[科普中国]-存储体系结构

简介

体系结构包括一组部件以及部件之间的联系。存储体系结构是以存储为中心的存储技术。存储体系结构的发展分为三个阶段：1) 总线存储阶段；2) 存储网络阶段 ；3) 虚拟存储阶段。例如，以服务器为中心的存储从体系结构上看，它是基于总线连接的存储 ( BAS )，包括 SCSI 总线、 IDE接口、数据直接存储DAS，如 SCSI磁盘阵列。基于总线连接的存储体系结构存在许多不可克服的缺点，如：原始容量限制、没有扩展性、所有的数据存储受服务器性能的限制、无法集中管理等。

网络存储体系结构以存储网络为中心的存储是全新的存储体系结构．它采用面向网络的存储体系结构，使数据处理和数据存储分离；网络存储体系结构包括了网络和I/O的精华，将I/O能力扩展到网络上，特别是灵活的网络寻址能力，远距离数据传输能力，I/O高效的原性能；通过网络连接服务器和存储资源，消除了不同存储设备和服务器之间的连接障碍；提高了数据的共享性、可用性和可扩展性、管理性。

SAN存储体系结构高性能的光纤通道交换机和光纤通道网络协议是SAN(Storage Area Network）的关键。我们把以光纤通道交换机为骨干的网络拓扑结构称为“SAN Fabric”。而光纤通道协议是SAN(Storage Area Network）的另一个本质特征。SAN(Storage Area Network）正是利用光纤通道协议上加载SCSI协议来达到可靠的块级数据传输。

SAN(Storage Area Network）以光纤通道交换机和光纤通道协议为主要特征的本质决定了它的诸多优点，我们可以简单地概括为性能、距离、管理等方面。首先，在一些关键应用中，传输块级数据要求必须使用SAN(Storage Area Network）——尤其是多个服务器共同向大型存储设备进行读取。由于在数据传输时被分成小段，使SAN(Storage Area Network）对服务器处理的依赖较少，可以有效地传送爆发性的块数据，SAN(Storage Area Network）的性能及可靠性就得到了充分的发挥。其次，通过城域网（MAN），SAN(Storage Area Network）可以实现远程灾难恢复。一般地，使用E3信道， SAN(Storage Area Network）可以在不降低性能的同时将部件间的距离增加至150km。第三，很重要的一点，SAN(Storage Area Network）的管理是集中而且高效的。用户可以在线添加/删除设备、动态调整存储网络以及将异构设备统一成存储池等。

NAS存储体系结构NAS(Network-Attached Storage）使用了传统以太网和IP协议，当进行文件共享时，则利用了NFS(Network-Attached Storage）和CIFS以沟通NT和 Unix系统。由于NFS和CIFS都是基于操作系统的文件共享协议，所以NAS(Network-Attached Storage）的性能特点是进行小文件级的共享存取。

从NAS(Network-Attached Storage）的简单机制可引申出它的一些明显的优缺点。优点方面，NAS(Network-Attached Storage）的部署非常简单，只须与传统交换机连接即可；其次，它的成本较低，因为NAS(Network-Attached Storage）的投资仅限于一台NAS(Network-Attached Storage）服务器，而不像SAN(Network-Attached Storage）是整个存储网络，同时，NAS(Network-Attached Storage）服务器的价格往往是针对中小企业定位的；第三，NAS(Network-Attached Storage）服务器的管理非常简单，它一般都支持Web的客户端管理，对熟悉操作系统的网络管理人员来说，其设置既熟悉又简单。在简单易用的背后，NAS(Network-Attached Storage）的缺点也非常明显。从性能上看，由于与应用使用同一网络，NAS(Network-Attached Storage）会增加网络拥塞，反过来，NAS(Network-Attached Storage）性能也严重受制于网络传输数据能力; 其次，从数据安全性看，NAS(Network-Attached Storage）一般只提供两级用户安全机制，虽然这能简化使用，但还需要用户额外增加适当级别的文件安全手段。

概括来说，SAN对于高容量块状级数据传输具有明显的优势，而NAS(Network-Attached Storage）则更加适合文件级别上的数据处理。尽管二者存在根本特性上的差异，但SAN和NAS 实际上也是能够相互补充的存储技术。例如，SAN擅长块数据传输、极易扩展且管理设备有效。用户可以使用 SAN运行关键应用，比如数据库、备份等，以进行数据的集中存取与管理；而NAS 支持若干客户端之间文件共享，所以用户可以使用NAS(Network-Attached Storage）作为日常办公中需要经常交换小文件的地方，比如存储网页等。SAN和NAS(Network-Attached Storage）在实际情况中是可以并存在一个系统中。例如，SAN更多与NAS(Network-Attached Storage)联合使用，可以为NAS(Network-Attached Storage）设备提供高性能、大容量的存储设备，同时许多SAN通常驻留在NAS(Network-Attached Storage）应用中。

IP-SAN存储体系结构基于 IP 网络的 N AS 存储系统因为可以使用目前的 IP网络基础设施，因而建设费用便宜 ，而基于光纤通道的 SAN存储系统存在建设费用昂贵、但系统性能好的特点。IP - SAN存储系统结合了 NAS和 SAN存储系统的优点，实现了在 IP网络上传输 SCSI 协议的技术。一方面可以通过 IP 网络通信，减低建设成本；一方面使用块协议，提供系统传输速率。

IP-SAN存储系统，可以采用 SCSI封装协议 ( SEP)或ISCS 协议实现。目前基于 ISCSI 协议实现的IP - SAN存储系统成为主流。对于 ISCSI技术，可以采用 3种方法: 1) ISCSI协议+ TCP / IP + 以太网驱动+ 以太网的方式实现；2) ISCSI 协议+ ISCSI卡的方式实现； 3) SCSI协议+ ISCSI控制器的方式。

统一虚拟存储体系结构统一的虚拟存储体系结构将不同厂商的 SAN(存储区域网 )、N AS(网络连接存储 )、 IP-SAN、 DAS等各类存储资源整合起来，形成一个统一管理、监控和使用的公用存储池。虚拟存储的实质是资源共享，因此，统一虚拟存储体系结构的任务是：

1) 如何进一步增加可共享的存储资源的数量；

2) 如何通过有效的机制在现有的存储资源上提供更好的服务。

从系统的观点看，存在如下的存储虚拟化方法：

1) 基于主机的虚拟存储；

2) 基于存储设备的虚拟存储；

3) 基于网络的虚拟存储；

目前主要的虚拟存储技术包括：软件RAID 、逻辑卷管理器 ( LVM )、快照 ( SnapShot)、虚拟磁盘、远程镜像、单一存储映象、RAID 卡技术等等；统一虚拟存储体系结构的实现只能从虚拟存储的实质出发，因而，单一存储映象的方法将可能是虚拟存储发展的方向，无论从主机、网络还是存储设备看 ,存储资源就是一个单一存储映象1。