DAS、NAS、SAN

diandianrong

存储入门：图文阐释DAS、NAS、SAN
  DoSTOR　◎ 　2006-09-22　存储在线
    目前磁盘存储市场上，存储分类（如下表一）根据服务器类型分为：封闭系统的存储和开放系统的存储，封闭系统主要指大型机，AS400等服务器，开放系统指基于包括Windows、UNIX、Linux等操作系统的服务器；开放系统的存储分为：内置存储和外挂存储；开放系统的外挂存储根据连接的方式分为：直连式存储（Direct-Attached Storage，简称DAS）和网络化存储（Fabric-Attached Storage，简称FAS）；开放系统的网络化存储根据传输协议又分为：网络接入存储（Network-Attached Storage，简称NAS）和存储区域网络（Storage Area Network，简称SAN）。由于目前绝大部分用户采用的是开放系统，其外挂存储占有目前磁盘存储市场的70%以上，因此本文主要针对开放系统的外挂存储进行论述说明。
  
   表一：


      今天的存储解决方案主要为：直连式存储（DAS）、存储区域网络（SAN）、网络接入存储（NAS）。如下表二：

  
    开放系统的直连式存储（Direct-Attached Storage，简称DAS）已经有近四十年的使用历史，随着用户数据的不断增长，尤其是数百GB以上时，其在备份、恢复、扩展、灾备等方面的问题变得日益困扰系统管理员。
  
    主要问题和不足为：
    直连式存储依赖服务器主机操作系统进行数据的IO读写和存储维护管理，数据备份和恢复要求占用服务器主机资源（包括CPU、系统IO等），数据流需要回流主机再到服务器连接着的磁带机（库），数据备份通常占用服务器主机资源20-30%，因此许多企业用户的日常数据备份常常在深夜或业务系统不繁忙时进行，以免影响正常业务系统的运行。直连式存储的数据量越大，备份和恢复的时间就越长，对服务器硬件的依赖性和影响就越大。
  
    直连式存储与服务器主机之间的连接通道通常采用SCSI连接，带宽为10MB/s、20MB/s、40MB/s、80MB/s等，随着服务器CPU的处理能力越来越强，存储硬盘空间越来越大，阵列的硬盘数量越来越多，SCSI通道将会成为IO瓶颈；服务器主机SCSI ID资源有限，能够建立的SCSI通道连接有限。
  
    无论直连式存储还是服务器主机的扩展，从一台服务器扩展为多台服务器组成的群集(Cluster)，或存储阵列容量的扩展，都会造成业务系统的停机，从而给企业带来经济损失，对于银行、电信、传媒等行业7×24小时服务的关键业务系统，这是不可接受的。并且直连式存储或服务器主机的升级扩展，只能由原设备厂商提供，往往受原设备厂商限制。
  
    存储区域网络（Storage Area Network，简称SAN）采用光纤通道（Fibre Channel）技术，通过光纤通道交换机连接存储阵列和服务器主机，建立专用于数据存储的区域网络。SAN经过十多年历史的发展，已经相当成熟，成为业界的事实标准（但各个厂商的光纤交换技术不完全相同，其服务器和SAN存储有兼容性的要求）。SAN娲⒉捎玫拇?宽??00MB/s、200MB/s，发展到目前的1Gbps、2Gbps。
  
    网络接入存储（Network-Attached Storage，简称NAS）采用网络（TCP/IP、ATM、FDDI）技术，通过网络交换机连接存储系统和服务器主机，建立专用于数据存储的存储私网。随着IP网络技术的发展，网络接入存储（NAS）技术发生质的飞跃。早期80年代末到90年代初的10Mbps带宽，网络接入存储作为文件服务器存储，性能受带宽影响；后来快速以太网（100Mbps）、VLAN虚网、Trunk(Ethernet Channel) 以太网通道的出现，网络接入存储的读写性能得到改善；1998年千兆以太网（1000Mbps）的出现和投入商用，为网络接入存储（NAS）带来质的变化和市场广泛认可。由于网络接入存储采用TCP/IP网络进行数据交换，TCP/IP是IT业界的标准协议，不同厂商的产品（服务器、交换机、NAS存储）只要满足协议标准就能够实现互连互通，无兼容性的要求；并且2002年万兆以太网（10000Mbps）的出现和投入商用，存储网络带宽将大大提高NAS存储的性能。NAS需求旺盛已经成为事实。首先NAS几乎继承了磁盘列阵的所有优点，可以将设备通过标准的网络拓扑结构连接，摆脱了服务器和异构化构架的桎梏；其次，在企业数据量飞速膨胀中，SAN、大型磁带库、磁盘柜等产品虽然都是很好的存储解决方案，但他们那高贵的身份和复杂的操作是资金和技术实力有限的中小企业无论如何也不能接受的。NAS正是满足这种需求的产品，在解决足够的存储和扩展空间的同时，还提供极高的性价比。因此，无论是从适用性还是TCO的角度来说，NAS自然成为多数企业，尤其是大中小企业的最佳选择。
  
