存储系列篇（New Begin）之三种存储技术及基本概念

参考资料：https://blog.51cto.com/xslwahaha/1617781

三种存储技术简介

• DAS： Direct Attached Storage，直接附加存储，存储设备通过SCSI接口电缆直接连接到服务器，存储设备不带有任何操作系统。它依赖于服务器，存储设备就是将硬件堆叠起来的。DAS也可以称为SAS（Server Attached storage，即服务器附加存储）。

• DAS 具有如下特性：

1. DAS 设备不带有任何操作系统，文件系统位于服务器端，以块级别进行数据传输。
2. 通过SCSI接口电缆与服务器相连，因此，会增加服务器的I/O操作，占用CPU，降低网络和服务性能。
3. 不支持多种系统的数据共享
   DAS 存储一般适用于中小型企业。

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NAS ： Network Attached Storage， 网络附加存储。NAS是基于IP协议的文件级数据存储，支持现有的网络技术，比如以太网，FDDI等。NAS设备完全以数据为中心，将存储设备和服务器彻底隔离，集中管理数据，从而有效释放带宽，大大提高了网络整体性能。

• NAS 设备是一种特殊的数据存储服务器，内嵌系统软件，可以提供NFS，CIFS/SMB的文件共享。

NAS设备特点：

1. 由于NAS设备内嵌系统，因此数据是以文件级别的方式进行传输。
2. 由于是一个单独的存储服务器，一次你只负责服务器的IO操作，因此大大提高网络性能。
3. NAS支持标准的网络文件系统，支持跨平台存储。
4. 服务器只存储数据，可以实现集中化的管理数据。
   NAS存储设备适用于中小型企业。

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SAN ： Storage Area Network， 存储区域网络，这是一个共享的高速存储网络，存储设备位于服务器的后端，且存储设备和服务器之间一般通过光纤（FC）交换机相连，因此传输速率比较快。当然也可以通过IP网络来进行传输。对于SAN来说，存储设备和服务器完全分离，服务器通过光纤交换机（或IP网络）与不同地区的各个存储设备相连起来，可以实现集中化的管理。

SAN 具有特点：

1. 文件系统位于服务器上，本身不带有任何操作系统，因此数据是以块级别的方式进行传输。
2. 存储服务器使用光接口，因此传输速率快、高。
3. 可以将不同区域的服务器通过光纤交换机相连起来，集中化的进行管理。
4. 由于存储设备位于不同区域，可以实现大容量存储数据共享。

由于组建一套SAN系统比较昂贵，因此适用于大型企业。

如今我们所涉及的SAN（Storage Area Network），其实现数据通信的主要要求是：

1. 数据存储系统的合并；
2. 数据备份；
3. 服务器群集；
4. 复制；
5. 紧急情况下的数据恢复

FC -SAN & IP-SAN的对比：

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三种存储技术比较：

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基本概念介绍

SCSI协议 & LUN & SCSI通信模型 & iSCSI协议

Small Computer System Interface， SCSI最初是一种专门为小型计算机系统设计的IO技术，但由于其架构和协议自身的优点，后被广泛应用于实现DAS以及作为SAN的底层技术。

所有的SCSI设备是通过一根总线将其连接起来，这个线就叫做SCSI总线。SCSI总线是SCSI设备之间传输数据的通路。SCSI总线又被称作SCSI通道。SCSI总线最终会连接到SCSI控制器上，SCSI控制器也称为主机适配器（HBA），它控制着SCSI总线上所有的设备与计算器之间的通信。控制器既可以是插入可用插槽的卡，也可以内置在主板上。

因此，SCSI控制器和SCSI设备的连接方式如下图所示：

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在SCSI 总线末端上有一个终结器，用来减小相互影响的信号，维持SCSI链上的电压恒定。

