软考网络规划设计师学习笔记连载之二十（3.2网络存储系统）

第 3 章网络资源设备 3.2 网络存储系统（ P504-529 ）

1、SCSI接口卡与控制卡

（1）接口分类

存储系统中目前普遍应用的硬盘接口主要包括SATA、SCSI、SAS、FC等

 

（2）SCSI

    即小型计算机系统接口，是一种专门为小型计算机系统设计的存储单元接口模式，通常用于服务器承担关键业务的较大的存储负载，价格也较贵。

 

（3）SCSI控制卡

    是一种提供一个或一个以上的SCSI接口内置板卡，它可插在服务器主板上的普通PCI插槽上，实现多个SCSI接口的提供。

 

2、独立磁盘冗余阵列（RAID）

（1）磁盘阵列的特点

    一是速度；二是安全。

 

（2）RAID技术分类

    全软阵列：就是指RAID的所有功能都是由OS和CPU来完成。

半软半硬阵列：该阵列主要缺乏自己的I/O处理芯片，所以这方面的工作仍要由CPU和驱动程序来完成。

全硬阵列：全面具备了自己的RAID控制/处理芯片和I/O处理芯片，甚至还有阵列缓存。全硬阵列有两种方式：一是RAID适配卡；二是主板集成RAID控制/处理芯片。

   

（3）RAID的基本工作模式

    现在有RAID0到6这7种基本的RAID级别。以及一些基本RAID级别的组合形式。如RAID10（RAID0与RAID1的组合），RAID50（0和5的组合）

    几种常用的RAID形式：

    A：RAID0

       又称为Stripe（条带化）或Striping，它代表了所有RAID级别中最高的存储性能。

       缺点：不提供数据冗余。

       特别适用于对性能要求较高，而对数据安全要求低的领域。如图形工作站。对于个人用户，RAID0也是提高硬盘存储性能的绝佳选择。

 

    B：RAID1

        又称为Mirror或Mirroring（镜像），它的宗旨是最大限度地保证用户数据的可用性和可修复性。在所有RAID级别中，RAID1提供最高的数据安全保障。

        适用于存放重要数据，如服务器和数据库存储等领域。

 

    C：RAID3

        是把数据分成多个“块”，按照一定的容错算法存放在N+1个硬盘上。适合大文件类型且安全性要求较高的应用，如视频编辑、硬盘播出机和大型数据库等。

 

    D：RAID5

        是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。

        可以理解为是RAID0和RAID1的折衷方案。

 

    E：RAID0+1

        是RAID0和RAID1的组合形式，也称为RAID10。

        特点是它提供与RAID1一样的数据安全保障的同时，也提供了与RAID0近似的存储性能。

        特别适用于既有大量数据需要存取，同时又对数据安全性要求严格的领域，如银行、金融、商业超市、仓储库房和各种档案管理等。

 

（4）RAID级别的选择

    有三个主要因素：可用性（数据冗余）、性能和成本。

    如果不要求可用性，选择RAID0以获得最佳性能。

    如果可用性和性能是重要的面成本不是一个主要因素，则根据硬盘数据选择RAID1。

    如果可用性、成本和性能都同样重要，则根据一般的数据传输和硬盘的数量选择RAID3或RAID5。

 

3、磁带库

（1）备份设备类型

    备份设备主要分为磁带机、自动加载机和磁带库，而磁带库又分为入门级、企业级和超大容量等几个级别。

 

（2）磁带驱动技术

    目前主流的磁带驱动技术包括Quantum公司的DLT和SuperDLT，IBM、HP和Seagate共同制定的LTO，STK的9840，IBM的3590,Exabyte的Mammoth-2，Sony的AIT-2、AIT-3、DTF、DTF-2等。

    磁带驱动技术最主要的指标是数据传输率和单盘容量，另外可行性也是一个指标。

 

（3）带机、带库厂商及产品

    带机厂商包括Quantum、Exabyte和Sony等。

    Quantum带机在中档产品中占据了市场大部分份额，产品有SuperLoader等。

    Exabyte的驱动技术包括8mm Mammoth和VXA技术。

    Sony的基于AIT技术的带机产品：AIT-1、AIT-2和AIT-3。

 

