1 引言

    網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的初期，對(duì)于存儲(chǔ)的需求大部分仍局限于個(gè)人計(jì)算機(jī)和局域網(wǎng)，所以存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也較為簡單。如果存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相對(duì)集中在某一個(gè)服務(wù)器所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備上，該服務(wù)器的處理速度和服務(wù)器與存儲(chǔ)設(shè)備間的帶寬就有可能成為該存儲(chǔ)系統(tǒng)的帶寬瓶頸，制約系統(tǒng)的整體性能的提高。更重要的是，如果服務(wù)器發(fā)生故障，那么所有的數(shù)據(jù)訪問均會(huì)受到影響，系統(tǒng)癱瘓。

    新系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)提供文件共享，這樣網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器就可以不用管理文件的操作，從而減輕網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，在存儲(chǔ)設(shè)備更新或出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器仍然可以工作，這樣整個(gè)網(wǎng)絡(luò)也不會(huì)因?yàn)榇鎯?chǔ)設(shè)備而關(guān)閉以致癱瘓。

2 NAS的特點(diǎn)

    2.1 NAS與網(wǎng)絡(luò)

    NAS是網(wǎng)絡(luò)的一部分。NAS是圍繞網(wǎng)絡(luò)的，其設(shè)計(jì)保證了網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備對(duì)于文件操作的快速響應(yīng)。而且文件的操作不必經(jīng)過其他服務(wù)器，而可以直接在客戶端設(shè)備與NAS設(shè)備之間進(jìn)行。這種功能和設(shè)計(jì)使得原先的DAS設(shè)計(jì)中存在的基于通用服務(wù)器的帶寬瓶頸的問題得到解決，通用的服務(wù)器上的資源(如CPU、內(nèi)存等)可以用于處理更加面向用戶的要求。

    2.2 NAS運(yùn)行

    NAS設(shè)備是一種類似即插即用的存儲(chǔ)設(shè)備。NAS設(shè)備一般均安裝了一系列的立件系統(tǒng)軟件，以支持對(duì)應(yīng)的用戶應(yīng)用環(huán)境。NAS設(shè)備還安裝CIFS文件系統(tǒng)的服務(wù)端軟件，支持SMB等協(xié)議。這樣當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有設(shè)備需要對(duì)NAS上的文件進(jìn)行操作時(shí)，該設(shè)備會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的文件I／O請(qǐng)求。NAS設(shè)備在接收到該I／O請(qǐng)求后，依據(jù)該請(qǐng)求的來源對(duì)該I／O請(qǐng)求給予處理，并提供對(duì)應(yīng)的文件和數(shù)據(jù)服務(wù)給發(fā)送請(qǐng)求的設(shè)備。NAS支持幾乎所有的標(biāo)準(zhǔn)和一些非標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如物理層的以太網(wǎng)、令牌環(huán)，網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的TCP／IP，應(yīng)用層的HTTP、CIFS、NFS等。對(duì)應(yīng)這些協(xié)議，在存儲(chǔ)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)上也有不同的方式。

    2.3 NAS優(yōu)點(diǎn)

    NAS設(shè)計(jì)在存儲(chǔ)市場的占有率日益擴(kuò)大，很重要的一個(gè)因素是互聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)商和網(wǎng)絡(luò)信息、網(wǎng)絡(luò)購物甚至網(wǎng)絡(luò)游戲商等對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性、可擴(kuò)展性的要求逐漸提高，而同時(shí)網(wǎng)絡(luò)的競爭又導(dǎo)致相應(yīng)的開支應(yīng)當(dāng)逐步降低，這些都可以通過NAS得到有效的滿足。

    2.3.1 有效的IT開支

    對(duì)于用戶而言，數(shù)據(jù)的日益增加和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)操作都是現(xiàn)在對(duì)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的基本要求。對(duì)于IT而言，又希望在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和較小的新增投資下來滿足這些要求。通用服務(wù)器是難以在這些限制下滿足這些對(duì)于文件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面的要求的。只需一些簡單的初期設(shè)置和管理，NAS設(shè)備就可以很容易地加人到一個(gè)運(yùn)行的LAN中。另一方面，由于NAS設(shè)備，特別是NAS文件器，是專門設(shè)計(jì)提供文件服務(wù)功能的，減小或刪除了一般功能。依據(jù)可靠性原理，即使NAS設(shè)備系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與復(fù)雜的通用計(jì)算設(shè)備相同，其系統(tǒng)的可靠性也比通用計(jì)算設(shè)備高。

