SAN、NAS、SCSI、iSCSI等存储基础知识

1      SAN 与 NAS

1.1    什么是SAN，什么是NAS

1.1.1  SAN

SAN (Storage Area Network and SAN Protocols)是一种高速网络或子网络，提供在计算机与存储系统之间的数据传输。存储设备是指一张或多张用以存储计算机数据的磁盘设备。一个 SAN 网络由负责网络连接的通信结构、负责组织连接的管理层、存储部件以及计算机系统构成，从而保证数据传输的安全性和力度。

典型的 SAN 是一个企业整个计算机网络资源的一部分。通常 SAN 与其它计算资源紧密集群来实现远程备份和档案存储过程。SAN 支持磁盘镜像技术（disk mirroring）、备份与恢复（backup and restore）、档案数据的存档和检索、存储设备间的数据迁移以及网络中不同服务器间的数据共享等功能。此外 SAN 还可以用于合并子网和网络附接存储（NAS：network-attached storage）系统。

当前常见的可使用 SAN 技术，诸如 IBM 的光纤 SCON，它是 FICON 的增强结构，或者说是一种更新的光纤信道技术。另外存储区域网络中也运用到高速以太网协议。SCSI 和 iSCSI 是目前使用较为广泛的两种存储区域网络协议。

SAN 的典型结构

 

 

1.1.2  NAS

NAS（Network Attached Storage：网络附属存储）是一种将分布、独立的数据整合为大型、集中化管理的数据中心，以便于对不同主机和应用服务器进行访问的技术。按字面简单说就是连接在网络上，具备资料存储功能的装置，因此也称为“网络存储器”。它是一种专用数据存储服务器。它以数据为中心，将存储设备与服务器彻底分离，集中管理数据，从而释放带宽、提高性能、降低总拥有成本、保护投资。其成本远远低于使用服务器存储，而效率却远远高于后者。目前国际著名的NAS企业有Netapp、EMC、OUO等。国内尚无有竞争力的NAS企业。

NAS被定义为一种特殊的专用数据存储服务器，包括存储器件（例如磁盘阵列、CD/DVD驱动器、磁带驱动器或可移动的存储介质）和内嵌系统软件，可提供跨平台文件共享功能。NAS通常在一个LAN上占有自己的节点，无需应用服务器的干预，允许用户在网络上存取数据，在这种配置中，NAS集中管理和处理网络上的所有数据，将负载从应用或企业服务器上卸载下来，有效降低总拥有成本，保护用户投资。

NAS本身能够支持多种协议（如NFS、CIFS、FTP、HTTP等），而且能够支持各种操作系统。通过任何一台工作站，采用IE或Netscape浏览器就可以对NAS设备进行直观方便的管理。

NAS的外观

 

 

1.2    NAS文件共享的灵魂 —— NFS andCIFS

1.2.1  NFS

NFS(Network File System, 网络文件系统）是Unix系统间实现磁盘文件共享的一种方法，支持应用程序在客户端通过网络存取位于服务器磁盘中数据的一种文件系统协议。其实它包括许多种协议，最简单的网络文件系统是网络逻辑磁盘，即客户端的文件系统通过网络操作位于远端的逻辑磁盘，如IBM SVD（共享虚拟盘）。现一般在Unix主机之间采用Sun开发的NFS（Sun），它能够在所有Unix系统之间实现文件数据的互访，逐渐成为主机间共享资源的一个标准。相比之下，SAN采用的网络文件系统，作为高层协议，需要特别的文件服务器来管理磁盘数据，客户端以逻辑文件块的方式存取数据，文件服务器使用块映射存取真正的磁盘块，并完成磁盘格式和元数据管理。

 

1.2.2  CIFS

CIFS (Common Internet FileSystem, 通用互联网文件系统)是由微软开发的，用于连接Windows客户机和服务器。经过Unix服务器厂商的重新开发后，它可以用于连接Windows客户机和Unix服务器，执行文件共享和打印等任务。它最早的由来是NetBIOS，这是微软开发的在局域网内实现基于Windows名称资源共享的API。之后，产生了基于NetBIOS的NetBEUI协议和NBT(NetBIOS OVER TCP/IP)协议。NBT协议进一步发展为SMB（Server Message Block Potocol）和CIFS协议。其中，CIFS用于Windows系统，而SMB广泛用于Unix和Linux，两者可以互通。SMB协议还被称作LanManager协议。CIFS可籍由与支持SMB的服务器通信而实现共享。微软操作系统家族和几乎所有Unix服务器都支持SMB协议/SMBBA软件包。

