如，SAN在数据块传输和扩展性方面表现优秀，并能够有效地管理设备。企业可以从将SAN应用于关键任务应用、存储集中、备份恢复和高可用性计算等方面受益无穷。

       与SAN相比，NAS支持多台对等客户机之间的文件共享。NAS客户机可以在企业中任何地点访问共享的文件。因为在NAS环境中文件访问的逻辑卷较少，对于响应时间要求也不是很高，所以其性能和距离要求也相对较低。

      表2 SAN与NAS关键特性比较


                         SAN                                                                                 NAS
协议   Fibre Channel Fibre Channel-to-SCSI                                   TCP/IP

                           
应用   *关键任务，基于交易的数据库应用处理                   *NFS和CIFS中的文件共享
          *集中的数据备份                                                             *长距离的小数据块传输
          *灾难恢复                                                                            *有限的只读数据库访问
          *存储集中     

                
优点          *高可用性                                                                             *距离的限制少
            *数据传输的可靠性                                                            *简化附加文件的共享容量
           *减少远网络流量                                                                 *易于部署和管理
           *配置灵活
           *高性能
           *高可扩展性
           *集中管理

         NAS和SAN之间的许多原有差别开始消失。例如，NAS设备逐渐采用SAN来解决与存储扩展和备份恢复相关的问题。尽管这两种技术类似，但是NAS不能提供SAN所带来的全面的商业优势。然而，与传统的服务器附加存储相比，不管是SAN还是NAS技术都能减少用户的总体拥有成本，并能提供更好的投资回报。

                                                                                              SAN

        

        SAN，是Storage Area Network的缩写，即“存储区域网络”。SAN专注于企业级存储的特有问题。当前企业存储方案所遇到的两个问题是：数据与应用系统紧密结合所产生的结构性限制，以及目前小型计算机系统接口(SCSI)标准的限制。SAN中，存储设备通过专用交换机到一群计算机上。在该网络中提供了多主机连接，允许任何服务器连接到任何存储阵列，让多主机访问存储器和主机间互相访问一样方便，这样不管数据置放在那里，服务器都可直接存取所需的数据。同时，随着存储容量的爆炸性增长，SAN也允许企业独立地增加它们的存储容量。

    SAN存储方案

    SAN的支撑技术是光纤通道---- Fibre Channel(FC)技术，FC是ANSI为网络和通道I/O接口建立的一个标准集成。支持HIP PI 、IPI、SCSI、IP、ATM等多种高级协议，它的最大特性是将网络和设备的通讯协议与传输物理介质隔离开。这样多种协议可在同一个物理连接上同时传送，高性能存储体和宽带网络使用单I/O接口，使得系统的成本和复杂程度大大降低。 光纤通道支持多种拓扑结构，主要有：点到点(Links)、仲裁环(FC-AL)、交换式网络结构(FC-XS) 。

    点对点方式的例子是一台主机与一台磁盘阵列透过光纤通道连接，可以实现DAS应用。FC-XS交换式架构下，主机和存储装置之间透过智能型的光纤通道交换器连接，并存储网络的管理软件统一管理，这种方式就是SAN。因为采用了FC技术，SAN具有更高的带宽。FC使用全双工串行通信原理传输数据，在1Gb标准下，传输速率高达1062.5Mbps ，即为100MB/S，双环可达200MB/S ，2Gb下，上述数字将翻倍。FC标准下可以通过同轴线、光纤介质进行设备间的信号传输，使用同轴线传输距离为30米，使用单模光纤传输距离可达10公里以上，这使得在SAN模式下实现物理上分离的、不在机房的存储变得非常容易。

SAN存储方案（点击看大图）

        现在SAN应用需求量逐步增大、成本在逐步降低，更重要的是，随着FC-SW标准的确立，2GbFC标准下的各种SAN设备已解决了互操作性问题，这已从成本和技术上解决了SAN的应用瓶颈。因为SAN解决方案是从基本功能剥离出存储功能，所以运行备份操作就无需考虑它们对网络总体性能的影响。SAN方案简化了管理和集中控制，这对于全部存储设备都集中在信息中心，很有意义。

       

      SAN的关键特性

      SAN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）之间实现连接来达到这一目的。

      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。

      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，因此SAN对于以下应用来说是理想的选择:

        关键任务数据库应用，其中可预计的响应时间、可用性和可扩展性是基本要素。
         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。
       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。
       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。
       改进的灾难容错特性，在主机服务器及其连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）。 

       SAN的主要长处

        面对迅速增长的数据存储需求，大型企业和服务提供商渐渐开始选择SAN作为网络基础设施，因为SAN具有出色的可扩展性。事实上，SAN比传统的存储架构具有更多显著的优势。例如，传统的服务器连接存储通常难于更新或集中管理。每台服务器必须关闭才能增加和配置新的存储。相比较而言，SAN不必宕机和中断与服务器的连接即可增加存储。SAN 还可以集中管理数据，从而降低了总体拥有成本。

       利用光纤通道技术，SAN可以有效地传输数据块。通过支持在存储和服务器之间传输海量数据块，SAN提供了数据备份的有效方式。因此，传统上用于数据备份的网络带宽可以节约下来用于其他应用。