    NAS与SAN的分析与比较
  
    针对I/O是整个网络系统效率低下的瓶颈问题，专家们提出了许多种解决办法。其中抓住症结并经过实践检验为最有效的办法是：将数据从通用的应用服务器中分离出来以简化存储管理。

    由图1可知原来存在的问题：每个新的应用服务器都要有它自己的存储器。这样造成数据处理复杂，随着应用服务器的不断增加，网络系统效率会急剧下降。
  
  图 2

    从图2可看出：将存储器从应用服务器中分离出来，进行集中管理。这就是所说的存储网络（Storage Networks）。
  
  　　使用存储网络的好处：
  
  　　统一性：形散神不散，在逻辑上是完全一体的。
  　　实现数据集中管理，因为它们才是企业真正的命脉。
  　　容易扩充，即收缩性很强。
  　　具有容错功能，整个网络无单点故障。
  
    专家们针对这一办法又采取了两种不同的实现手段，即NAS（Network Attached Storage）网络接入存储和SAN(Storage Area Networks)存储区域网络。
  
  　　NAS：用户通过TCP/IP协议访问数据，采用业界标准文件共享协议如：NFS、HTTP、CIFS实现共享。
  　　SAN：通过专用光纤通道交换机访问数据，采用SCSI、FC-AL接口。
  
  　　什么是NAS和SAN的根本不同点？
  　　NAS和SAN最本质的不同就是文件管理系统在哪里。如图：

  
    由图3可以看出，SAN结构中，文件管理系统（FS）还是分别在每一个应用服务器上；而NAS则是每个应用服务器通过网络共享协议（如：NFS、CIFS）使用同一个文件管理系统。换句话说：NAS和SAN存储系统的区别是NAS有自己的文件系统管理。
  
    NAS是将目光集中在应用、用户和文件以及它们共享的数据上。SAN是将目光集中在磁盘、磁带以及联接它们的可靠的基础结构。将来从桌面系统到数据集中管理到存储设备的全面解决方案将是NAS加SAN。

