网络存储体系结构

         首先对存储技术的发展阶段做一概述性的介绍，重点分析NAS、SAN网络存储系统的体系结构，并对两者的融合系统作了一定的分析；最后分析网络存储体系结构的未来发展趋势。

　　关键词：网络存储；NAS；SAN；虚拟存储

　　Network-Storage Architecture

　　Abstract：This article introduces the storage technique based on bus, analyze four network storage architectures in details, also present the mechanism of how to implement storage devices; this article describes the future development of storage architecture.

　　Key words：Network-Storage；NAS；SAN；Virtual Storage

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1　概述

　　由于INTERNET的快速发展、在线数据存储的快速增长、电子商务等众多需求，原来以服务器为中心的存储技术已经不适合今天的存储需求了．以存储网络为中心的存储技术得到快速的发展。目前网络存储技术沿着三个主要的方向发展：NAS、SAN、IP-SAN．同时，由于NAS、SAN、IP-SAN系统的一些固有缺点，使得网络存储新技术不断出现，如DAFS、InfiniBand、统一虚拟存储、NASD等等．实际上，我们可以将存储技术分为三个阶段：

　　1)　总线存储阶段；

　　2)　存储网络阶段；

　　3)　虚拟存储阶段．

　　以存储网络为中心的存储是对数据存储新需求的回答．是全新的存储体系结构．它采用面向网络的存储体系结构，使数据处理和数据存储分离；网络存储体系结构包括了网络和I/O的精华，将I/O能力扩展到网络上(不是以前的总线)，特别是灵活的网络寻址能力，远距离数据传输能力，I/O高效的原性能；通过网络连接服务器和存储资源，消除了不同存储设备和服务器之间的连接障碍；提高了数据的共享性、可用性和可扩展性、管理性．

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2存储体系结构

　　NAS(网络连接存储)、SAN(存储区域网络)、CAS(内容寻址存储)

　　NAS：用于共享和写作高可用性文件

　　SAN：用于需要优化的事物处理处理性能的业务和技术应用程序

　　CAS：用于存储和检索固定内容（即：最终形式的信息，如归档的电子邮件）

　　目前最常见的是NAS和SAN

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2.1　SAN(Storage Area Network)

　　高性能的光纤通道交换机和光纤通道网络协议是SAN的关键。我们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SAN的另一个本质特征。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。

　　SAN以光纤通道交换机和光纤通道协议为主要特征的本质决定了它的诸多优点，我们可以简单地概括为性能、距离、管理等方面。首先，在一些关键应用中，传输块级数据要求必须使用SAN――尤其是多个服务器共同向大型存储设备进行读取。由于在数据传输时被分成小段，使SAN对服务器处理的依赖较少，可以有效地传送爆发性的块数据，SAN的性能及可靠性就得到了充分的发挥。其次，通过城域网（MAN），SAN可以实现远程灾难恢复。一般地，使用E3信道， SAN可以在不降低性能的同时将部件间的距离增加至150km。第三，很重要的一点，SAN的管理是集中而且高效的。用户可以在线添加/删除设备、动态调整存储网络以及将异构设备统一成存储池等。

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2.2　NAS(Network-Attached Storage)

　　NAS使用了传统以太网和IP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。

　　从NAS的简单机制可引申出它的一些明显的优缺点。优点方面，NAS的部署非常简单，只须与传统交换机连接即可；其次，它的成本较低，因为NAS的投资仅限于一台NAS服务器，而不像SAN是整个存储网络，同时，NAS服务器的价格往往是针对中小企业定位的；第三，NAS服务器的管理非常简单，它一般都支持Web的客户端管理，对熟悉操作系统的网络管理人员来说，其设置既熟悉又简单。在简单易用的背后，NAS的缺点也非常明显。从性能上看，由于与应用使用同一网络，NAS会增加网络拥塞，反过来，NAS性能也严重受制于网络传输数据能力; 其次，从数据安全性看，NAS一般只提供两级用户安全机制，虽然这能简化使用，但还需要用户额外增加适当级别的文件安全手段。

　　概括来说，SAN对于高容量块状级数据传输具有明显的优势，而NAS则更加适合文件级别上的数据处理。尽管二者存在根本特性上的差异，但SAN和NAS 实际上也是能够相互补充的存储技术。例如，SAN擅长块数据传输、极易扩展且管理设备有效。用户可以使用 SAN运行关键应用，比如数据库、备份等，以进行数据的集中存取与管理；而NAS 支持若干客户端之间文件共享，所以用户可以使用NAS作为日常办公中需要经常交换小文件的地方，比如存储网页等。SAN和NAS在实际情况中是可以并存在一个系统中。例如，SAN更多与NAS联合使用，可以为NAS设备提供高性能、大容量的存储设备，同时许多SAN通常驻留在NAS应用中。

