常用網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)分析

0中小型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)隨著互聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息資源呈現(xiàn)出高度復(fù)雜性的趨勢(shì)。高效存儲(chǔ)、管理和高效使用數(shù)據(jù)已成為公司必須關(guān)注的問題，網(wǎng)絡(luò)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求也大幅提高。因此,網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前,存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展,使得存儲(chǔ)系統(tǒng)在容量、I/0性能、擴(kuò)展性、開放性等方面都有了顯著的提高和改善。下面主要分析以下幾種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù):NAS、SAN、FC-SAN、IPSAN、SCSI-SASI及虛擬存儲(chǔ),并對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行比較。1scsi連接器這種方式是將存儲(chǔ)設(shè)備通過SCSI電纜直接連到服務(wù)器,其本身是硬件的堆疊,存儲(chǔ)操作依賴于服務(wù)器,不帶有任何存儲(chǔ)操作系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。此種方式中,由于直接將存儲(chǔ)設(shè)備連接到服務(wù)器上。這導(dǎo)致它有以下幾方面的缺點(diǎn):a)傳遞距離:一般SCSI電纜允許的傳遞距離最大為25m。湖南省教育科學(xué)規(guī)劃“十一五”課題“知識(shí)服務(wù)型教學(xué)資源庫管理平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)”階段性成果(課題批準(zhǔn)號(hào):XJK08BXJ001),湖南省博士后科研專項(xiàng)資助計(jì)劃項(xiàng)目(課題批準(zhǔn)號(hào):2008RS4005)b)連接數(shù)量:一方面,SCSI連接器的尺寸限制了連接服務(wù)器的數(shù)量;另一方面,每臺(tái)服務(wù)器最多也只能連接16個(gè)SCSI陣列。c)傳輸速率:目前并行SCSI最大運(yùn)行速度為320Mbit/s,且只能以半雙工方式。在網(wǎng)絡(luò)帶寬足夠的情況下,服務(wù)器本身成為數(shù)據(jù)輸入輸出的瓶頸。因此,當(dāng)存儲(chǔ)容量增加時(shí),DAS方式很難擴(kuò)展,這對(duì)存儲(chǔ)容量的升級(jí)是一個(gè)巨大的瓶頸;另一方面,由于數(shù)據(jù)的讀取都要通過服務(wù)器來處理,必然導(dǎo)致服務(wù)器的處理壓力增加,數(shù)據(jù)處理和傳輸能力將大大降低。此外,當(dāng)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí),也會(huì)波及到存儲(chǔ)數(shù)據(jù),使其無法使用。2客戶機(jī)與存儲(chǔ)NAS是一種特殊的專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器,它對(duì)文件服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化并加上大容量存儲(chǔ),以文件I/0方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,是一種專用的網(wǎng)絡(luò)文件存儲(chǔ)及備份設(shè)備。NAS以數(shù)據(jù)為中心,將存儲(chǔ)設(shè)備與其它應(yīng)用服務(wù)器分離,體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。存儲(chǔ)設(shè)備在功能上完全獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)中的其它應(yīng)用服務(wù)器?？蛻魴C(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備之間可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問而不需要文件(應(yīng)用)服務(wù)器的干預(yù),因此不僅響應(yīng)速度快,而且數(shù)據(jù)傳輸速率很高;同時(shí)也降低對(duì)服務(wù)器的要求和成本,這樣使得NAS的部署更加方便且性價(jià)比較高。雖然NAS具有較好的可擴(kuò)展性、可訪問性、低價(jià)位、部署簡(jiǎn)單、易于管理等優(yōu)點(diǎn),但也存在著以下不足:a)在文件訪問的速度方面:NAS采用的是文件I/O方式,這帶來巨大的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開銷。