存儲 DAS、NAS、SAN

目前磁盤存儲市場上,存儲分類(如下表一)根據服務器類型分爲:封閉系統的存儲和開放系統的存儲,封閉系統主要指大型機,AS400等服務器,開放系統指基於包括Windows、UNIX、Linux等操作系統的服務器;開放系統的存儲分爲:內置存儲和外掛存儲;開放系統的外掛存儲根據連接的方式分爲:直連式存儲(Direct-Attached Storage,簡稱DAS)和網絡化存儲(Fabric-Attached Storage,簡稱FAS);開放系統的網絡化存儲根據傳輸協議又分爲:網絡接入存儲(Network-Attached Storage,簡稱NAS)和存儲區域網絡(Storage Area Network,簡稱SAN)。由於目前絕大部分用戶採用的是開放系統,其外掛存儲佔有目前磁盤存儲市場的70%以上,因此本文主要針對開放系統的外掛存儲進行論述說明。 
  
   表一:

 
 
      今天的存儲解決方案主要爲:直連式存儲(DAS)、存儲區域網絡(SAN)、網絡接入存儲(NAS)。如下表二:
 
 
 
    開放系統的直連式存儲(Direct-Attached Storage,簡稱DAS)已經有近四十年的使用歷史,隨着用戶數據的不斷增長,尤其是數百GB以上時,其在備份、恢復、擴展、災備等方面的問題變得日益困擾系統管理員。 
  
    主要問題和不足爲: 
    直連式存儲依賴服務器主機操作系統進行數據的IO讀寫和存儲維護管理,數據備份和恢復要求佔用服務器主機資源(包括CPU、系統IO等),數據流需要回流主機再到服務器連接着的磁帶機(庫),數據備份通常佔用服務器主機資源20-30%,因此許多企業用戶的日常數據備份常常在深夜或業務系統不繁忙時進行,以免影響正常業務系統的運行。直連式存儲的數據量越大,備份和恢復的時間就越長,對服務器硬件的依賴性和影響就越大。 
  
    直連式存儲與服務器主機之間的連接通道通常採用SCSI連接,帶寬爲10MB/s、20MB/s、40MB/s、80MB/s等,隨着服務器CPU的處理能力越來越強,存儲硬盤空間越來越大,陣列的硬盤數量越來越多,SCSI通道將會成爲IO瓶頸;服務器主機SCSI ID資源有限,能夠建立的SCSI通道連接有限。 
  
    無論直連式存儲還是服務器主機的擴展,從一臺服務器擴展爲多臺服務器組成的羣集(Cluster),或存儲陣列容量的擴展,都會造成業務系統的停機,從而給企業帶來經濟損失,對於銀行、電信、傳媒等行業7×24小時服務的關鍵業務系統,這是不可接受的。並且直連式存儲或服務器主機的升級擴展,只能由原設備廠商提供,往往受原設備廠商限制。 
  
    存儲區域網絡(Storage Area Network,簡稱SAN)採用光纖通道(Fibre Channel)技術,通過光纖通道交換機連接存儲陣列和服務器主機,建立專用於數據存儲的區域網絡。SAN經過十多年曆史的發展,已經相當成熟,成爲業界的事實標準(但各個廠商的光纖交換技術不完全相同,其服務器和SAN存儲有兼容性的要求)。SAN帶寬可達到100MB/s、200MB/s,發展到目前的1Gbps、2Gbps。 
  
