DAS,NAS,SAN和ISCSI存儲架構介紹

SAN和NAS經常被視為兩種競爭技術，實際上，二者還能夠很好地相互補充，以提供對不同類型數據的訪問。SAN針對海量、面向數據塊的數據傳輸，而NAS則提供文件級的數據訪問功能。

這兩種技術不但可以滿足靈活的存儲訪問的需要，而且SAN和NAS都基於開放的、業界標準的網路協議：用於SAN的光纖通道協議和用於NAS的網路協議（如TCP/IP）。SAN的應用範圍更為廣泛，而且可以提供對NAS設備的存儲，而NAS一般只限於文件級數據訪問的應用。如果不考慮它們之間的差別，SAN和NAS在今天的企業級存儲中都發揮著重要的作用，比傳統的伺服器連接存儲擁有更多的優勢。SAN和NAS在數據中心領域對傳統的伺服器連接存儲是強有力的補充和替代。因而，企業級用戶逐漸認識到其眾多的優點，包括改進的靈活性、更方便的存儲部署，以及更低的總體擁有成本。儘管SAN和NAS技術可以提供競爭優勢，但是它們都是為特定的環境和應用而設計的。

SAN的關鍵特性

SAN作為網路基礎設施，是為了提供靈活、高性能和高擴展性的存儲環境而設計的。SAN通過在伺服器和存儲設備（例如磁碟存儲系統和磁帶庫）之間實現連接來達到這一目的。

高性能的光纖通道交換機和光纖通道網路協議可以確保設備連接既可靠且有效。這些連接以本地光纖或SCSI（通過SCSI-to-FibreChannel轉換器或網關）為基礎。一個或多個光纖通道交換機以網路拓撲（SAN架構）形式為主機伺服器和存儲設備提供互聯。

由於SAN是為在伺服器和存儲設備之間傳輸大塊數據而進行優化的，因此SAN對於以下應用來說是理想的選擇:

關鍵任務資料庫應用，其中可預計的響應時間、可用性和可擴展性是基本要素。

集中的存儲備份，其中性能、數據一致性和可靠性可以確保企業關鍵數據的安全。

高可用性和故障切換環境可以確保更低的成本、更高的應用水平。

可擴展的存儲虛擬化，可使存儲與直接主機連接相分離，並確保動態存儲分區。

改進的災難容錯特性，在主機伺服器及其連接設備之間提供光纖通道高性能和擴展的距離（達到150公里）。

SAN的主要長處

面對迅速增長的數據存儲需求，企業和服務提供商選擇SAN作為網路基礎設施，因為SAN具有出色的可擴展性。事實上，SAN比傳統的存儲架構具有更多顯著的優勢。例如，傳統的伺服器連接存儲通常難於更新或集中管理。每台伺服器必須關閉才能增加和配置新的存儲。相比較而言，SAN不必宕機和中斷與伺服器的連接即可增加存儲。SAN 還可以集中管理數據，從而降低了總體擁有成本。

利用光纖通道技術，SAN可以有效地傳輸數據塊。通過支持在存儲和伺服器之間傳輸海量數據塊，SAN提供了數據備份的有效方式。因此，傳統上用於數據備份的網路帶寬可以節約下來用於其他應用。

開放的、業界標準的光纖通道技術還使得SAN非常靈活。SAN克服了傳統上與SCSI相連的線纜限制，極大地拓展了伺服器和存儲之間的距離，從而增加了更多連接的可能性。改進的擴展性還簡化了伺服器的部署和升級，保護了原有硬體設備的投資。

此外，SAN可以更好地控制存儲網路環境，適合那些基於交易的系統在性能和可用性方面的需求。SAN利用高可靠和高性能的光纖通道協議來滿足這種需要。

SAN的另一個長處是傳送數據塊到企業級數據密集型應用的能力。在數據傳送過程中，SAN在通信結點（尤其是伺服器）上的處理費用開銷更少，因為數據在傳送時被分成更小的數據塊。因此，光纖通道SAN在傳送大數據塊時非常有效，這使得光纖通道協議非常適用於存儲密集型環境。

今天，SAN已經漸漸與NAS環境相結合，以提供用於NAS設備的高性能海量存儲。事實上，許多SAN目前都用於NAS設備的後台，滿足存儲擴展性和備份的需要。

SAN帶來的好處

SAN的一個好處是極大地提高了企業數據備份和恢復操作的可靠性和可擴展性。基於SAN的操作能顯著減少備份和恢復的時間，同時減少企業網路上的信息流量。

通過將SAN拓展到城域網基礎設施上，SAN還可以與遠程設備無縫地連接，從而提高容災的能力。SAN部署城域網基礎設施以增加SAN設備間的距離，可達到150公里，而且幾乎不會降低性能。企業可以利用這一點，通過部署關鍵任務應用和用於關鍵應用伺服器的遠程數據複製來提高容災能力。備份和恢復設備是實現遠程管理的需要。