正是基于這個(gè)原因,NAS不適合對(duì)訪問速度要求高的應(yīng)用場(chǎng)合,如數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、在線事務(wù)處理等。b)在數(shù)據(jù)備份方面:需要占用LAN的帶寬,浪費(fèi)寶貴的網(wǎng)絡(luò)資源,嚴(yán)重時(shí)甚至影響客戶應(yīng)用的順利進(jìn)行。c)在資源的整合和NAS的管理方面:NAS只能對(duì)單個(gè)存儲(chǔ)(單個(gè)NAS內(nèi)部)設(shè)備之中的磁盤進(jìn)行資源的整合,目前還無法跨越不同的NAS設(shè)備。難以將多個(gè)NAS設(shè)備整合成一個(gè)統(tǒng)一的存儲(chǔ)池,因而難以對(duì)多個(gè)NAS設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的集中管理,只能進(jìn)行單獨(dú)管理。3存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)fcskSAN是通過高速專用網(wǎng)絡(luò)將一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器連接起來的專用存儲(chǔ)系統(tǒng)。它沒有采用文件共享存取方式,而是采用塊(block)級(jí)別存儲(chǔ)。根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸過程采用的協(xié)議,可分為FC(光纖通道)SAN和IPSAN。FCSAN存儲(chǔ)系統(tǒng)位于服務(wù)器后端,采用FC協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù),是為連接服務(wù)器、磁盤陣列等存儲(chǔ)設(shè)備而建立的高性能專用網(wǎng)絡(luò)。FCSAN由三個(gè)基本的組件構(gòu)成:接口(SCSI、FC)、連接設(shè)備(Switch、Router)和協(xié)議(IP、SCSI)。這三個(gè)組件再加上附加的存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器就構(gòu)成一個(gè)SAN系統(tǒng),體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。FCSAN提供一個(gè)專用的、高可靠性的基于光通道的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò),將存儲(chǔ)設(shè)備從傳統(tǒng)的以太網(wǎng)中分離出來,成為獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò),服務(wù)器可以訪問存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)上的任何存儲(chǔ)設(shè)備,同時(shí)存儲(chǔ)設(shè)備之間以及存儲(chǔ)設(shè)備與SAN交換機(jī)之間也可以進(jìn)行通信。FCSAN存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn):a)可實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)設(shè)備共享。b)可實(shí)現(xiàn)性能服務(wù)器與高速存儲(chǔ)設(shè)備的高速互聯(lián)。c)可實(shí)現(xiàn)靈活的存儲(chǔ)設(shè)備配置要求。d)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速備份。e)提高了數(shù)據(jù)的可靠性和安全性。FCSAN也存在著一些不足:a)設(shè)備的互操作性較差。一般情況下,不同的產(chǎn)品提供商的光纖通道協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)不同,這導(dǎo)致了不同產(chǎn)品之間難以互相訪問。b)構(gòu)建和維護(hù)SAN需要有豐富經(jīng)驗(yàn)并接受過專門訓(xùn)練的專業(yè)人員,加大了構(gòu)建和維護(hù)費(fèi)用。c)在異構(gòu)環(huán)境下的文件共享方面,SAN中存儲(chǔ)資源的共享一般指的是不同平臺(tái)下的存儲(chǔ)空間的共享而非數(shù)據(jù)文件的共享。d)連接距離受限(10km左右)且網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備昂貴。這些都阻礙了SAN技術(shù)的普及應(yīng)用和推廣。