    磁带库厂商相对品牌较多，目前主流的有STK、Quantum、Exabyte和IBM等。

    市场份额最大的是STK，其最主要的产品线是L系列，包括L20、L40、L80、L180、L700、L5500等。

   

（4）产品选购指南

    A：要选择符合应用特点的驱动技术。

    B：根据需要备份的数据量、信息系统对备份窗口的要求以及采用何种备份策略等因素，确定所需带库的容量和备份速度。

    C：性价比。

    D：一定请厂家或代理商核查兼容性列表。

    E：注意扩展需求。

 

（5）虚拟磁带库

    VTL，是使用磁盘阵列效仿标准磁带库的一种新概念产品。它通过光纤连接到备份服务器，为数据存储备份提供了调整、高效及安全的解决方案，极大地缩短了数据备份所需时间。更重要的是，VTL通过冗余和热插拔设计保证了系统的不停顿及备份工作连续运行。

       

4、光盘塔

    简单说就是把很多光驱连接在一起的一种设备，可以同时在多个光盘上读写数据。就像硬盘的磁盘阵列一样。

　　目前在网络上可实现CD-ROM光盘共享的设备有三种：硬盘阵列、光盘塔和光盘库。这三种设备分别是在光盘和硬盘产品的发展过程中，在不同历史阶段出现的典型产品。

　　硬盘阵列是一种可供大容量数据实现实时共享的设备。它的访问速度非常快，可使用的数据资源非常大。用户直接访问硬盘，实现网络资源的共享。

　　CD-ROM光盘塔（CD-ROM Tower）是由多个SCSI接口的CD-ROM驱动器串联而成的，光盘预先放置在CD-ROM驱动器中。受SCSI总线ID号的限制，光盘塔中的CD-ROM驱动器一般以7的倍数出现。用户访问光盘塔时，可以直接访问CD-ROM驱动器中的光盘，因此光盘塔的访问速度较快。

　　CD-ROM光盘库（CD-ROM Jukebox）是一种带有自动换盘机构（机械手）的光盘网络共享设备。光盘库一般配置有1~6台CD-ROM驱动器，可容纳100~600片CD-ROM光盘。用户访问光盘库时，自动换盘机构首先将CD-ROM驱动器中光盘取出并放置到盘架上的指定位置，然后再从盘架中取出所需的CD-ROM光盘并送入CD-ROM驱动器中。由于自动换盘机构的换盘时间通常在秒量级，因此光盘库的访问速度较低。

　　上述三种类型的产品由于各自的特点决定了它们各自不同的用途。硬盘阵列由于它的访问速度非常快，所以它主要用于数据的实时共享，还可以用于小型的VOD点播系统。CD-ROM光盘塔的光驱访问速度相比于硬盘来说，速度慢了一些，而且光驱数量有限，数据源很少，所以供同时使用的用户数量也很少，但是由于光驱的价格很低，作为低端产品，它还是能够适用于一些用户的要求。CD-ROM光盘库的数据访问速度与CD-ROM光盘塔速度差不多，但是它所能提供的数据量非常大。

　　虽然硬盘阵列的访问速度非常快，但是由于硬盘的可以改写，导致硬盘阵列在一些安全性要求比较高的环境下，不能使用。而且，硬盘的保存时间也很短。CD-ROM光盘塔在安全性方面，比硬盘阵列要强一些，但是它的数据量有限，所以在要求数据源很大时，光盘塔不能满足用户的要求。而CD-ROM光盘库能够同时满足高安全性、高可靠性、大数据源的要求，所以在要求比较高的环境里，CD-ROM光盘库有着不可替代的作用。CD-ROM光盘库主要应用于数据的备份。在访问量不是非常大，但是数据要长期保存的情况下，光盘库的作用很突出。随着科学技术的发展，光盘库产品已经系列化。

 

5、DAS 技术

    DAS即直连方式存储，英文全称是Direct Attached Storage。

　　中文翻译成“直接附加存储”。顾名思义，在这种方式中，

　　存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接到服务器的。I

　　/O（输入/输出）请求直接发送到存储设备。

　　DAS，也可称为SAS（Server-Attached Storage，服务器附加存储）。它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。

