几种存储技术的比较（FC SAN、IP SAN、DAS、NAS）-sunleii@DC

几种存储技术的比较（FC SAN、IP SAN、DAS、NAS）

SAN 的概念
        SAN（Storage Area Network）存储区域网络，是一种高速的、专门用于存储操作的网络，通常独立于计算机局域网（LAN）。SAN将主机和存储设备连接在一起，能够为其上的任意一台主机和任意一台存储设备提供专用的通信通道。SAN将存储设备从服务器中独立出来，实现了服务器层次上的存储资源共享。SAN将通道技术和网络技术引入存储环境中，提供了一种新型的网络存储解决方案，能够同时满足吞吐率、可用性、可靠性、可扩展性和可管理性等方面的要求。
1 FC-SAN
        通常SAN由磁盘阵列（RAID）连接光纤通道（Fibre Channel）组成（为了区别于IP SAN，通常SAN也称为FC-SAN）。SAN和服务器和客户机的数据通信通过SCSI命令而非TCP/IP，数据处理是“块级”（block level）。SAN也可以定义为是以数据存储为中心，它采用可伸缩的网络拓扑结构，通过具有高传输速率的光通道的直接连接方式，提供SAN内部任意节点之间的多路可选择的数据交换，并且将数据存储管理集中在相对独立的存储区域网内。SAN最终将实现在多种操作系统下，最大限度的数据共享和数据优化管理，以及系统的无缝扩充。
1.1. FC-SAN的组成
        在FC-SAN中，有一些专用的硬件和软件。硬件包括FC卡、FC HUB、FC交换机、存储系统等，软件主要是FC控制卡针对各种操作系统的驱动程序和存储管理软件。
 FC卡：主要用于主机与FC设备之间的连接。
 FC HUB：内部运行仲裁环拓扑，连接到HUB的节点共享100MB/S带宽（或更高）。
 FC交换机：内部运行Fabric拓扑，每端口独占100MB/S带宽（或更高）。
 FC存储设备：采用FC连接方式，光纤接口可以有一到多个。FC存储设备通常采用光纤的硬盘，也有Fibre to SCSI（Fibre to ATA）的解决方案，使用SCSI（或ATA）的硬盘，在整个配置上较便宜。
  存储网络管理软件：存储管理软件主要的功能是自动发现网络拓扑及映射，当在存储网络中增加或减少时自动发现及组态。
 高性能的光纤通道交换机和光纤通道网络协议是FC-SAN的关键。把以光纤通道交换机为骨干的网络拓扑结构称为“SAN Fabric”。而光纤通道协议是FC-SAN的另一个本质特征。FC-SAN正是利用光纤通道协议上加载SCSI协议来达到可靠的块级数据传输。
1.2. FC-SAN的应用场合
        由于FC-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。
1.3. FC-SAN的主要好处：
        面对迅速增长的数据存储需求，企业和服务提供商渐渐开始选择FC-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，FC-SAN不必宕机和中断与服务器的连接即可增加存储。FC-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，FC-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FC-SAN非常灵活。FC-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，FC-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。
FC-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，FC-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FC-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。
2  IP-SAN
简单来讲，IP-SAN（IP存储）的通信通道是使用IP通道，而不是光纤通道，把服务器与存储设备连接起来的技术，除了标准已获通过的iSCSI，还有FCIP、iFCP等正在制定的标准。而iSCSI发展最快，已经成了IP存储一个有力的代表。
像光纤通道一样，IP存储是可交换的，但是与光纤通道不一样的是，IP网络是成熟的，不存在互操作性问题，而光纤通道SAN最令人头痛的就是这个问题。IP已经被IT业界广泛认可，有非常多的网络管理软件和服务产品可供使用。
IP存储的标准：
IP存储除了标准已获通过的iSCSI，还有iFCP、FCIP等正在制定的标准。
IP存储的优势：
 利用无所不在的IP网络，一定程度上保护了现有投资。
 IP存储超越了地理距离的限制。IP能延伸到多远，存储就能延伸到多远，这几乎是一个划时代的革命，十分适合于对现存关键数据的远程备份。
 IP网络技术成熟。IP存储减少了配置、维护、管理的复杂度。
2.1. iSCSI标准
 1）iSCSI的概念
iSCSI（互联网小型计算机系统接口）是一种在internet协议网络上，特别是以太网上进行数据块传输的标准。简单地说，iSCSI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，实现了SCSI和TCP/IP协议的连接。
iSCSI是基于IP协议的技术标准，该技术允许用户通过TCP/IP网络来构建存储区域网（SAN）。而在iSCSI技术出现之前，构建存储区域网的唯一技术是利用光纤通道，但是其架构需要高昂的建设成本，远非一般企业所能够承受。iSCSI技术的出现对于以局域网为网络环境的用户来说，它只需要不多的投资，就可以方便、快捷地对信息和数据进行交互式传输和管理。相对于以往的网络接入存储，iSCSI的出现解决了开放性、容量、传输速度、兼容性、安全性等问题，其优越的性能使其自发布之日始便受到市场的关注与青睐。