IPSAN是基于IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)塊級(jí)別存儲(chǔ)方式的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò),它允許用戶在已有的以太網(wǎng)上創(chuàng)建存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò),并可在任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上實(shí)施部署,因此保存的數(shù)據(jù)量更大。IPSAN采用10G以太網(wǎng)交換機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的專用存儲(chǔ)交換機(jī),降低了部署成本;同時(shí)采用傳統(tǒng)的IP協(xié)議,突破了傳輸距離的限制。在IPSAN存儲(chǔ)領(lǐng)域中,較為成熟的是iSCSI(Internet小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)技術(shù)。iSCSI是基于IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的SAN架構(gòu),它既具有IP網(wǎng)絡(luò)配置和管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又提供了SAN架構(gòu)所擁有的強(qiáng)大功能和擴(kuò)展性。iSCSI是連接到一個(gè)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的直接尋址的存儲(chǔ)庫,通過使用TCP/IP協(xié)議對(duì)SCSI指令進(jìn)行封裝,可以使指令能夠通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,而過程完全不依賴于地點(diǎn)。iSCSI存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn):a)建立在SCSI、TCP/IP這些穩(wěn)定和熟悉的標(biāo)準(zhǔn)上,安裝成本和維護(hù)費(fèi)用較低。b)iSCSI支持一般的以太網(wǎng)交換機(jī)而不是特殊的光纖通道交換機(jī),從而降低了構(gòu)建成本。c)iSCSI通過IP傳輸存儲(chǔ)命令,因此可以在整個(gè)Internet上傳輸,沒有距離限制。iSCSI存儲(chǔ)的缺點(diǎn):a)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)是同一個(gè)物理接口,同時(shí)協(xié)議本身的開銷較大。b)協(xié)議本身需要頻繁地將SCSI命令封裝到IP包中,以及從IP包中將SCSI命令解析出來,這兩個(gè)因素都造成了帶寬的占用和主處理器的負(fù)擔(dān)。但是隨著專門處理iSCSI指令的芯片的出現(xiàn)以及10G以太網(wǎng)的普及,這兩個(gè)問題將得到緩解。因此,iSCSI有著較好的發(fā)展空間。3.3fcsa設(shè)備的穩(wěn)定性分析FCSAN和IPSAN基于協(xié)議的不同,其區(qū)別比較明顯:a)網(wǎng)絡(luò)速度方面:FCSAN一般提供1Gbit/s、2Gbit/s、4Gbit/s的帶寬,而IPSAN能提供的帶寬主要受LAN和WAN的影響,在千兆以太網(wǎng)中能提供1Gbit/s,隨著千兆以太網(wǎng)的成熟,將可以提供10Gbit/s的帶寬。b)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面:FCSAN需要構(gòu)建一個(gè)獨(dú)立的光纖網(wǎng)絡(luò),每臺(tái)服務(wù)器都要增加HBA卡(主機(jī)總線適配器),而IPSAN使用現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)。c)傳輸距離方面:FCSAN受到光纖傳輸距離的限制最多10km,而IPSAN理論上沒有距離限制。d)使用和維護(hù)方面:FCSAN技術(shù)較復(fù)雜,建立時(shí)需要專業(yè)人員進(jìn)行,維護(hù)需要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)和學(xué)習(xí),而IPSAN與其它IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一樣操作簡(jiǎn)單。e)成本方面:FCSAN需要購買光纖交換機(jī)、HBA卡、光纖磁盤陣列等,這些設(shè)備都非常昂貴,構(gòu)建和維護(hù)時(shí)需要有豐富經(jīng)驗(yàn)并接受過專門訓(xùn)練的專業(yè)人員,這大大增加了構(gòu)建和維護(hù)費(fèi)用,而IPSAN的成本要低得多。f)兼容性方面:FCSAN設(shè)備的互操作性較差,不同的產(chǎn)品提供商的光纖通道協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)是不同的,這造成了不同產(chǎn)品之間難以互相操作。而IPSAN可以將存儲(chǔ)設(shè)備合并為存儲(chǔ)池,能很好地整合各種存儲(chǔ)設(shè)備,同時(shí)有效保護(hù)了以往的投資。