    網絡接入存儲(Network-Attached Storage,簡稱NAS)採用網絡(TCP/IP、ATM、FDDI)技術,通過網絡交換機連接存儲系統和服務器主機,建立專用於數據存儲的存儲私網。隨着IP網絡技術的發展,網絡接入存儲(NAS)技術發生質的飛躍。早期80年代末到90年代初的10Mbps帶寬,網絡接入存儲作爲文件服務器存儲,性能受帶寬影響;後來快速以太網(100Mbps)、VLAN虛網、Trunk(Ethernet Channel) 以太網通道的出現,網絡接入存儲的讀寫性能得到改善;1998年千兆以太網(1000Mbps)的出現和投入商用,爲網絡接入存儲(NAS)帶來質的變化和市場廣泛認可。由於網絡接入存儲採用TCP/IP網絡進行數據交換,TCP/IP是IT業界的標準協議,不同廠商的產品(服務器、交換機、NAS存儲)只要滿足協議標準就能夠實現互連互通,無兼容性的要求;並且2002年萬兆以太網(10000Mbps)的出現和投入商用,存儲網絡帶寬將大大提高NAS存儲的性能。NAS需求旺盛已經成爲事實。首先NAS幾乎繼承了磁盤列陣的所有優點,可以將設備通過標準的網絡拓撲結構連接,擺脫了服務器和異構化構架的桎梏;其次,在企業數據量飛速膨脹中,SAN、大型磁帶庫、磁盤櫃等產品雖然都是很好的存儲解決方案,但他們那高貴的身份和複雜的操作是資金和技術實力有限的中小企業無論如何也不能接受的。NAS正是滿足這種需求的產品,在解決足夠的存儲和擴展空間的同時,還提供極高的性價比。因此,無論是從適用性還是TCO的角度來說,NAS自然成爲多數企業,尤其是大中小企業的最佳選擇。 
  
    NAS與SAN的分析與比較
  
    針對I/O是整個網絡系統效率低下的瓶頸問題,專家們提出了許多種解決辦法。其中抓住癥結並經過實踐檢驗爲最有效的辦法是:將數據從通用的應用服務器中分離出來以簡化存儲管理。
 
    由圖1可知原來存在的問題:每個新的應用服務器都要有它自己的存儲器。這樣造成數據處理複雜,隨着應用服務器的不斷增加,網絡系統效率會急劇下降。
  
  圖 2
 
    從圖2可看出:將存儲器從應用服務器中分離出來,進行集中管理。這就是所說的存儲網絡(Storage Networks)。
  
    使用存儲網絡的好處:
  
    統一性:形散神不散,在邏輯上是完全一體的。
    實現數據集中管理,因爲它們纔是企業真正的命脈。
    容易擴充,即收縮性很強。
    具有容錯功能,整個網絡無單點故障。 
  
    專家們針對這一辦法又採取了兩種不同的實現手段,即NAS(Network Attached Storage)網絡接入存儲和SAN(Storage Area Networks)存儲區域網絡。
  
    NAS:用戶通過TCP/IP協議訪問數據,採用業界標準文件共享協議如:NFS、HTTP、CIFS實現共享。
    SAN:通過專用光纖通道交換機訪問數據,採用SCSI、FC-AL接口。
  
    什麼是NAS和SAN的根本不同點?
    NAS和SAN最本質的不同就是文件管理系統在哪裏。如圖:
 
 
    由圖3可以看出,SAN結構中,文件管理系統(FS)還是分別在每一個應用服務器上;而NAS則是每個應用服務器通過網絡共享協議(如:NFS、CIFS)使用同一個文件管理系統。換句話說:NAS和SAN存儲系統的區別是NAS有自己的文件系統管理。 
  
    NAS是將目光集中在應用、用戶和文件以及它們共享的數據上。SAN是將目光集中在磁盤、磁帶以及聯接它們的可靠的基礎結構。將來從桌面系統到數據集中管理到存儲設備的全面解決方案將是NAS加SAN。
 
DAS, NAS, and SAN

  企業隨着公司的業務量成長,對於迅速增長的資料要如何儲存以及分享的問題也就接踵而來,此時企業唯一的選擇大概就是不斷的採購及更新資料的儲存設備,但應該採購那一種的儲存設備,對於將來資料不斷的增加這個問題會有較好的擴充性呢?便是企業今天需要思考的一個重要課題。


