几种主流网络存储技术的比较分析

几种主流网络存储技术的比较分析

网络存储技术就是将“存储”和“网络”结合起来，通过网络连接各存储设备，实现存储设备之间、存储设备和服务器之间的数据在网络上的高性能传输。

下面主要分析以下三种主流的网络存储技术：DAS、NAS、SAN，并对这些技术进行比较。

1 直接依附存储( Direct Attached Storage，DAS)

DAS是指将存储设备通过SCSI接口或光纤通道直接连接到服务器上，即每一台服务器都带有自己的磁盘、磁带机或是磁带库。其本身是硬件的堆叠，存储操作依赖于服务器，不带有任何存储操作系统。其存储设备是通用服务器的一部分，该服务器同时提供应用程序的运行，即数据访问与操作系统、文件系统和服务程序紧密相关，是一种以服务器为中心的存储结构。

由于直接将存储设备连接到服务器上。这导致它有以下几方面的缺点：

1）传递距离：一般SCSI 电缆允许的传递距离最大为25 m。

2）连接数量：一方面，SCSI 连接器的尺寸限制了连接服务器的数量；另一方面，每台服务器最多也只能连接16 个SCSI 阵列。

3）传输速率：目前并行SCSI 最大运行速度为320 Mbit/s，且只能以半双工方式。在网络带宽足够的情况下，服务器本身成为数据输入输出的瓶颈。

因此，当存储容量增加时，DAS 方式很难扩展，这对存储容量的升级是一个巨大的瓶颈；另一方面，由于数据的读取都要通过服务器来处理，必然导致服务器的处理压力增加，数据处理和传输能力将大大降低。此外，当服务器出现故障时，也会波及到存储数据，使其无法使用。目前DAS已经几乎退出了存储市场。

2 网络附加存储( Network Attached Storage，NAS)

NAS是可以直接连到网络上向用户提供文件级服务的存储设备。采用NAS 技术的存储设备不再通过I/ O 总线附属于某个特定的服务器，而是通过网络接口与网络直接相连，由用户通过网络访问。

NAS以数据为中心，将存储设备与其它应用服务器分离。存储设备在功能上完全独立于网络中的其它应用服务器。客户机与存储设备之间可以直接进行数据访问而不需要文件（应用）服务器的干预，因此不仅响应速度快，而且数据传输速率很高；同时也降低对服务器的要求和成本，这样使得NAS 的部署更加方便且性价比较高。

虽然NAS 具有较好的可扩展性、可访问性、低价位、部署简单、易于管理等优点，但也存在着以下不足：

1）在文件访问的速度方面：NAS 采用的是文件I／O 方式，这带来巨大的网络协议开销。正是基于这个原因，NAS 不适合对访问速度要求高的应用场合，

如数据库应用、在线事务处理等。

2）在数据备份方面：需要占用LAN 的带宽，浪费宝贵的网络资源，严重时甚至影响客户应用的顺利进行。

3）在资源的整合和NAS 的管理方面：NAS 只能对单个存储（单个NAS 内部）设备之中的磁盘进行资源的整合，目前还无法跨越不同的NAS 设备。难以将多个NAS 设备整合成一个统一的存储池，因而难以对多个NAS 设备进行统一的集中管理，只能进行单独管理。

3 存储区域网络( Storage Area Network，SAN)

SAN是通过专用高速网络将一个或多个网络存储设备和服务器连接起来的专用存储系统。它没有采用文件共享存取方式，而是采用块（block）级别存储。目前典型两种结构是基于光纤通道的FC-SAN 和基于IP网络的IP-SAN。

3.1 FC-SAN

FC( Fiber Channel 光纤通道)最初不是为硬盘设计开发的接口技术，而是专门为网络系统设计的，随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道的主要特性有: 热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。

FC-SAN由三个基本的组件构成：接口（SCSI、FC）、连接设备（Switch、Router）和协议（IP、SCSI）。这三个组件再加上附加的存储设备和服务器就构成一个SAN 系统。FC-SAN提供一个专用的、高可靠性的基于光通道的存储网络，将存储设备从传统的以太网中分离出来，成为独立的存储区域网络，服务器可以访问存储区域网上的任何存储设备，同时存储设备之间以及存储设备与SAN 交换机之间也可以进行通信。