 2）iSCSI的技术优势：
 iSCSI的基础是传统的以太网和internet，同时能大大减少总体拥有成本。
 IP网络的带宽发展相当迅速，1Gbps以太网早已大量占据市场，10Gbps以太网也已整装待发。
 在技术实施方面，iSCSI以稳健、有效的IP及以太网架构为骨干，使忍受性大大增加。
 简单的管理和布署，不需要投入培训，就可以轻松拥有专业的iSCSI人才。
 iSCSI是基于IP协议的技术标准，它实现了SCSI和TCP/IP协议的连接，只需要不多的投资，就可以方便、快捷地对信息和数据进行交互式传输及管理。
 完全解决数据远程复制及灾难恢复的难题。安全性方面，iSCSI已内建支持IPSEC的机制，并且在芯片层面执行有关指令，确保安全性。
2.2. FCIP标准
        FCIP是Fiber Channel over IP的标准协议。在同一个SAN范围内，TCP/IP数据包再封装FC命令和数据，从而在IP网络上传输FC命令和数据。
FCIP是一种基于互联网协议（IP）的存储联网技术，它利用IP网络通过数据通道在SAN设备之间实现光纤通道协议的数据传输，把真正的全球数据镜像与光纤通道SAN的灵活性、IP网络的低成本相结合，降低远程操作的成本，从而把成本节省和数据保护都提升到了一个新的高度。
FCIP被提议为通过现有的IP网络连接光纤通道SAN“孤岛”的一种标准方法。FCIP还可用来克服光纤通道目前存在的距离限制因素，能够跨越大于光纤通道支持的距离连接SAN孤岛。FCIP具有实现纠错和检测的优点：即如果IP网络错误率高的话，它就重试。
FCIP解决方案为用户有效管理业务连续系统提供了各种更为灵活的方式，能够进行实时的数据远程复制，可以在光纤通道控制器的基础上为用户提供具有容灾能力、无单点故障的SAN解决方案，使用户能够在现有的IT基础设施上运用IP联网技术，把区域性SAN作为更广阔的全国甚至全球性基础设施中的一个数据恢复站点。
由于FCIP数据恢复应用能够运行在现有的网络基础架构之上，因此，用户在规划业务连续性时，不需要为光纤通道中的数据量分配专用光缆。现在，通过利用FCIP解决方案，企业用户可以把SAN的范围扩展到数据中心之外，利用各种低成本、性能优异的远程存储应用，优化其基础架构的投资。
就像iSCSI协议将SCSI指令压缩为IP包一样，FCIP协议将光纤通道指令压缩为IP包，FCIP 协议允许独立的SAN环境通过IP网络互联在一起。每个SAN采用标准FC寻址，在FCIP的端点之间建立IP隧道（或网关)，一旦隧道建立，扩展的FC设备将被视为标准的FC设备，并予以FC寻址。
2.3. iFCP标准
iFCP（Internet Fibre Channel Protocol）是基于TCP/IP网络运行光纤信道通信的标准，iFCP具备网关功能，它能将光纤信道RAID阵列、交换机以及服务器连接到IP存储网，而不需要额外的基础架构投资。
iFCP的工作原理是：将FC数据以IP包形式封装，并将IP地址映射到分离FC设备。由于在IP网中每类FC设备都有其独特标识，因而能够与位于IP网其它节点的设备单独进行存储数据收发。FC信号在iFCP网关处终止，信号转换后存储通信在IP网中进行，这样iFCP就打破了传统FC网的距离（约为10公里）限制。
2.4. iSCSI、FCIP、iFCP标准的比较
iSCSI：用于在基于IP的存储设备之间建立连接及管理连接，在现有的IP网络上封装SCSI数据进行传输。
FCIP：用于连接地理上分散的FC SAN。仅仅适用于需要互连时使用IP的两个或多个FC交换的应用。
iFCP：使用IP基础设施来实现FC设备间或FC SAN间的互连。该协议致力于所有的FC交换架构而不仅限于解决距离上的问题。
3 NAS
NAS（Network Attached Storage）网络附加存储。在NAS存储结构中，存储系统不再通过I/O总线附属于某个服务器或客户机，而直接通过网络接口与网络直接相连，由用户通过网络访问。
NAS实际上是一个带有瘦服务器的存储设备，其作用类似于一个专用的文件服务器。这种专用存储服务器去掉了通用服务器原有的不适用的大多数计算功能，而仅仅提供文件系统功能。与传统以服务器为中心的存储系统相比，数据不再通过服务器内存转发，直接在客户机和存储设备间传送，服务器仅起控制管理的作用。
3.1. NAS的主要特点：
 NAS使用了传统以太网协议，当进行文件共享时，则利用了NFS和CIFS以沟通NT和Unix系统。由于NFS和CIFS都是基于操作系统的文件共享协议，所以NAS的性能特点是进行小文件级的共享存取。
 NAS设备是直接连接到以太网的存储器，并以标准网络文件系统如NFS、SMB/CIFS over TCP/IP接口向客户端提供文件服务。NAS设备向客户端提供文件级的服务。但内部依然是以数据块的层面与它的存储设备通讯。文件系统是在这个NAS 存储器里。
3.2. 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。 
 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。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。 
 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。
4 DAS
        DAS（Direct Attached Storage）直接附加存储，直接附加存储是指将存储设备通过总线（SCSI、PCI、IDE等）接口直接连接到一台服务器上使用。DAS购置成本低，配置简单，因此对于小型企业很有吸引力。
4.1. DAS存在问题：
 服务器本身容易成为系统瓶颈；
 服务器发生故障，数据不可访问；
 对于存在多个服务器的系统来说，设备分散，不便管理。同时多台服务器使用DAS时，存储空间不能在服务器之间动态分配，可能造成相当的资源浪费；
 数据备份操作复杂。