　　DAS的适用环境

　　1） 服务器在地理分布上很分散，通过SAN（存储区域网络）或NAS（网络直接存储）在它们之间进行互连非常困难时(商店或银行的分支便是一个典型的例子)；

　　2） 存储系统必须被直接连接到应用服务器（如Microsoft Cluster Server或某些数据库使用的“原始分区”）上时；

　　3） 包括许多数据库应用和应用服务器在内的应用，它们需要直接连接到存储器上，群件应用和一些邮件服务也包括在内。

　　对于多个服务器或多台PC的环境，使用DAS方式设备的初始费用可能比较低，可是这种连接方式下，每台PC或服务器单独拥有自己的存储磁盘，容量的再分配困难；对于整个环境下的存储系统管理，工作烦琐而重复，没有集中管理解决方案。所以整体的拥有成本（TCO）较高。目前DAS基本被NAS所代替。下面是DAS与NAS的比较。

 

6、NAS 技术

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。

（1）NAS提供了一个高效、低成本的资源应用系统。由于NAS本身就是一套独立的网络服务器，可以灵活地布置在校园网络的任意网段上，提高了资源信息服务的效率和安全性，同时具有良好的可扩展性，且成本低廉。

　　（2）提供灵活的个人磁盘空间服务。NAS可以为每个学生用户创建个人的磁盘使用空间，方便师生查找和修改自己创建的数据资料。

　　（3）提供数据在线备份的环境。NAS支持外接的磁带机，它能有效地将数据从服务器中传送到外挂的磁带机上，保证数据安全、快捷备份。

（4）有效保护资源数据。NAS具有自动日志功能，可自动记录所有用户的访问信息。嵌入式的操作管理系统能够保证系统永不崩溃，以保证连续的资源服务，并有效保护资源数据的安全。

 

7、SAN 技术

    存储域网络（Storage Area Network）的支撑技术是Fibre Channel(FC)技术，这是ANSI为网络和通道I／O接口建立的一个标准集成。支持HIPPI，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。如通过Switch扩充至交换仲裁复用结构则可将用户扩至很多。FC使用全双工串行通讯原理传输数据，传输速率高达1062.5Mbps，Fibre Channel的数据传输速度为100MB／S，双环可达200MB／S，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。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；其次为光纤通道仲裁环(FC-AL)，在FC-AL的装置可为主机或存储装置。第三种FC-XS交换式架构在主机和存储装置之间透过智能型的光纤通道交换器连接，使用交换架构需使用存储网络的管理软件。

　　FC技术具有以下优越性：

　　（1）既具有单通道的特点，又具有网络的特点，它是把设备连接到网络结构上的一种高速通道。而这种网络结构描述了连接两套设备的单条电缆以及连接许多设备的交换机产生网状结构。

　　（2）光纤通道最大优点是速度快，它可以给计算机设备提供接近于设备处理速度的吞吐量。

　　（3）协议无关性，它有很好的通用性，是一种通用传输机制。适用范围广，可提供多性价比的系统，从小系统到超大型系统，支持存在的多种指令集，如IP、SCSI、IPI。

　　光纤通道规范定义的速率最高可到4Gbps，目前T11工程组对10Gbps传输速度的FC规范也在紧锣密鼓的制定之中。

FC是一种分层结构，每个层次定义为一个功能级，但是所分的层不能直接映射到OSI模型的层上。FC通道的五层定义为：物理媒介和传输速率、编码方式、帧协议和流控制、公共服务以及上级协议（ULP）接口。

 

8、备份系统及备份软件

（1）数据备份结构

    常见的数据备份系统主要有Host-Base、LAN-Base和基于SAN结构的LAN-Free、Server-Free等多种结构。

 

（2）备份软件

 

（3）备份介质

    磁带、磁盘、数据迁移技术。

 

（4）厂商及产品介绍

    A：备份软件厂商中头把交椅当属Vreitas公司。

B：Legate公司是备份领域内仅次于Veritas公司的主要厂商。

C：IBM Tivoli也是重要角色之一。

D：CA公司是软件领域的世无霸企业，虽然主要精力没有放在存储技术方面，但有ARCServe依然在低端市场具有相当广泛的影响力。新一代备份产品BrightStor，定位直指中高端市场。