NAS、SAN和iSCSI網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)分析評價

汪海濤

（廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院 信息工程系，廣東 廣州 510640）

計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從服務(wù)器/客戶機模式到今天的網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境，再到今后的移動計算環(huán)境，對數(shù)據(jù)的請求不再受時間和空間的限制。隨著計算機能力的不斷提高，數(shù)據(jù)量也在不斷膨脹。數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)中最寶貴的資源，因數(shù)據(jù)問題導(dǎo)致的損失可能使一個企業(yè)破產(chǎn)。隨著信息化的不斷推進，日常業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的依賴越來越強，數(shù)據(jù)呈指數(shù)級增長，數(shù)據(jù)管理和維護工作日益繁雜。

網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)是制約網(wǎng)絡(luò)I/O吞吐量的瓶頸，合理地設(shè)計和規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)，會最大限度地降低總體擁有成本，使網(wǎng)絡(luò)性能得到充分發(fā)揮。

本文對網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)NAS、SAN和iSCSI進行了分析，根據(jù)存儲服務(wù)質(zhì)量的各項評價指標(biāo)，對其進行綜合評價。研究結(jié)果表明，iSCSI是NAS和SAN兩種技術(shù)在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的融合，通過把面向數(shù)據(jù)塊的SCSI協(xié)議封裝在TCP/IP包中，以便在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上傳送，可以達(dá)到較好的存儲性價比。

1 NAS

1.1 NAS結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)附加存儲 NAS（Network Attached Storage）將存儲設(shè)備連接到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)上，提供數(shù)據(jù)和文件服務(wù)。NAS服務(wù)器一般由存儲硬件、操作系統(tǒng)以及其上的文件系統(tǒng)等幾個部分組成。它基于TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)文件級數(shù)據(jù)的存取服務(wù)。

NAS將存儲設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接，可以無需服務(wù)器直接上網(wǎng)，不依賴通用的操作系統(tǒng)，而是采用一個面向用戶設(shè)計的、專門用于數(shù)據(jù)存儲的簡化操作系統(tǒng)，內(nèi)置了與網(wǎng)絡(luò)連接所需的協(xié)議，因此使整個系統(tǒng)的管理和設(shè)置較為簡單。NAS的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 NAS的特性

NAS是精簡型服務(wù)器，在硬件架構(gòu)上只需CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡和主機板等。在軟件方面，操作系統(tǒng)也是精簡型系統(tǒng)，有些甚至是免費的Linux。采用磁盤陣列技術(shù)，NAS可保證硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全與完整。通過網(wǎng)絡(luò)共享數(shù)據(jù)，即使相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器不再工作，仍然可以讀取數(shù)據(jù)。所采用的嵌入式操作系統(tǒng)具有很強的穩(wěn)定性和可靠性，網(wǎng)絡(luò)管理員可方便地設(shè)置用戶或用戶組對NAS服務(wù)器的訪問權(quán)限。

NAS只適用于較小網(wǎng)絡(luò)規(guī)模或者較低數(shù)據(jù)流量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)備份。NAS仍使用網(wǎng)絡(luò)進行備份和恢復(fù)，LAN除了處理正常的最終用戶傳輸流外，還必須處理包括備份的存儲磁盤請求。

2 SAN

存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN（Storage Area Network）是一種在服務(wù)器和外部存儲資源或獨立的存儲資源之間實現(xiàn)高速可靠訪問的專用網(wǎng)絡(luò)。SAN采用可擴展的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接服務(wù)器和存儲設(shè)備，每個存儲設(shè)備不隸屬于任何一臺服務(wù)器，所有的存儲設(shè)備都可以在全部的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間作為對等資源共享。SAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

SAN作為網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)施，旨在提供靈活、高性能和可擴展的存儲環(huán)境，擅長在服務(wù)器和存儲設(shè)備之間傳輸大塊數(shù)據(jù)，特別適于以下應(yīng)用場合：

（1）對響應(yīng)時間、可用性和可擴展性要求高的關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用；

（2）對性能、數(shù)據(jù)完整性和可靠性要求高的集中存儲備份，以保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全，可極大地提高企業(yè)數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)操作的可靠性和可擴展性；

