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DAS、NAS、SAN三种高端存储技术分析
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DAS

DAS是Direct Attached Storage的缩写,即“直接连接存储”,是指将外置存储设备通过连接电缆,直接连接到一台计算机上。采用直接外挂存储方案的服务器结构如同PC机架构,外部数据存储设备采用SCSI技术,或者FC技术,直接挂接在内部总线上的方式,数据存储是整个服务器结构的一部分,在这种情况下往往是数据和操作系统都未分离。DAS这种直连方式,能够解决单台服务器的存储空间扩展、高性能传输需求,并且单台外置存储系统的容量,已经从不到1TB,发展到了2TB,随着大容量硬盘的推出,单台外置存储系统容量还会上升。此外,DAS还可以构成基于磁盘阵列的双机高可用系统,满足数据存储对高可用的要求。从趋势上看,DAS仍然会作为一种存储模式,继续得到应用。

NAS

NAS是英文Network Attached Storage的缩写,通常翻译为网络附加存储。NAS作为一种概念是1996年从美国硅谷提出的,其主要特征是把存储设备和网络接口,现在主要是以太网技术,集成在一起,直接通过以太网网络存取数据。也就是说,把存储功能从通用文件服务器中分离出来,使其更加专门化,从而获得更高的存取效率,更低的存储成本。

NAS设备近两年开始流行,可靠稳定的性能、特别优化的文件管理系统和低廉的价格使NAS市场得到了一定的增长。NAS作为一个网络附加存储设备,采用了信息技术中的流行技术-嵌入式技术。嵌入式技术的采用,使得NAS具有无人值守、高度职能、性能稳定、功能专一的特点。

NAS设备内置优化的独立存储操作系统,可以有效、紧密地释放系统总线资源,全力支持I/O存储,同时NAS设备一般集成本地的备份软件,可以不经过服务器将NAS设备中的重要数据进行本地备份,而且NAS设备提供硬盘RAID、冗余的电源和风扇以及冗余的控制器,可以满足保证NAS的稳定应用。

NAS设备主要用来实现在不同操作系统平台下的文件共享应用,与传统的服务器或DAS存储设备相比,NAS设备的安装、调试、使用和管理非常简单,采用NAS可以节省一定的设备管理与维护费用。NAS设备提供 RJ- 45 接口和单独的IP地址,可以将其直接挂接在主干网的交换机或其它局域网的Hub上,通过简单的设置(如设置机器的IP地址等)就可以在网络即插即用地使用NAS设备,而且进行网络数据在线扩容时也无需停顿,从而保证数据流畅存储。

在NAS应用里,用户无需改造现有网络,就可通过不同的网络协议可进入相同的文档,NAS设备就可无缝混合应用在多种操作系统平台下。另外,NAS对于已建立的网络的用户来说也不存在任何威胁,NAS设备完全融合在已建立起来的网络中,它可以作为独立的数据存储设备搭配其它的各种服务器,既保护了用户的原有投资,又将整个网络的性能提高到一个新的层次。此外,NAS设备采用集中式存储结构,摒弃了DAS的分散存储方式,网络管理员可以方便地管理数据和维护设备。

NAS是在用户的局域网(LAN)上,以文件为单元,进行数据存取,也就是说利用网络文件系统、 TCP/IP协议、以太网络设施,实现数据存取。以太网是目前绝大部分用户都采用的局域网络技术,NAS模式可以充分利用用户现有的局域网络设施,大大节省了用户在存储上的投资,这是NAS的一个优点。但这同样是NAS的一个弱点,以太网络的带宽目前是1Gbit/s ,和SCSI的160MB/s ,与FC(光纤通道)的2Gbit/s相比,差距不小。并且 TCP/IP的帧传输方式,使得带宽利用率不高,一般情况下,NAS设备的数据传输带宽仅能达到9~15MB/s ,另外,NAS是在 TCP/IP技术上,以文件为单元进行传输, TCP/IP在帧传输时的丢包,也限制了NAS的速度,甚至威胁到数据唯一性和安全,速度、安全、性能成为NAS的一个弱点。目前大部分的(70%)数据都是基于关系型数据库进行存储的,关系型数据库在操作上,需要实时高速的数据读取和存储,一般数据库都采用“块”(Block)的方式进行数据传输,这样NAS就无法进行数据应用的主流:数据库应用上。

从趋势上看, TOE(TCP/IP Offload Engine)技术已经逐步成熟,Intel 、 Adaptec公司都已经有了成熟的产品,并将逐步应用在网络适配器上。同时,iSCSI 技术的产品方案也逐步成熟,这两种技术将大大推进NAS的应用。