    由于減小了系統(tǒng)故障率，IT的后續(xù)支持的開支也將相應(yīng)降低。還有，由于存儲(chǔ)的相對(duì)集中和NAS設(shè)備的大存儲(chǔ)容量，即使同樣是管理一臺(tái)設(shè)備，一個(gè)存儲(chǔ)管理人員可以更為集中和有效地管理更多的存儲(chǔ)空間，這也降低了IT的開支。當(dāng)然，由于NAS設(shè)備工作在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這另一方面又略微增加了系統(tǒng)的故障率�？傮w上，NAS設(shè)計(jì)可以有效地控制IT開支。

    2.3.2 可擴(kuò)展性

    目前的Internet和相關(guān)的商業(yè)不斷擴(kuò)展，特別是存儲(chǔ)需求的日益增加，也要求IT不斷的更新。如果把所有的存儲(chǔ)都交給通用計(jì)算設(shè)備管理，會(huì)顯著增加這些服務(wù)器的負(fù)荷，其后果是通用的服務(wù)和應(yīng)用程序會(huì)受到性能上的影響。

    相比之下，使用NAS設(shè)計(jì)就很容易擴(kuò)展存儲(chǔ)空間。一種存儲(chǔ)擴(kuò)展方式是在網(wǎng)絡(luò)上添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在NAS中為NAS設(shè)備，如文件器。這種方式基本上是啟動(dòng)NAS設(shè)備，運(yùn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，并將之與網(wǎng)絡(luò)相連即可。更高級(jí)的NAS設(shè)備可以支持網(wǎng)絡(luò)接口的熱安裝、存儲(chǔ)介質(zhì)的隨時(shí)增加和存儲(chǔ)備份等。

    2.3.3 緩解服務(wù)器負(fù)擔(dān)

    NAS設(shè)備的設(shè)計(jì)就是為了能夠使通用服務(wù)器有更多的資源來為較為重要的用戶需求服務(wù)。NAS的文件器可以使耗費(fèi)CPU和網(wǎng)絡(luò)資源的文件服務(wù)功能轉(zhuǎn)移到專用的NAS設(shè)備上。文件服務(wù)是與系統(tǒng)的I／O對(duì)應(yīng)的，它在一般設(shè)備中也有較高的優(yōu)先權(quán)。這部分任務(wù)移交給NAS設(shè)備后，通用服務(wù)器就有更多的資源處理重要的任務(wù)，如電子郵件處理、遠(yuǎn)程處理等，并加快系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

    2.3.4 多系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享

    由于網(wǎng)絡(luò)的演化等原因，一般的企業(yè)和Internet網(wǎng)，都是一個(gè)多個(gè)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并存的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持，NAS設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到這種多樣性。如僅網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)就支持NFS和CIFS。除此以外，NAS設(shè)備還支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括TCP／IP等。這種設(shè)計(jì)使得NAS能夠輕易地支持多個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，比如提供Unix設(shè)備和Windows設(shè)備間數(shù)據(jù)的共享。對(duì)于終端數(shù)據(jù)用戶，可以更方便地操作數(shù)據(jù)而無需知道數(shù)據(jù)原先是在Unix系統(tǒng)還是在Windows或其他系統(tǒng)中生成的。

    2.3.5 適合已有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)添加NAS設(shè)備，而且對(duì)NAS設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的位置沒有任何限制。由于其所支持的文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等已經(jīng)在原網(wǎng)絡(luò)中有過對(duì)應(yīng)的支持，NAS設(shè)備的添加也不會(huì)引入新的網(wǎng)絡(luò)支持的問題。NAS的管理也可以融入網(wǎng)絡(luò)管理軟件包中，如HP的OpenView等。

    隨著企業(yè)的擴(kuò)展，企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)會(huì)為一些小的部門設(shè)計(jì)一些非本地的子網(wǎng)。而NAS的設(shè)計(jì)就可以為這些子網(wǎng)絡(luò)提供與企業(yè)內(nèi)部主網(wǎng)絡(luò)同樣的IT支持。一種設(shè)計(jì)是企業(yè)集中的NAS設(shè)備，所有的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，包括子網(wǎng)絡(luò)都利用這個(gè)集中的NAS設(shè)備。這種設(shè)計(jì)的好處是集中的存儲(chǔ)管理、設(shè)備維護(hù)等，缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流可能較大。另一種設(shè)計(jì)是網(wǎng)絡(luò)有獨(dú)立的NAS設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有相對(duì)比較分散的多個(gè)NAS設(shè)備都通過NAS管理軟件包由IT集中管理和控制。由于用戶對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求相對(duì)集中在一定范圍內(nèi)，如某個(gè)子網(wǎng)為工程部的某開發(fā)組使用，則該組所用數(shù)據(jù)大部分都與其項(xiàng)目有關(guān)，即所謂的數(shù)據(jù)的局部性，所以NAS設(shè)備在子網(wǎng)內(nèi)也盡量局部化了網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流。