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3　SAN和NAS融合系统的优势

　　NAS和SAN是互补技术，一些其他的信息技术趋势已经驱使融合网络的采用，其中包括：一些分散式的应用和用户要求访问相同的数据；对提供更高的性能、高可靠性和更低的拥有成本的专有功能系统的高增长要求；以成熟和习惯的网络标准包括TCP/IP, NFS和CIFS为基础的操作；一个全面降低管理成本和复杂性的需求；一个不需要增加任何人员的高扩展存储系统；一套可以通过重新规划的系统以维持目前拥有的硬件和管理人员的价值等。

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3.1　扩展性

　　以光纤为接口的存储网络SAN提供一个高扩展性、高性能的网络存储机构。光纤交换机、光纤存储阵列同时提供高性能(200Mbps)和更大的服务器扩展空间。这是以SCSI为基础的系统所缺乏的。网络存储NAS可以是已经配置好的，完整的并可追加至数个至数十个TB的网络存储设备。由于NAS设备是基于目前的TCP/IP网络，远距离存储设备是完全可以实现。一套融合SAN和NAS的解决方案全面获得应用光纤通道的能力，从而让用户获得更大的扩展性、远程存储和高性能等优点。

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3.2　存储管理

　　SAN存储网络提供一个存储系统、备份设备和服务器相互连接的架构。他们之间的数据不再在以太网络上流通从而大大提高以太网络的性能。正由于存储设备与服务器完全分离，用户获得一个与服务器分开的存储管理理念。我们现在可以对企业的数据和存储作特殊和专业的管理，不用再像以前那样把数据管理与服务器管理混为一谈。复制、备份、恢复数据和安全的管理可以以中央的控制和管理手段进行。加上把不同的存储池以网络方式连接，用户可以以任何他们需要的方式访问他们的数据，并获得更高的数据完整性。

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3.3　可用性

　　SAN的高可用性是基于它对灾难恢复、在线备份能力和对冗余存储系统和数据的时效切换能力而来。NAS应用成熟的网络结构提供快速的文件存取时间和高可用性，数据复制(在存储系统层面)等功能可以保护和提供稳固的文件级存储。一个融合SAN和NAS技术的存储解决方案全面提供一套在以块(Block)和文件(File)I/O为基础的高效率平衡方案从而全面增强数据的可用性。应用光纤通道的SAN和NAS，整个存储方案提供对主机的多层面的存储连接，高性能、高可用和容易维护等优点全由一个网络架构提供。

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3.4　服务器联合

　　在一个SAN系统中，服务器完全连接到一个数据网络，增加了对用户共有存储阵列的连接。高效率和经济的存储分配可以通过聚合的和高磁盘使用率获得。一个NAS 系统包含在一台NAS服务器中的文件系统并通过以太网接口连接到以太网内，同时使用用户的存储空间。由于服务器的增长和存储的增长不一样，开放的服务器可以基于数据处理作为组合和管理基础，不受存储限制。一套融合SAN和NAS的存储系统全面提高Unix和Windows服务器对存储设备的使用率达到 75%或者更高。

　　从用户应用的角度来划分，必须采用SAN或者NAS的都是少数，绝大多数的应用需求采用SAN或者NAS都能满足，而采用SAN与NAS融合的方案作到了最好的满足。

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4　发展前景

　　实际上，只有真正开放的存储网络才是计算机产业发展的潮流。正像SCSI技术和Ethernet技术的发展所走过的道路，SAN最终将实现不同主机和不同存储设备的真正意义的资源共享。无疑，企业的管理者将是这一目标的最大受益者，企业将充分享受科学技术带来的巨大收益。存储系统将有机地融为一体，存储空间将变得十分广阔，充分体现信息对企业的价值。

　　但以存储网络为中心的存储解决不了全部的数据存储问题，如存储资源共享、数据共享、数据融合等．不少先进存储系统的倡导者都提出，存储作为一种资源，应该像我们日常生活中的自来水和电力一样，随时可以方便的存取和使用，这就是存储公用设施模型．也是网络存储的发展目标．实现存储公用设施模型的关键就是在网络存储基础上实现统一虚拟存储系统．目前存储技术还处于存储网络阶段．虚拟存储才刚刚起步．

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5　参考文献

　　1.        付长东，网络存储体系结构的发展与研究[J]，小型微型计算机系统，2004.4

　　2.        周建军，一种新型存储体系结构――SAN[J]，电子计算机，2001.10

　　3.        田军，网络存储技术浅析[J]，IT技术应用

　　4.        小胖，认识网络存储IP SAN与IB SAN[OL]，2006.9

　　5.        匿名，网络存储：SAN与NAS和谐统一[OL]，2006.2

　　6.        颜军，网络存储：明天属于SAN[OL]，2006