（3）海量存儲的應(yīng)用環(huán)境，如圖書館、銀行、證券、中大型企業(yè)或組織的數(shù)據(jù)中心；

（4）支持服務(wù)器及其連接設(shè)備之間提供光纖通道高性能和擴展的距離。

3 iSCSI

Internet小型機系統(tǒng)接口協(xié)議 iSCSI（Internet Small Computer System Interface）是一種端到端的協(xié)議，用于在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸和存儲I/O數(shù)據(jù)塊。該協(xié)議被用于服務(wù)器、存儲設(shè)備和協(xié)議傳輸網(wǎng)關(guān)設(shè)備。iSCSI使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)交換機和路由器，將數(shù)據(jù)從服務(wù)器轉(zhuǎn)移到存儲設(shè)備。它還使得IP和以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施可以被用于對SAN存儲系統(tǒng)的擴展訪問，跨過任意距離完成對SAN的擴展接入。

iSCSI協(xié)議整合了存儲和 IP網(wǎng)絡(luò)，使通過IP網(wǎng)絡(luò)完成存儲數(shù)據(jù)塊的傳輸成為現(xiàn)實。它建立在兩個已被廣泛應(yīng)用的技術(shù)之上——為存儲而建立的SCSI命令以及為網(wǎng)絡(luò)化而建立的IP協(xié)議。iSCSI協(xié)議層次模型如圖3所示。

iSCSI協(xié)議定義了在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送、接收block（數(shù)據(jù)塊）級的存儲數(shù)據(jù)的規(guī)則和方法。發(fā)送端將SCSI命令和數(shù)據(jù)封裝到TCP/IP包中再通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)，接收端收到TCP/IP包之后，將其還原為SCSI命令和數(shù)據(jù)并執(zhí)行，然后將返回的SCSI命令和數(shù)據(jù)再封裝到TCP/IP包中再傳送回發(fā)送端。而整個過程在用戶看來，使用遠(yuǎn)端的存儲設(shè)備就像訪問本地的SCSI設(shè)備一樣簡單。支持iSCSI技術(shù)的服務(wù)器和存儲設(shè)備能夠直接連接到現(xiàn)有的IP交換機和路由器上。

4 iSCSI同NAS、SAN的比較與分析

4.1 網(wǎng)絡(luò)存儲效率比較

研究問題：iSCSI是 NAS和 SAN兩種技術(shù)在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的融合，通過把面向數(shù)據(jù)塊的SCSI協(xié)議封裝在TCP/IP包中，以便在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上傳送。現(xiàn)在對6個數(shù)據(jù)量大小不同的樣本分別使用3種方式進行數(shù)據(jù)存儲，得到的綜合評價為：隨著數(shù)據(jù)量的增大，NAS的存儲效率逐漸降低，最后變得不可用，SAN受到很小的影響，而iSCSI則逐漸趨向穩(wěn)定。分析結(jié)果如圖4所示。

結(jié)果表明，NAS只適用于較小網(wǎng)絡(luò)規(guī)模或者較低數(shù)據(jù)流量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)備份，當(dāng)數(shù)據(jù)量增多時，NAS的存儲效率將急劇下降；SAN提供高性能和擴展的存儲環(huán)境，擅長在服務(wù)器和存儲設(shè)備之間傳輸大塊數(shù)據(jù)；相對于NAS，iSCSI帶寬高、功能強 （特別是遠(yuǎn)程復(fù)制和災(zāi)難恢復(fù)）、可用性強，能夠處理大塊數(shù)據(jù)的傳輸。

4.2 存儲成本的比較和分析

NAS投資成本較高（后期擴容成本高），而可靠度不高，一般文件服務(wù)器沒有高可用配置，存在單點故障；SAN應(yīng)用在對性能、數(shù)據(jù)完整性和可靠性要求高的集中存儲備份，以保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全，但實現(xiàn)成本極高。iSCSI連接距離更長，突破FC/SAN目前10 km的局限，其利用現(xiàn)有的TCP/IP基礎(chǔ)設(shè)施來構(gòu)筑SAN，網(wǎng)絡(luò)部署成本相對較低。

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