FC-SAN存储区域网络的优点：

1）可实现大容量存储设备共享。

2）可实现性能服务器与高速存储设备的高速互联。

3）可实现灵活的存储设备配置要求。

4）可实现数据快速备份。

5）提高了数据的可靠性和安全性。

FC-SAN也存在着一些不足：

1）设备的互操作性较差。一般情况下，不同的产品提供商的光纤通道协议的具体实现不同，这导致了不同产品之间难以互相访问。

2）构建和维护SAN 需要有丰富经验并接受过专门训练的专业人员，加大了构建和维护费用。

3）在异构环境下的文件共享方面，SAN 中存储资源的共享一般指的是不同平台下的存储空间的共享而非数据文件的共享。

4）连接距离受限（10 km 左右）且网络互连设备昂贵。这些都阻碍了SAN 技术的普及应用和推广。

3.2 IP-SAN

IP-SAN是基于IP 网络实现数据块级别存储方式的存储网络，它允许用户在已有的以太网上创建存储网络，并可在任何网络节点上实施部署，因此保存的数据量更大。IP-SAN采用10G 以太网交换机代替传统的专用存储交换机，降低了部署成本；同时采用传统的IP 协议，突破了传输距离的限制。在IPSAN 存储领域中，较为成熟的是iSCSI（Internet 小型计算机系统接口）技术。iSCSI 是基于IP 网络实现的SAN 架构，它既具有IP 网络配置和管理简单等优点，同时又提供了SAN 架构所拥有的强大功能和扩展性。iSCSI 是连接到一个TCP／IP 网络的直接寻址的存储库，通过使用TCP／IP 协议对SCSI 指令进行封装，可以使指令能够通过IP 网络进行传输，而过程完全不依赖于地点。

iSCSI存储的优点：

1）建立在SCSI、TCP／IP 这些稳定和熟悉的标准上，安装成本和维护费用较低。

2）iSCSI 支持一般的以太网交换机而不是特殊的光纤通道交换机，从而降低了构建成本。

3）iSCSI 通过IP 传输存储命令，因此可以在整个Internet 上传输，没有距离限制。

iSCSI存储的缺点：

1）存储和网络是同一个物理接口，同时协议本身的开销较大。

2）协议本身需要频繁地将SCSI 命令封装到IP包中，以及从IP包中将SCSI 命令解析出来，这两个因素都造成了带宽的占用和主处理器的负担。

但是随着专门处理iSCSI指令的芯片的出现以及10G 以太网的普及，这两个问题将得到缓解。因此，iSCSI有着较好的发展空间。

3.3 FC-SAN和IP-SAN之间的区别

FC-SAN和IP-SAN基于协议的不同，其区别比较明显：

1）网络速度方面：FC-SAN一般提供1 Gbit/s、2 Gbit/s、4Gbit/s 的带宽，而IP-SAN能提供的带宽主要受LAN和WAN的影响，在千兆以太网中能提供1Gbit/s，随着千兆以太网的成熟，将可以提供10Gbit/s的带宽。

2）网络架构方面：FC-SAN需要构建一个独立的光纤网络，每台服务器都要增加HBA卡（主机总线适配器），而IP-SAN使用现有的IP网络。

3）传输距离方面：FC-SAN受到光纤传输距离的限制最10km，而IP-SAN理论上没有距离限制。

4）使用和维护方面：FC-SAN技术较复杂，建立时需要专业人员进行，维护需要经过长时间的培训和学习，而IP-SAN与其它IP网络设备一样操作简单。

5）成本方面：FC-SAN需要购买光纤交换机、HBA 卡、光纤磁盘阵列等，这些设备都非常昂贵，构建和维护时需要有丰富经验并接受过专门训练的专业人员，这大大增加了构建和维护费用，而IP-SAN的成本要低得多。

6）兼容性方面：FC-SAN设备的互操作性较差，不同的产品提供商的光纤通道协议的具体实现是不同的，这造成了不同产品之间难以互相操作。而IP-SAN 可以将存储设备合并为存储池，能很好地整合各种存储设备，同时有效保护了以