另外，基於交易的資料庫應用從SAN部署中獲益頗多。其無縫增加存儲的能力可以減少數據備份的時間。

NAS的關鍵特性

NAS解決方案通常配置為作為文件服務的設備，由工作站或伺服器通過網路協議（如TCP/IP）和應用程序（如網路文件系統NFS或者通用Internet文件系統CIFS）來進行文件訪問。大多數NAS連接在工作站客戶機和NAS文件共享設備之間進行。這些連接依賴於企業的網路基礎設施來正常運行。

為了提高系統性能和不間斷的用戶訪問，NAS採用了專業化的操作系統用於網路文件的訪問，這些操作系統既支持標準的文件訪問，也支持相應的網路協議。NAS使文件訪問操作更為快捷，並且易於向基礎設施增加文件存儲容量。因為NAS關注的是文件服務而不是實際文件系統的執行情況，所以NAS設備經常是自包含的，而且相當易於部署。

NAS設備與客戶機之間主要是進行數據傳輸。今天在LAN/WAN上傳輸的大量數據被分成許多小的數據塊。傳輸的處理過程需要佔用處理器資源來中斷和重新訪問數據流。如果數據包的處理佔用太多的處理器資源，則在同一伺服器上運行的應用程序會受到影響。由於網路擁堵影響NAS的性能。

NAS存儲的可擴展性也受到設備大小的限制。增加另一台設備非常容易，但是要像訪問一台機器上的數據那樣訪問網路環境中的內容並不容易，因為NAS設備通常具有獨特的網路標識符。由於上述這些限制，NAS環境中的數據備份不是集中化的，因此僅限於使用直接連接設備（如專用磁帶機或磁帶庫）或者基於網路的策略，在該策略中，設備上的數據通過企業或專用LAN進行備份。

NAS與DAS方式的區別

作為一種新興的存儲技術，NAS有著傳統直接連接方式所無法比擬的優勢。

網路附加存儲（NAS）

通過文件系統的集中化管理能夠實現網路文件的訪問。

用戶能夠共享文件系統並查看共享的數據。

專業化的文件伺服器與存儲技術相結合，為網路訪問提供高可靠性的數據。

直接連接存儲（DAS）

只能通過與之連接的主機進行訪問。

每一個主機管理它本身的文件系統，但不能實現與其他主機共享數據。

只能依靠存儲設備本身為主機提供高可靠性的數據。

NAS的技術特點

NAS為那些訪問和共享大量文件系統數據的企業環境提供了一個高效、性能價格比優異的解決方案。數據的整合減少了管理需求和開銷，而集中化的網路文件伺服器和存儲環境—包括硬體和軟體—確保了可靠的數據訪問和數據的高可用性。可以說，NAS提供了一個強有力的綜合機制。

NAS技術能夠滿足特定的用戶需求。例如當某些企業需要應付快速數據增長的問題，或者是解決相互獨立的工作環境所帶來的系統限制時，可以採用新一代NAS技術，利用集中化的網路文件訪問機制和共享來解決這些問題，從而達到減少系統管理成本，提高數據備份和恢復功能的目的。

NAS的主要長處

NAS適用於那些需要通過網路將文件數據傳送到多台客戶機上的用戶。NAS設備在數據必須長距離傳送的環境中可以很好地發揮作用。

此外，NAS設備非常易於部署—可以使NAS主機、客戶機和其他設備廣泛分布在整個企業的網路環境中。正確地進行配置之後，NAS可以提供可靠的文件級數據整合，因為文件鎖定是由設備自身來處理的。儘管其部署非常簡單，但是企業仍然要確保在NAS設備的配置過程中提供適當的文件安全級別。

NAS帶來的好處

NAS應用於高效的文件共享任務中，例如UNIX中的NFS和WindowsNT中的CIFS，其中基於網路的文件級鎖定提供了高級並發訪問保護的功能。NAS設備可以進行優化，以文件級保護向多台客戶機發送文件信息。

互為補充的兩種技術

儘管它們之間存在著區別，但是SAN和NAS是兩種互為補充的存儲技術。例如，SAN在數據塊傳輸和擴展性方面表現優秀，並能夠有效地管理設備。企業可以從將SAN應用於關鍵任務應用、存儲集中、備份恢復和高可用性計算等方面受益無窮。