       开放的、业界标准的光纤通道技术还使得SAN非常灵活。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。

       此外，SAN可以更好地控制存储网络环境，适合那些基于交易的系统在性能和可用性方面的需求。SAN利用高可靠和高性能的光纤通道协议来满足这种需要。

       SAN的另一个长处是传送数据块到企业级数据密集型应用的能力。在数据传送过程中，SAN在通信结点（尤其是服务器）上的处理费用开销更少，因为数据在传送时被分成更小的数据块。因此，光纤通道SAN在传送大数据块时非常有效，这使得光纤通道协议非常适用于存储密集型环境。

       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。

       SAN带来的好处

       SAN的一个好处是极大地提高了企业数据备份和恢复操作的可靠性和可扩展性。基于SAN的操作能显著减少备份和恢复的时间，同时减少企业网络上的信息流量。

通过将SAN拓展到城域网基础设施上，SAN还可以与远程设备无缝地连接，从而提高容灾的能力。SAN部署城域网基础设施以增加SAN设备间的距离，可达到150公里，而且几乎不会降低性能。企业可以利用这一点，通过部署关键任务应用和用于关键应用服务器的远程数据复制来提高容灾能力。备份和恢复设备是实现远程管理的需要。

另外，基于交易的数据库应用从SAN部署中获益颇多。其无缝增加存储的能力可以减少数据备份的时间。

        SAN存在的问题

        近两年来，SAN这一概念已经渐入人心。SAN可以取代基于服务器的存储模式，性能更加优越。然而，时至今日，互操作性仍是实施过程中存在的主要问题。 SAN本身缺乏标准，尤其是在管理上更是如此。虽然光纤通道（Fibre Channel）技术标准的确存在，但各家厂商却有不同的解释，于是，互操作性问题就像沙尘暴一样迎面扑来，让人猝不及防。

         一些SAN厂商通过SNIA等组织来制定标准。还有一些厂商则着手大力投资兴建互操作性实验室，在推出SAN之前进行测试。另一种途径便是外包SAN。尽管SAN厂商在解决互操作性问题上已经取得了进步，不过，专家仍建议用户采用外包方式，不要自己建设SAN。

2、DAS、NAS和SAN存储方案的比较

        

     2. 1、DAS与NAS存储方案的比较

    DAS是大型服务器采用的主要存储方式，从提高存储利用率的角度来看，实现网络化的DAS势在必行，因此导致了SAN的出现。与DAS相应的另外一种存储方式就是NAS，NAS在多用户网络环境中发挥着越来越重要的作用。

    首先，我们可以先对比DAS与NAS的典型网络架构：

Typical LAN using DAS（点击看大图）

Typical LAN using NAS（点击看大图）

        NAS与DAS在其它方面的差异可通过下面的表格体现：

NAS与DAS差异图表（点击看大图）

       

    2.2、NAS与SAN存储方案的比较

    NAS与SAN都是在DAS的基础上发展起来的，是新型数据存储模式中的两个主要发展方向。当要求给提供许多客户提供文件共享的接入时，NAS一般来说是可选的方法。现在NAS设备在满足此种要求上有极大的功效。因为NAS系统是建立在现有的LAN和文件系统协议之上的。同SAN相比，NAS 技术是相对成熟的。尽管有一些SAN文件共享解决方案存在，它们一般是针对特定的要求，多个服务器要求高速的的接入通过私有的轻量级的协议来实现共享数据。

SAN（点击看大图）

SAN & NAS Coexistence（点击看大图）

      NAS是在RAID的基础上增加了存储操作系统，而SAN是独立出一个数据存储网络，网络内部的数据传输率很快，但操作系统仍停留在服务器端，用户不是在直接访问SAN的网络，因此这就造成SAN在异构环境下不能实现文件共享。SAN是只能独享的数据存储池，NAS是共享与独享兼顾的数据存储池。因此，NAS与SAN的关系也可以表述为：NAS是Network-attached，而SAN是Channel-attached。
SAN结构中，文件管理系统（FS）还是分别在每一个应用服务器上；而NAS则是每个应用服务器通过网络共享协议（如：NFS、CIFS）使用同一个文件管理系统。换句话说：NAS和SAN存储系统的区别是NAS有自己的文件系统管理。

    NAS是将目光集中在应用、用户和文件以及它们共享的数据上。SAN是将目光集中在磁盘、磁带以及联接它们的可靠的基础结构。将来从桌面系统到数据集中管理到存储设备的全面解决方案将是NAS加SAN。

    3、编后语

    总的来说，DAS、NAS、SAN三种存储模式，已经很好地满足目前企业信息化应用在单服务器扩容、服务器双机高可用集群、高性能、高可用、高扩展的网络存储和简单易用的网络文件共享等方面的需求。随着信息化建设朝深度和广度发展，新兴的存储模式也必将会逐步走向普及应用。

    NAS和SAN的优劣已经停止了争论，现在一个比较一致的看法是：NAS可以很经济地解决存储容量不足的问题，但难以获得满意的性能，对于关键事务应用而言，它必须使用专用的宽带网络。因此，如果公司的发展将需要大量的NAS设备或是网络带宽需求超过千兆以太网，就应该考虑最高端的存储解决方案SAN。SAN与NAS体系的融合正在积极发展。这种融合存在其合理性，SAN提供速度，NAS提供由文件处理带来的协作性。

    对SAN来说，点到点之间光纤通道的最大距离不得超过10km限度是一个瓶颈，但这种缺陷可以被NAS的IP连结所弥补。也就是说，可以通过IP网络发送光纤通道命令（FC/IP）。借助于先进的以太网技术，这种处理方法最终变成了现实。融合NAS/SAN技术的呼声很高，但要实现这种融合可能需要两三年或者更长的一段时间。