DAS

  早期的資料儲存方式,大都是採用硬盤爲主要的儲存媒體,對於網絡上的檔案共享及資料的存取,皆需透過檔案服務器 (File Server) 這個角色,此種資料的儲存架構,我們稱之爲直接附加儲存裝置 ( DAS,Direct Attached Storage) 架構。這種架構當初發展的目的就是希望透過這種架構將資源共享給網絡上的使用者,但這種方式的主要缺點是在於目前所謂的檔案服務器,皆需要透過一般常用的操作系統 (例 : Windows2000) 來達到資源共享的目的,而通常操作系統的設計是爲了多功能用途而規劃的,並不是只針對檔案的 I / O 部份去做最佳化處理,因此檔案服務器這個角色,常常會因爲不必要的驅動程序或服務佔據了系統資源,而導致資料存取的效能大打折扣。
  換個講法來說,就是《將計算機上硬盤的資料分享出來給網絡上的使用者去存取的這種模式就是 DAS》,現行企業大部份也都是採用此模式在管理資料的分享及儲存。


NAS

  爲了解決上述所謂擴充及效能的問題,網絡附加式儲存裝置 (NAS,Network Attached Storage) 架構因運而生,這是一種透過網絡連結的方式,以提供不同的計算機系統間進行檔案的存取與共享的儲存設備。其設計理念主要是將 NAS 做成是一個只專門負責檔案I/O的高效能儲存設備,將不必要的服務程序、工具軟件統統去除,並且針對檔案I/O的存取功能做了最佳化的處理,使得對檔案存取的效率上較傳統的檔案服務器大爲提升。這也正符合了所謂『學業有專精、術業有專攻』的理念,當你想兼顧所有的事情時,則反而所有的事都會做不好,成效不彰。
  對網絡上的使用者而言,其實NAS就像是一個大型的檔案服務器一樣,其會以檔案分享的型態在網絡上出現,NAS 是必須依附在網絡上而運作的儲存裝置,企業將資料集中擺放在 NAS 裝置上,利用共通的網絡傳輸協議(例: TCP / IP)來與網絡上的服務器或工作站溝通,並將儲存空間分配給網絡上的服務器或使用者使用。同時資料集中擺放在NAS裝置上,控管容易,並可提升IT人員的管理效能。NAS尚可對應到儲存設備的採購願景 =『需要多少,就買多少』的擴充性,以達到經濟效益的運用,更進而降低整體擁有成本 (TCO),何樂而不爲呢?


SAN

  那儲存局域網絡 (SAN,Storage Area Network) 架構又是什麼呢?其實 SAN 和 NAS 兩者皆是用在負責資料的儲存與管理方面的系統,兩者最主要的差別在於NAS的運作是可讓使用者透過原有的網絡架構 (以太網絡) 連接到 NAS 裝置,因 NAS 最主要在強調其是一個可提供檔案共享的高效能儲存裝置;而 SAN 則是一個儲存架構,其主要概念是將服務器與儲存設備分開,然後利用高速的光纖網絡來將二者連接在一起,這樣一來,服務器可將其資料儲存這件事完全丟給儲存裝置處理﹐而服務器只要專心於資料的處理工作﹐同時尚可降低服務器與服務器之間的資料流通量﹐服務器跟儲存裝置兩者各司其職﹐然後再利用光纖信道來傳輸資料﹐以達到一個服務器與儲存裝置之間多對多的高效能、高穩定度的儲存環境﹐當然其建置成本不容小看。
  再換個角度來看,NAS 可看做是一個以產品爲導向的小型企業儲存架構之解決方案,而 SAN 則是以中大型企業爲主的規劃與建置其儲存架構之解決方案。再白話一點, 就是 NAS 比較容易建置及便宜,而 SAN 則架構困難及成本貴,但 SAN 有一個最大的好處,就是效能比 NAS 好很多。
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