    在為NAS設(shè)備選擇和設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)本身的大小和性能是一些重要的因素。在操作系統(tǒng)之上有各種支持軟件，包括運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層的軟件、存儲(chǔ)管理軟件、用戶管理軟件等。除去這些軟件外，不同的NAS設(shè)備生產(chǎn)廠家還有一些服務(wù)軟件、安全設(shè)計(jì)軟件和故障容忍軟件等。由于NAS文件器等NAS設(shè)備主要是為網(wǎng)絡(luò)提供文件服務(wù)功能的，所以NAS服務(wù)器的核心是網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)。除了性能上可能的不同外，NAS設(shè)備與普通計(jì)算設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)上沒有很大的不同。

3 SAN的特點(diǎn)

    3.1 SAN與網(wǎng)絡(luò)

    SAN是連接各種設(shè)備的光纖、光纖通道交換機(jī)、集線器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)設(shè)備和連接服務(wù)器的主機(jī)適配卡。一般需要存取數(shù)據(jù)的服務(wù)器不屬于存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)的范疇。服務(wù)器和服務(wù)器上運(yùn)行的應(yīng)用程序?qū)嶋H上操作存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的對(duì)象，我們把它們稱為存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)的用戶。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)采用單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)，它不與計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)共用通信通道。這種專用的網(wǎng)絡(luò)使存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)具有更好的靈活性、可靠性和可擴(kuò)展性。

    存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)往往有多條路線連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。如果一條線路中斷，存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)可以換用另一條線路。避免了一個(gè)設(shè)備出故障導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的情況。提高了系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)需要增加存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)，只需把存儲(chǔ)設(shè)備連接到存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上。所有的主機(jī)都能通過存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)來操作新增加的存儲(chǔ)設(shè)備，不必改變服務(wù)器和其他存儲(chǔ)設(shè)備的設(shè)置。

    存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)使用專為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)的光纖通道協(xié)議。光纖通道協(xié)議現(xiàn)在的速度是1Gbps，它適用于高速大量的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸。而NAS使用為計(jì)算機(jī)之間通信設(shè)計(jì)的局域網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，它的速度不如光纖通道協(xié)議。例如100M以太網(wǎng)只有1Gbps光纖通道帶寬的十分之一。即使1000M以太網(wǎng)也只有2Gbps光纖通道協(xié)議帶寬的二分之一，因此存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)的數(shù)據(jù)存取性能比NAS高。

    3.2 SAN的體系結(jié)構(gòu)

    SAN的體系結(jié)構(gòu)包括服務(wù)器連接器件、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接器件、存儲(chǔ)設(shè)備和管理軟件。我們知道網(wǎng)卡用于連接計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)卡一般插在計(jì)算機(jī)內(nèi)的總線擴(kuò)展槽上，卡上有連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的接口。網(wǎng)卡物理上連接計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線(例如PCI總線、SUN的Sbus總線等)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng)等)。

    使存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)發(fā)揮它的最大優(yōu)勢，還離不開存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)的另一重要部分――存儲(chǔ)軟件。存儲(chǔ)軟件用于控制存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各種設(shè)備及其互相通信，存儲(chǔ)軟件還提供存儲(chǔ)系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間的編程界面以及存儲(chǔ)系統(tǒng)與操作人員之間的人機(jī)界面。這里我們注意到應(yīng)用程序，如數(shù)據(jù)庫軟件等，通過編程界面來操作存儲(chǔ)系統(tǒng)，它們并不是存儲(chǔ)軟件。

4 兩種存儲(chǔ)技術(shù)的比較

    下面分別從發(fā)展、技術(shù)和性能、應(yīng)用等方面對(duì)這兩種存儲(chǔ)技術(shù)作一個(gè)認(rèn)識(shí)和比較。

    從發(fā)展歷史來看，NAS和SAN則相對(duì)較新，特別是SAN更是有許多標(biāo)準(zhǔn)尚未指定，許多方面尚未完善。

表1 各國國際市場占有率 

5 結(jié)束語

    總的來說，NAS、SAN存儲(chǔ)模式，已經(jīng)很好地滿足目前信息化應(yīng)用在單服務(wù)器擴(kuò)容、服務(wù)器雙機(jī)高可用集群、高性能、高可用、高擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)絡(luò)和簡單易用的網(wǎng)絡(luò)文件共享等方面需求。隨著信息化建設(shè)朝深度和廣度發(fā)展，新興的存儲(chǔ)模式也必將會(huì)逐步因此，NAS與SAN走向普及應(yīng)用。

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本文標(biāo)題：NAS和SAN存儲(chǔ)方案的比較研究

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