與SAN相比，NAS支持多台對等客戶機之間的文件共享。NAS客戶機可以在企業中任何地點訪問共享的文件。因為在NAS環境中文件訪問的邏輯卷較少，對於響應時間要求也不是很高，所以其性能和距離要求也相對較低。

SAN與NAS關鍵特性比較

SAN NAS

協議 Fibre Channel Fibre Channel-to-SCSI TCP/IP

應用 *關鍵任務，基於交易的資料庫應用處理 *NFS和CIFS中的文件共享

集中的數據備份 *長距離的小數據塊傳輸

災難恢復 *有限的只讀資料庫訪問

存儲集中

優點 *高可用性 *距離的限制少

數據傳輸的可靠性 *簡化附加文件的共享容量

減少遠網路流量 *易於部署和管理

配置靈活

高性能

高可擴展性

集中管理

NAS和SAN之間的許多原有差別開始消失。例如，NAS設備逐漸採用SAN來解決與存儲擴展和備份恢復相關的問題。儘管這兩種技術類似，但是NAS不能提供SAN所帶來的全面的商業優勢。然而，與傳統的伺服器附加存儲相比，不管是SAN還是NAS技術都能減少用戶的總體擁有成本，並能提供更好的投資回報。

iSCSI 的概念

iSCSI（互聯網小型計算機系統介面）是一種在Internet 協議網路上，特別是乙太網上進行數據塊傳輸的標準。它是由Cisco 和IBM 兩家發起的，並且得到了IP 存儲技術擁護者的大力支持。是一個供硬體設備使用的可以在IP 協議上層運行的SCSI 指令集。簡單地說，iSCSI 可以實現在IP 網路上運行SCSI協議，使其能夠在諸如高速千兆乙太網上進行路由選擇。

SCSI（小型計算機系統介面）是以一種廣泛使用的連接硬碟和計算機的技術標準，iSCSI 這種技術則是將該技術應用到網路連接上，對於中小企業的存儲網路而言，iSCSI技術的性價比要高於基於光纖的產品。iSCSI 是基於IP 協議的技術標準，是允許網路在TCP/IP 協議上傳輸SCSI 命令的新協議，實現了SCSI 和TCP/IP 協議的連接，該技術允許用戶通過TCP/IP 網路來構建存儲區域網（SAN）。而在iSCSI 技術出現之前，構建存儲區域網的唯一技術是利用光纖通道（FiberChannel），該標準制定於20 世紀90 年代初期，但是其架構需要高昂的建設成本，遠非一般企業所能夠承受。iSCSI 技術的出現對於以區域網為網路環境的用戶來說，它只需要不多的投資，就可以方便、快捷地對信息和數據進行互動式傳輸和管理。相對於以往的網路接入存儲，iSCSI 的出現解決了開放性、容量、傳輸速度、兼容性、安全性等問題，其優越的性能使其自發布之日始便受到市場的關注與青睞。

iSCSI 的工作流程

iSCSI 協議就是一個在網路上封包和解包的過程，在網路的一端，數據包被封裝成包括TCP/IP 頭、iSCSI 識別包和SCSI數據三部分內容，傳輸到網路另一端時，這三部分內容分別被順序地解開。

iSCSI 系統由一塊SCSI 卡發出一個SCSI 命令，命令被封裝到第四層的信息包中並發送。接收方從信息包中抽取SCSI 命令並執行，然後把返回的SCSI 命令和數據封裝到IP 信息包中，並將它們發回到發送方。系統抽取數據或命令，並把它們傳回SCSI 子系統。所有這一切的完成都無需用戶干預，而且對終端用戶是完全透明的。

為了保證安全，iSCSI 有自己的上網登錄操作順序。在它們首次運行的時候，啟動器（initiator）設備將登錄到目標設備中。任何一個接收到沒有執行登錄過程的啟動器的iSCSIPDU （iSCSI Protocol Data Units，iSCSI協議數據單元）目標設備都將生成一個協議錯誤，而且目標設備也會關閉連接。在關閉會話之前，目標設備可能發送回一個被駁回的iSCSI PDU。這種安全性是基本的，因為它只保護了通信的啟動，卻沒有在每個信息包的基礎上提供安全性。還有其他的安全方法，包括利用IPsec。在控制和數據兩種信息包中，IPsec 可以提供整體性，實施再次（replay）保護和確認證明，它也為各個信息包提供加密。

