网络存储技术比较研究(网络存储的现状及发展趋势的论文)

摘　要：随着信息技术的飞速发展，网络存储已成为信息社会不可或缺的关键技术之一，本文深入分析网络存储技术的现状及存在的问题，重点讨论当前网络存储的两大主流技术NAS和SAN的主要的特点，相对于传统网络存储技术他们的优缺点，最后，提出一些较高可行性的存储解决方案。

关键词：网络存储；NAS；FC SAN；IP SAN

回顾计算机技术的发展历程，不难发现计算机核心技术主要有三次大的迁移，计算机发明初期由于主要用于科学计算，因此中央处理器CPU的计算能力是研究的核心技术；随后计算机网络大面积应用，使计算机通信成为耗费时间最多的事件，因此如何提高网络带宽的技术成为热点；现今，计算机的主要应用模式己转化为数据的存储和访问，存储技术业已成为计算机核心热点技术。
　　受机械部件自身性能的限制，磁盘存储设备数据访问时间平均每年只提高7％～10%，而数据传输率也只是以每年提高20%的速度发展。根据摩尔定律，计算机中央处理器和内存以平均每18个月增长一倍的速度发展。根据吉尔德定律，网络带宽以每6个月增长一倍的速度发展。很显然处理器、网络带宽和磁盘IO之间的性能差距越来越大，而计算机系统性能的提高受限于系统中最慢的部件。因此，数据的存取速度己经成严重影响计算机系统的性能。传统的存储技术难以解决这一问题，采用新的存储技术，提高数据存储的I/O性能的需求越来越迫切。

１　直接附加存储(Direct Attached Storage，DAS )
　　直接附加存储，是传统的存储模式，以服务器为中心的存储结构，将存储设备通过传统的I/O总线、SCSI接口或光纤通道直接接驳到服务器上使用，数据的读写、存储直接发送到存储设备端。DAS不带操作系统，所有的输入输出操作都要通过服务器实现。如果需要访问存储器上的数据，必须先给文件服务器发送请求信息。
　　DAS的主要优点是特别适合地理上分散分布的服务器环境和存储系统必须直连到应用服务器上的场合。
　　DAS的不足一是安装、调试比较烦琐 , 也没有独立的存储操作系统，易造成网络瘫痪。二是因DAS采用异地备份 , 所以备份操作复杂。三是虽然DAS依靠双服务器实现双机容错功能 ,但若两台服务器同时出故障 , 则无法进行正常数据存储。
　　
２　网络附加存储（Network Attached　Storage，NAS）
　　网络附加存储是提供文件级服务的存储设备，通过标准的网络拓扑结构连接到一组计算机上，通过网络文件系统（NFS）或者基于I P网络的网络文件协议等标准的协议提供文件级的数据访问。NAS实际是一种带有网络文件瘦服务器的存储设备。
　　NAS是以存储设备为中心，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。
　　NAS 的优点：一是易于安装的即插即用性。NAS内置了网卡，通过交换机直接连接到网络中，基本上不需特别设置就可支持多个计算机平台使用。二是极易部署性。NAS 设备可放置于任何地方，只通过网络连接，用户可直接在网络上存取数据。这既减轻了应用服务器的系统开销，又显著改善了网络性能。三是安全性高。NAS通常将操作系统驻留在主板芯片内，大大提高了整个系统的稳定性和病毒防犯能力。四是扩充方便。NAS 设备本身内置了多个 I/O 接口，使扩充其存储容量极为方便，同时也允许在网络中自由增加 NAS 设备。NAS 为当今异构平台使用统一存储系统提供了解决方案。
　　NAS 的不足：一是NAS同样采用普通数据网络传输备份和恢复，备份时网络带宽的消耗较大，当网络上有其他大数据流量时会严重影响系统性能。二是由于存储数据通过普通数据网络传输， 因此易产生数据泄漏安全问题。三是NAS存储只能以文件方式访问，而不能直接访问物理数据块，因此对事务处理和数据库等应用无能为力。