• SCSI ID

一个独立的SCSI总线按照规格不同可以支持8或16个SCSI目标设备（可以称为Target），每个SCSI目标设备都必须具有唯一的标识符(ID)才能正常工作。SCSI ID实际上就是这些目标设备的地址。

窄SCSI总线最多允许8个、宽SCSI总线最多允许16个不同的SCSI目标设备和它进行连接。但是一般SCSI控制器需要使用一个ID，因此，能使用的ID理论比实际要少一个。

• LUN

在每一个SCSI目标设备（Target）下还可以连接多个逻辑设备（如磁盘，卷组等等），为了让系统区分每一个逻辑设备，因此每一个逻辑设备都有一个LUN（Logical Unit Number）来标识自己。每个SCSI ID最多有32个LUN，默认从0开始（不过0被占用了），每一个LUN对应着一个逻辑设备。

• ** SCSI通信模型**
  SCSI是一个C/S架构，其中client端叫做initiator（启动器），服务器端叫做target（目标设备）。SCSI协议采用了分层的思想，SCSI协议簇从上向下可以分为四层：设备特定命令集，共享命令集，传输协议，互联网层。并且SCSI的数据传输是以块的方式进行的。

• iSCSI协议
  虽然SCSI控制器可以连接多个存储设备，形成自己的网络，但是它只能与直接相连的存储设备进行通信，只能在在局域网内部使用，不能在以太网上共享。因此，对于SCSI协议来说，传输数据的距离是非常有限的。因此，人们为了利用SCSI协议长距离的传输数据，于是就研发了一种新的技术，就是iSCSI协议.
  iSCSI协议是一种新的存储技术，它是将SCSI接口与以太网（Ethernet）技术结合起来工作的，简单的说iSCSI协议是将用户的请求转换成SCSI规则编码，然后再将这些数据封装在IP包中以便在以太网中进行传输的协议。

• iSCSI协议的功能
  iSCSI:internet Small Computer System Interface的缩写，即Internet小型计算机接口。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。它是基于TCP/IP协议的，用来建立和管理IP存储设备、主机和客户机之间的相互连接，并创建SAN。这样使得SAN利用SCSI协议应用在高速数据传输网络成为可能。不过这种传输是以块级别的方式在各个存储设备上进行的。

• iSCSI的结构
  由于SCSI协议是一个C/S架构，因此iSCSI协议也是一个C/S结构，其中client是initiator,server端为target。iSCSI协议的主要功能是利用TCP/IP网络，在主机系统（可称为initiator）和目标存储设备（称为target）之间进行大量的数据封装和可靠传输过程。此外，iSCSI协议还将SCSI协议封装在IP网络上，并且运行在TCP上。
  因此，ISCSI协议的协议栈为下图所示：
  

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• iSCSI协议的工作原理
  iSCSI协议的工作过程：当iSCSI主机发起数据读写操作后，操作系统会生成一个SCSI指令集，然后该SCSI指令集在iSCSI initiator端被封装成iSCSI消息包，并通过TCP/IP网络传输到存储区域，当存储区域的iSCSI target收到iSCSI消息包时会将其解开，读取其中的SCSI指令，然后再将其SCSI指令传送给SCSI设备执行其指令。当SCSI指令被执行后，返回的数据经过SCSI设备传送给iSCSI target时被封装为iSCSI的响应PDU，然后再通过TCP/IP网络传输给iSCSI initiator端，iSCSI initiator解开其iSCSI PDU包，读取其中的SCSI响应内容，并将其提交给操作系统进行处理，然后操作系统在将其处理后的内容返回给应用程序。

• iSCSI的优点
  iSCSI最大的优点就是节约成本，利用iSCSI协议构建一个存储网络，除了需要存储设备，交换机、线缆还有以太网接口以外，基本就不需要其他的设备了，只需要在现有的网络上安装iSCSI就可以实现构建一个比较大的存储网络了。对于一个企业来说，这些设备都相同廉价。因此，总体来说，其成本相对比较廉价。