iSCSI 標準的制定情況

建立符合行業標準的通過IP 網路傳輸存儲信息的需求和機會同時存在，但問題是如何建立這個標準並且使之成為行業的統一標準。

Bechtolsheim 及其小組和IBM 建立了合作夥伴關係，共同為新協議起草了一個標準，稱為iSCSI（互聯網SCSI），該標準允許在TCP/IP 協議上傳輸SCSI 命令。2000年2 月，該小組將此草案作為互聯網標準草案提交給互聯網工程任務組（IETF）。同年3 月，IETF 會議對該草案進行了討論，並決定成立一個IETF 工作組，負責制訂通過IP 傳輸存儲信息的技術。截至2000 年8 月，IETF 小組的成員已增加到500 人，代表著200 家公司或組織，幾乎包括了所有的存儲器、網路部件及系統供應商。

目前，關於iSCSI 的標準制訂已經進入最後階段，估計明年初正式標準就將推出。IETF 日前宣布，它已完成了iSCSI 協議的工作，現在將為它分配徵求意見編號。這項規範規定了軟體在內聯網上傳送SCSI 包和在長距離上管理存儲時，如何處理SCSI 數據包以及如何在TCP/IP 命令中封裝它們。

iSCSI 與FC(光纖通道)的比較

網路存儲主要由三大部分組成：伺服器（host）、交換（switch）和存儲設備（target）。在這三者中，交換是很關鍵的。網路存儲的交換方式有兩種，一種是光纖通道（FC），另外一種就是iSCSI。

從數據傳輸的角度來看，光纖通道和iSCSI 有很大的不同：光纖通道的傳輸採用其FCP 協議，而iSCSI 採用Internet上現有的TCP 協議。FCP 協議最初是按照光纖通道網路的高級協議設計的，它緊密地與低級網路功能集成在一起工作。而iSCSI 在開發時採用現有的由TCP 所提供的受保護的傳輸機制。所以由於採用不同的機制，iSCSI 和光纖通道之間是不可能兼容的。 與光纖通道相比，iSCSI 有其自身的諸多優勢，主要表現在iSCSI 更加經濟。成本的節約可體現在以下幾個方面：（1）在一般的數據和SAN 網路之間存在的公用技術可使培訓費用降低，而且也不必設立單獨的崗位職員，這兩者都可使成本降低；而且乙太網大量的安裝基礎也可使價格降低。（2）iSCSI 可利用現有的、容易理解的TCP/IP基礎設施來構築SAN，隨著在QoS 和安全方面的進步，在存儲與現有的基礎設施之間的共享表明，在硬體、培訓、實施等幾個方面都有機會實現可觀的成本節約。(3)隨著千兆乙太網的實現，用戶將可得到傳輸速率為1Gbps 的存儲網路，而不需改變現有的基礎設施。

iSCSI 的優勢與局限性

iSCSI 技術的優勢：iSCSI 的基礎是傳統的乙太網和Internet，近20 年來，網路技術的迅猛發展使傳統網路無處不在，iSCSI 有很好的基礎，同時能大大減少總體擁有成本。

隨著技術的進步，IP 網路的帶寬發展相當迅速，1Gbps 乙太網早已大量佔據市場，10Gbps 乙太網也已整裝待發。而且，該協議由包括IBM、Cisco、Intel、Brocade、Adaptec 等業界巨頭的支持，同時，一批新型廠商也競相參與，如Nishan System、SAN Valley、CNT、Pirus、3Ware 等。

在技術實施方面，iSCSI 以穩健、有效的IP 及乙太網架構為骨幹，使忍受性大大增加。另外，簡單的管理和布署也是iSCSI 讓業界心動的一個原因，因為傳統網路廠商已經培養了很多的專業網路人才，不需要投入培訓，就可以輕鬆擁有專業的iSCSI 人才。

iSCSI 是基於IP 協議的技術標準，它實現了SCSI 和TCP/IP 協議的連接，對於以區域網為網路環境的用戶，只需要不多的投資，就可以方便、快捷地對信息和數據進行互動式傳輸及管理。

完全解決數據遠程複製（Data Replication）及災難恢復（Disaster Recover）的難題。安全性方面，以往的FC-SAN 及DAS 大都是在管制的環境內，安全要求相對較低。iSCSI 卻將這種概念顛倒過來，把存儲的數據在互聯網內流通，令用戶感到需要提升安全要求。所以，iSCSI 已內建支持IPSEL 的機制，並且在晶元層面執行有關指令，確保安全性。

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