SAN

1991年,IBM公司在S/390服务器中推出了ESCON(Enterprise System Connection)技术,它是基于光纤介质,最大传输速率达17MB/s的服务器访问存储器的一种连接方式。在此基础上,进一步推出了功能更强的 ESCON Director(一种FC Switch) ,构建了一套最原始的SAN系统。

为了更好的满足从容量、性能、可用性、数据安全、数据共享、数据整合等方面的应用,对存储提出的要求,必须采用网络化的存储体系。存储网络化顺应了计算机服务器体系结构网络化的趋势,即目前的内部总线架构将逐渐走向消亡,形成交换式(fabrics)网络化发展方向的趋势。我们知道,最初数据存储、计算处理和I/O是合为一体的,而目前数据存储部分已经独立出来,未来将是I/O和计算处理的进一步分离,形成数据存储、计算处理、I/O吞吐三足鼎立的局面,这就是真正的服务器网络化体系结构, HPS(High performance server ,高性能服务器)和存储区域网络(SAN) ,是这种趋势的两个重要体现。

SAN,是Storage Area Network的缩写,即“存储区域网络”。SAN专注于企业级存储的特有问题。当前企业存储方案所遇到的两个问题是:数据与应用系统紧密结合所产生的结构性限制,以及目前小型计算机系统接口(SCSI)标准的限制。SAN中,存储设备通过专用交换机到一群计算机上。在该网络中提供了多主机连接,允许任何服务器连接到任何存储阵列,让多主机访问存储器和主机间互相访问一样方便,这样不管数据置放在那里,服务器都可直接存取所需的数据。同时,随着存储容量的爆炸性增长,SAN也允许企业独立地增加它们的存储容量。

SAN的支撑技术是光纤通道——— Fibre Channel(FC)技术,FC是ANSI为网络和通道I/O接口建立的一个标准集成。支持HIP PI 、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。

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,可以实现DAS应用。 FC-XS交换式架构下,主机和存储装置之间透过智能型的光纤通道交换器连接,并存储网络的管理软件统一管理,这种方式就是SAN。

因为采用了FC技术,SAN具有更高的带宽。FC使用全双工串行通信原理传输数据,在1Gb标准下,传输速率高达1062.5Mbps ,即为100MB/S,双环可达200MB/S ,2Gb下,上述数字将翻倍。FC标准下可以通过同轴线、光纤介质进行设备间的信号传输,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,这使得在SAN模式下实现物理上分离的、不在机房的存储变得非常容易。

现在SAN应用需求量逐步增大、成本在逐步降低,更重要的是,随着FC-SW标准的确立,2GbFC标准下的各种SAN设备已解决了互操作性问题,这已从成本和技术上解决了SAN的应用瓶颈。因为SAN解决方案是从基本功能剥离出存储功能,所以运行备份操作就无需考虑它们对网络总体性能的影响。SAN方案简化了管理和集中控制,这对于全部存储设备都集中在信息中心,很有意义。

SAN主要用于存储量大的工作环境,如电信、银行、电子政务的信息中心等。随着各种用户数据量的剧增,对存储在可用性、可扩展性、管理性上要求的提高,SAN的应用将更加光明。光纤通道标准目前是建立SAN架构的唯一选择,但是随着新技术和市场的双重作用,将来可能会用万兆以太网和/或InfiniBand架构(简称IBA)来实现SAN。

技术,没有最好,只有更好

总的来说,DAS、NAS、SAN三种存储模式,已经很好地满足目前企业信息化应用在单服务器扩容、服务器双机高可用集群、高性能、高可用、高扩展的网络存储和简单易用的网络文件共享等方面的需求。随着信息化建设朝深度和广度发展,新兴的存储模式也必将会逐步走向普及应用。

SCSI协议、TCP/IP传输协议、以太网连接协议、光纤物理连接技术,是成熟的协议和技术,已经在各种网络应用中得到普及。现在,存储厂商在考虑如何把上述各种技术有效整合在一起,使得存储能够在Internet范围内统一应用。历史上,SCSI实现了物理连接和数据传输,使得DAS这种模式得到了普及。从1997年开始出现的 FC(Fibre Channel)则是这种有效整合的最好尝试,FC是利用光纤实现物理连接,利用SCSI协议实现数据传输。1999年出现的NAS模式,只不过是利用以太网连接、TCP/IP传输协议、网络文件系统,实现了局域网上的文件级数据传输,这种方式并不是标准的创新,只是存储系统产品的创新而已。

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