g)容災(zāi)方面:FCSAN需要另外購買與高端設(shè)備搭配的容災(zāi)軟件,而IPSAN本身包括本地和異地?cái)?shù)據(jù)容災(zāi)的功能,且成本較低。雖FCSAN和IPSAN與其它NAS相比具有較大優(yōu)勢(shì),但對(duì)需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用來說,串行技術(shù)將解決傳統(tǒng)并行技術(shù)所面臨的性能瓶頸問題。SAS是新一代的SCSI技術(shù),是對(duì)SCSI技術(shù)的深刻變革,它既利用了已經(jīng)在實(shí)踐中驗(yàn)證的SCSI功能與特性,又以此為基礎(chǔ)引入了SAS擴(kuò)展器。它是在并行SCSI接口之后開發(fā)出的全新接口,作為并行SCSI的后繼技術(shù),SAS能夠?yàn)槠髽I(yè)級(jí)存儲(chǔ)應(yīng)用提供更高的性能、更好的可擴(kuò)展性和可靠性,因此iSCSI-SAS技術(shù)將極大地改變企業(yè)存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部架構(gòu)。由于成本大幅降低和效能的提高,SeriaAttachedSCSI磁盤將取代ParallelSCSI甚至部分光纖磁盤,成為未來企業(yè)存儲(chǔ)系統(tǒng)或服務(wù)器磁盤的主流。與SATA(串行高級(jí)技術(shù)附件)是ATA的串行標(biāo)準(zhǔn)一樣,SAS是SCSI總線協(xié)議的串行標(biāo)準(zhǔn)。SAS標(biāo)準(zhǔn)中添加了SATA隧道協(xié)議,因此SAS的接口技術(shù)可以向下兼容SATA,但SATA系統(tǒng)不兼容SAS。系統(tǒng)開發(fā)人員可以靈活地在系統(tǒng)中集成SAS或SATA設(shè)備。SAS存儲(chǔ)陣列的高性能,使得SAS具有更廣闊的應(yīng)用前景。5統(tǒng)一虛擬化存儲(chǔ)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的DAS發(fā)展到NAS和SAN,將存儲(chǔ)系統(tǒng)由總線連接模式擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)連接模式,存儲(chǔ)系統(tǒng)的規(guī)模由總線擴(kuò)展到局域網(wǎng)、廣域網(wǎng),甚至是Internet。存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)的變化使得存儲(chǔ)系統(tǒng)的規(guī)模越來越大,在這樣的大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)中,往往存在不同體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)子系統(tǒng)或者異構(gòu)存儲(chǔ)設(shè)備共存的狀況,如何高效地管理這種大規(guī)模的存儲(chǔ)系統(tǒng)和其中的數(shù)據(jù)成為困擾業(yè)界的重大問題。統(tǒng)一虛擬化存儲(chǔ)這一概念就是在這種情況下產(chǎn)生的,它可以對(duì)現(xiàn)有的各種存儲(chǔ)設(shè)備和存儲(chǔ)子系統(tǒng)進(jìn)行整合,對(duì)存儲(chǔ)管理進(jìn)行優(yōu)化,為管理大規(guī)模存儲(chǔ)提供了新的途徑。統(tǒng)一虛擬存儲(chǔ)一般認(rèn)為是將不同廠商的FCSAN、NAS、IPSAN、DAS等各類存儲(chǔ)資源整合起來,形成一個(gè)統(tǒng)一管理、監(jiān)控和使用的公用存儲(chǔ)池。虛擬存儲(chǔ)的實(shí)質(zhì)是資源共享,因此,統(tǒng)一虛擬存儲(chǔ)的任務(wù)有兩點(diǎn):其一是如何進(jìn)一步增加可共享的存儲(chǔ)資源的數(shù)量;其二是如何通過有效的機(jī)制在現(xiàn)有存儲(chǔ)資源基礎(chǔ)上提供更好的服務(wù)。從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看,存儲(chǔ)虛擬化有三種途徑:基于主機(jī)的虛擬化存儲(chǔ)、基于存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬化存儲(chǔ)以及基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化存儲(chǔ)。目前還沒有形成存儲(chǔ)虛擬化的標(biāo)準(zhǔn),存儲(chǔ)廠商一般根據(jù)自己所掌握的核心技術(shù)來提供虛擬化存儲(chǔ)解決方案,這導(dǎo)致了對(duì)存儲(chǔ)虛擬化的定義存在差異?？蛋卣J(rèn)為存儲(chǔ)虛擬化是對(duì)存儲(chǔ)的抽象,它運(yùn)用塊映射技術(shù),將虛擬磁盤的邏輯塊映射到實(shí)際存儲(chǔ)設(shè)備上。這種映射操作對(duì)用戶完全透明,它把存儲(chǔ)設(shè)備轉(zhuǎn)化為邏輯塊使用,從而簡(jiǎn)化存儲(chǔ)器的管理和配置工作。6