３　存储区域网络（Storage Area Network，SAN）
　　网络存储的主角SAN是一种以数据存储为中心，面向网络的存储结构。目前常见的可使用SAN技术主要有两种，一种是采用的是光通道（FC，Fiber Channel）技术，即FC SAN；另外一种技术是利用基于高速以太网协议（TCP/IP协议）的互联网小型计算机系统接口（iSCSI）技术，即IP SAN。
（１）FC SAN
　　FC SAN通过一个或多个光纤通道交换机以网络拓扑形式为主机服务器和存储设备提供互联。FC SAN 实际是一种专门为存储建立的独立于TCP/IP 网络之外的专用网络。它的核心是 FC（Fiber Channel） ，其中的服务器和存储系统各自独立，地位平等 ，SAN 的接口通常不是以太网，而是小型计算机系统接口（SCSI）、串行存储结构（SSA）、企业系统连接 (ESCON)、高性能并行接口（HIPPI）或是光纤通道。通过光纤设备进行连接，使用FC通讯协议的SAN网络我们称为FC SAN。
　　FC SAN的优点：一是允许用户独立增加存储容量，当数据容量增大时，可以随时追加存储空间，相比传统的存储架构SAN有更为出色的可扩展性优势。SAN可不停止系统运行进行应用服务器和存储资源的追加和置换。二是具有更高的带宽。因采用了光纤接口，利用光纤通道技术，SAN传输数据效率更高，特别是在传输大数据块时。三是显著减少备份和恢复的时间，可以灵活地进行时间表/权限管理以及备份/灾难恢复控制，容易通过计划任务使备份数据免除人为干预，同时减少网络上的信息流量。四是管理更为方便。SAN采用的集中式管理软件允许远程配置、监管和无人值守运行。五是SAN使用RAID硬件或软件确保存储的可靠性，从使用方面来讲，在很大程度上提高了系统的可靠性和可用性。
　　FC SAN 的不足：一是价格昂贵。不论是 ＳＡＮ 阵列柜还是光纤通道交换机价格都很昂贵，就连服务器上使用的光通道卡的价格也是不易被小型企业所接受；二是由于必须单独建立光纤网络，因此异地扩展比较困难；三是虽然光纤通道技术标准存在，但SAN本身缺乏统一标准，所以多个厂商生产的SAN产品互操作性极差。目前，一些 SAN 厂商试图通过SNIA 等国际组织来制定统一的SAN产品标准，以便逐步解决互操作问题。
（２）IP SAN
　　随着数据在远程存储需求的扩大，网络存储领域产生了一些新的技术热点，互联网小型计算机系统接口（iSCSI）技术就是其中之一，iSCSI协议利用普通的 TCP/IP网来传输本该用SAN来传输的SCSI数据块，从而达到通过网络进行I/O操作的目的，我们称为基于IP协议的SAN。
　　IP SAN既有同NAS一样的前端管理部分，又能像SAN一样提供裸设备供主机使用。相对于需要单独建立光纤网络的FC SAN，IP SAN的成本要少很多。同时随着千兆网的普及，万兆网也逐渐的进入主流，使 IP SAN 的速度相对 FC　SAN 来说并没有太大的劣势。
　　IP SAN的优点：一是IP SAN融合了FC SAN和NAS的优势，使网络存储更为高效、同时又大大的降低了成本，提高了系统的灵活性。二是iSCSI协议整合了现有的主流存储协议SCSI和主流网络协议TCP/IP，实现了存储和网络的无缝融合。
　　IP SAN的不足：一是当前能提供完整的IP SAN解决方案的厂商较少，同时对管理者技术要求也高；二是通过普通网卡存取iSCSI数据时，解码成SCSI需要中央处理器进行运算，无形中增加了系统的性能开销；三是由于使用数据网络存取，存取速度要受网络运行状况的影响。
下表进一步总结了这四种网络存储技术的主要区别。

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ＤＡＳ

ＮＡＳ

ＦＣ　ＳＡＮ

ＩＰ　ＳＡＮ

成本

最低

较低

最高

较高

数据传输速度

快

慢

极快

较快

可扩展性

无扩展性

较低扩展性

易于扩展

最易扩展

对服务器访问方式

直接访问存储数据块

以文件方式访问

直接访问存储数据块

直接访问存储数据块

服务器开销

低

较低

低

较高

数据安全性

高

低

高

低

是否集中管理存储

否

是

是

是

数据备份效率

低

较低

高

较高

网络传输协议

无

ＴＣＰ／ＩＰ

ＦＣ

ＴＣＰ／ＩＰ

４　结束语
　　通过以上比较研究， 四种网络存储技术各有优劣。对于小型且服务较为集中的商业企业，可采用简单的 DAS 技术方案 。对于中小型商业企业，他们服务器数量比较少，有一定的数据集中管理需求，但没有大型数据库需求，NAS具有安装管理方便、价格平民化等优点，自然成为存储的优选方案。特别是对于部门服务器或独立工作组级的客户，更能充分享受NAS性能价格比的好处。
　　对于大中型商业企业，FC SAN和IP SAN则是较好的选择。如果希望使用存储的服务器相对比较集中， 且对系统性能要求极高，可考虑采用FC SAN技术方案。FC SAN一直以来是构建存储网络的首选，以性能稳定可靠，技术成熟著称，在关键应用领域的高可靠性毋庸置疑。对于希望使用存储的服务器相对比较分散，又对性能要求不是很高的，可以考虑采用IP SAN技术方案。IP SAN在近年有了较快发展，很多厂商的IP SAN产品销路很好，IP SAN的市场份额有了较大的增长，不过总体来说，目前仍然还是FC SAN占据上风，它广泛的用于商业企业级数据存储、服务器集群、远程灾难恢复、Internet数据服务等多个领域。

参考文献：
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[2] 何丰如. 网络存储主流技术及其发展趋势. 广东广播电视大学学报 , 2009,(02)
[3] 朱晓虹. SAN存储技术在校园网络系统中的应用. 鸡西大学学报, 2009，(05)
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