什么是SAN（Storage Area Storage，存储区域网）
SAN（Storage Area Storage，存储区域网）是一个高速的子网，这个子网中的设备可以从你的主网卸载流量。通常SAN由RAID阵列连接光纤通道（Fibre Channel）组成，SAN和服务器和客户机的数据通信通过SCSI命令而非TCP/IP，数据处理是“块级”（block level）。
什么是NAS（Network Attached Storage，网络附加存储）
NAS（Network Attached Storage，网络附加存储）的典型组成是使用TCP/IP协议的以太网文件服务器，数据处理是“文件级”（file level）。你可以把NAS存储设备附加在已经存在的太网上。
SAN与NAS区别
区分SAN与NAS最简单的方法是想想二者在技术上是如何实施的。NAS通常是一个服务器群：应用服务器、邮件服务器等等，存储设备易于附加在这个系统上。SAN多部署与电子商务应用中，大量的数据备份和其它业务需要在网上频繁地存储和传输；SAN可以从你的主网上卸掉大量的数据流量，可以使你的以太网从数据拥塞中解脱出来。
SAN、NAS技术的分析比较
目前存储市场主要有三种方式：DAS（Direct Attached Storage）、NAS(Network Attached Storage，网络附加存储)、SAN（ 存储区域网）。传统的直接存储的模式DAS是直接将存储设备连接到服务器上，一方面，当存储容量增加时，这种方式很难扩展；另一方面，当服务器出现异常时，会使数据不可获得。NAS和SAN的出现适应了网络正成为主要的信息处理模式的发展趋势。IBM大中华区存储事业部总经理何国伟先生也认为，“未来的世界是网络存储世界，存储的外部化将是未来发展趋势，因此IBM存储的重点将放在SAN、NAS上”。
NAS简单灵活
NAS——网络附加存储，即将存储设备连接到现有的网络上，提供数据和文件服务。NAS服务器一般由存储硬件、操作系统以及其上的文件系统等几个部分组成。简单的说，NAS是通过与网络直接连接的磁盘阵列，它具备了磁盘阵列的所有主要特征：高容量、高效能、高可靠。NAS将存储设备通过标准的网络拓扑结构连接，可以无需服务器直接上网，不依赖通用的操作系统，而是采用一个面向用户设计的、专门用于数据存储的简化操作系统，内置了与网络连接所需的协议，因此使整个系统的管理和设置较为简单。其次NAS是真正即插即用的产品，并且物理位置灵活，可放置在工作组内，也可放在其他地点与网络连接。因此，用户选择NAS解决方案，原因在于NAS价格合理、便于管理、灵活且能实现文件共享。 以IBM为代表的业界各大存储厂商纷纷推出NAS解决方案，IBM公司最新的NAS产品主要包括：NAS 200， NAS 300， NAS 300G。NAS 200塔式存储设备主要是针对需要大量高性价比存储设备的Internet服务提供商（ISP）和需要电子邮件存储或视频文件服务的客户；NAS 300的双引擎设计可以支持关键业务高可用性应用，如大型部门和小型企业中的应收帐户、工资支付或客户支持。NAS 300G网关则是业界第一种开放式NAS设备，能将LAN与SAN连接在一起，NAS 300G允许基于局域网的客户机和服务器与现有存储区域网（SAN）互操作，实现了SAN与NAS的统一。
在2001年存储展中，有一家专门做NAS存储的厂商AUSPEX也颇引人注目，AUSPEX始建于1987年，可称为NAS市场的创建者和领头羊，AUSPEX通过其专利技术——功能多处理结构（Founctional Multiprocessing）把文件服务功能的不同功能分解到不同的专用CPU上，借助专用OS为客户提供了大容量、高性能和高可靠的网络数据服务。其产品系列包括NS2000通用网络文件服务器、NAS3000系列，其中NAS 3010LPDA最大磁盘容量达12TB，可接入36GB和73GB的磁盘驱动器；NAS3010XR采用内嵌式SAN结构，可通过光纤通道接入SAN交换机，实现对SAN的存储管理。
      SAN高效可扩
SAN——存储区域网络，即通过特定的互连方式连接的若干台存储服务器组成一个单独的数据网络，提供企业级的数据存储服务。 SAN是一种特殊的高速网络，连接网络服务器和诸如大磁盘阵列或备份磁带库的存储设备，SAN置于LAN之下，而不涉及LAN。利用SAN，不仅可以提供大容量的存储数据，而且地域上可以分散，并缓解了大量数据传输对于局域网的影响。SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列，不管数据置放在哪里，服务器都可直接存取所需的数据。
与NAS相比，SAN具有下面几个特点：首先SAN具有无限的扩展能力，由于SAN采用了网络结构，服务器可以访问存储网络上的任何一个存储设备，因此用户可以自由增加磁盘阵列、带库和服务器等设备，使得整个系统的存储空间和处理能力得以按客户需求不断扩大。另外，SAN具有更高的连接速度和处理能力。SAN采用了为大规模数据传输而专门设计的光纤通道技术，目前的传输速度为100Mbps，并会很快开发出传输速度为200Mbps和400Mbps的光纤通道交换机。 实现SAN的硬件基础设施是光纤通道，用光纤通道构筑的SAN，由3部分构成：存储和备份设备，包括磁带库、磁盘阵列和光盘库等；光纤通道网络连接部件，包括主机总线适配卡（HBA: Host Bus Adapter）和驱动程序、光缆（线）、集线器、交换机、光纤通道与SCSI间的桥接器(Bridge)等；应用和管理软件包括：备份软件、存储资源管理软件、设备管理软件。由上可以看出，在SAN解决方案中，除存储设备外，其关键部件就是网络连接部件——光纤交换机，目前在IBM、COMPAQ等各公司提供的SAN解决方案中，其光纤交换机大都由博科通讯公司（Brocade）、McDATA、Infrange、Qlogic、Vixel、Gadzoox等提供的。