 

1.3    SAN 与 NAS的区别

SAN是一种网络，NAS产品是一个专有文件服务器或一个只读文件访问设备。

SAN是在服务器和存储器之间用作I/O路径的专用网络。

SAN包括面向块（SCSI）和面向文件（NAS）的存储产品。

NAS产品能通过SAN连接到存储设备。

 

2      SCSI、IDE、SATA

2.1    SCSI

SCSI (Small Computer System Interface, 小型计算机系统接口) 是一种用于计算机和智能设备之间（硬盘、软驱、光驱、打印机、扫描仪等）系统级接口的独立处理器标准。 SCSI是一种智能的通用接口标准。它是各种计算机与外部设备之间的接口标准。

 

2.2    IDE

 

 

2.3    SATA

SATA (Serial Advanced Technology Attachment, 串行高级技术附件) 是一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口。SATA是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范，在当年的IDF Fall 大会上，Seagate宣布了Serial ATA 1.0标准，正式宣告了SATA规范的确立。

发展到现在SATA 2.0扩展规范中，3Gb/s被提到的频率最高。由于SATA使用8bit/10bit编码，所以3Gb/s等同于375MB/s的接口速率。不过，从性能角度看，3Gb/s并不能带来多大的提升，即便是RAID应用的场合，性能提升也没有想象的那么大。因为硬盘内部传输速率还达不到与接口速率等同的程度，而且接口速率的影响也不是很大，在大多数应用中硬盘是将更多的时间花在寻道上，而不是传输上。接口速率的提高直接影响到的是从缓存进行读写的操作，所以理论上大缓存的产品会从3Gb/s上得到更大的好处。从现有情况来看，相信3Gb/s的普及速度会加快，不过市场仍会存在一个1.5Gb/s和3Gb/s的共存期。

NCQ的说明

 

3      iSCSI、FC

3.1    iSCSI

iSCSI：Internet 小型计算机系统接口（iSCSI：Internet Small Computer System Interface）。

iSCSI技术是一种由IBM公司研究开发的，是一个供硬件设备使用的可以在IP协议的上层运行的SCSI指令集，这种指令集合可以实现在IP网络上运行SCSI协议，使其能够在诸如高速千兆以太网上进行路由选择。iSCSI技术是一种新储存技术，该技术是将现有SCSI接口与以太网络(Ethernet)技术结合，使服务器可与使用IP网络的储存装置互相交换资料。

iSCSI与网络化存储

 

3.2    FC

FC (Fibre Channel, 光纤信道)是一种跟SCSI 或IDE有很大不同的接口，它很像以太网的转换开头。以前它是专为网络设计的，后来随着存储器对高带宽的需求，慢慢移植到现在的存储系统上来了。网状通道通常用于连接一个SCSI RAID（或其它一些比较常用的RAID类型），以满足高端工作或服务器对高数据传输率的要求。

光纤信道在硬件上依赖价格昂贵的FC交换器，一台只有最基本功能的8端口FC交换器起价就要30万元，1个FC端口的平均成本高达数万甚至十多万元，且每部要连接FC SAN的服务器都必须安装1片价格1千美元上下的FC HBA，部署一套FC SAN的费用非常高昂。使用者也必须具备FC协议相关知识才能有效管理，以致限制了FC SAN的普及。因此无论储存厂商如何宣扬SAN (FC SAN)的好处，现实上能享用这些好处的企业相当有限。

 

 

 

 

 

4      附一：关键字

NAS (设备)

SAN 网络（和协议）

 

NFS 文件服务协议

CIFS 文件服务协议

 

SCSI 协议

Fiber Channel 协议

 

NFS (SUN)

IBM SVD

NetBIOS

NetBEUI (NetBios Enhanced User Interface) 广播型协议

NBT

SMB

LanManager

SMBBA (软件包)

 

Internet 网络

Intranet 网络

Ethernet 网络

TCP：Transmission ControlProtocol

TCP/IP 协议

iSCSI 协议

 

Netapp (Network Appliance) （NAS厂商）

EMC （NAS厂商）

OUO （NAS厂商）

 

 

OPS 存储设备性能参数

ORT 存储设备性能参数