例如博科公司的产品包括了从8端口的入门级光纤通道交换机到128端口企业级交换机，最近推出的128端口的SilkWorm 12000核心Fabric交换机是第一个可提供1Gbps和2Gbps链路速度的第三代ASIC型号，可支持目前的2Gbps光纤通道模块和新兴的存储协议，如10Gbps光纤通道模块、Infiniband Fabric模块以及未来的IP/以太网模块等，还支持可实现存储虚拟化。McDATA的口号是提供从核心到边缘的企业解决方案，其产品系列覆盖从8端口ES-1000到ES-3016、ES-3032直到64端口的ED-6064导向器，并定位于高端应用，McDATA认为，所谓高端，一是支持的端口数多，另一点是产品具有99.999%的高可用性，保证在线数据的连续性。另外 McDATA也提供EFC MANAGER管理软件，实现对交换单元的集中管理。
存储市场的火爆及SAN市场的增长，使这些公司也纷纷从幕后走到了前台，博科、McDATA不仅在存储展上大出风头，而且还将在国内成立办事处，进一步提供技术、服务方面的支持，但博科、McDATA公司均表示，OEM及合作伙伴策略将不会改变。在网络存储技术方面，博科公司的技术总监许良谋先生表示，3-5年内光纤通道技术仍会是主流技术，但博科公司目前对iSCSI、Storage over IP、Infiniband等技术进行密切关注，并加大了研发力度。
综上所述NAS具有安装管理方便、价格平民化等优点，是中小企业存储的优选方案。 特别是对于部门服务器合并项目、独立的工作组级的客户，他们能充分享受到NAS性能价格比的好处。而SAN可以适用于企业级数据存储、服务器集群、远程灾难恢复、Internet数据服务等多个领域。SAN和NAS因满足用户的不同层面的应用需求而共存，同时随着iSCSI、IP、Infiniband等技术的不断出现，未来的SAN、NAS最终将逐渐走向统一。
据IDC的最近一份研究报告指出，目前，在亚太市场中仅有10%到30%的企业采用存储区域网络(SAN)，这个比率在今年预计会增加20%,并且在随后一年增加62%。NAS产品由于刚刚推出，目前市场处于一个快速增长阶段。而在服务器市场的统计表明，基于SCSI（服务器直连存储）收入的市场份额已从1999年的60%下降到2000年的28％，而IBM也表示一年前80%的存储是连接在S/390系统,而今年这一数据已降到30%
NAS+SAN是存储方案的最佳选择
尽管有些人认为存储区域网络（SAN）与网络连接存储（NAS）体系的融合是一种硬性的组合，但这两种技术的融合正在积极发展。为了弄清两者之间的关系，让我们仔细分析一下这两种技术。
家普遍认为，IT存储需求以一种跳跃式的速度增长。实际上，IT存储能力现在正以每年52%的速度提高（the Forrester Report, March 2001）。要使存储能力跟上存储需求的步伐，意味着不仅要不断增加新的物理硬件，还要创建新的架构来管理这些硬件设施。在当前的IT预算已经被大幅削减的情况下，这种双重需求通常是很要命的。幸运的是，我们已经开始脱离直接连结存储（DAS）模式。这种昂贵的存储模式需要给每个单独的服务器增加硬盘，但却不能提供真正意义上的网络存储负载分摊模式，它只是提高了基础设施成本。
网络连接存储（NAS）是一种可以接受的选择方案。它是一台功能强大的数据服务器，能在文件级别上处理数据。典型情况下，它通过专用以太网连结到已有的网络中。除非是在不同的网络结构上创建NAS混合构件，否则对NAS的安装和管理是相当容易的。 相比较而言，存储区域网络（SAN）要复杂一些，它把数据以块为单位进行管理，采用具有更高传输速率的光纤通道（Fibre Channel）连接方式和相关基础结构。它的设计和实现途径为它带来了更高的处理速度，而且，SAN还是基于自身的独立的网络。它允许数据流直接从主网络上卸载，并降低了请求响应时间。（或者换句话说，它极大地减少了主网络运行缓慢的时间，这一优势在数据备份期间尤其重要。）
尽管NAS相对来说显得过于简单，但对于一个需要公共文件系统（如，电子邮件服务器组）的服务器群来说，它是一种不错的选择。SAN的高速及其良好的扩展性使它更适用于电子商务应用，在这类应用环境中，大量终端请求访问少量数据，或者说大量终端共享少量数据。
所有的事情都能以相对简单的方式来解释，如果给某些人足够的时间和微小的激励，那么他们可能会把简单的事情弄得相当复杂。现在的存储业正是这样，人们急于将NAS和SAN技术融合起来。（这种看法可能过于偏激）。当然，这种融合存在其合理性。SAN提供速度，NAS提供由文件处理带来的协作性，它们的结合将是非常令人心动的。对SAN来说，点到点之间光纤通道的最大距离不得超过10km限度实在是一个缺陷，但这种缺陷可以被NAS的IP连结所弥补。这就是说，可以通过IP网络发送光纤通道命令（FC/IP）。（如果你研究过SCSI协议，你应该知道iSCSI正是以同样的方式来处理SCSI命令）。借助于10 Gigabit以太网技术，这种处理方法最终变成了现实。
但是也有一些令人沮丧的因素：虽然在Intel Developer Forum期间，融合NAS/SAN技术的呼声很高，但要实现这种融合可能需要一年半到两年的时间，而且这还要依赖于Intel 3GIO总线体系结构的成功实现。（3GIO的处理速度要比PCI-X快6倍，它将大大缓解服务器和工作站上处理大数据量时的瓶颈问题）。另外，在关注NAS和SAN的融合时，应参考一些正准备进行这方面融合的企业，（比如，Hitachi的Freedom NAS体系就非常有意思）。如果不关注这些，你2002购买的设备在2004年进行升级的时候就可能要完全丢弃。


本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u/26090/showart_368536.html