NAS和SAN存储方案的比较研究

来源:用户上传      作者: 杨 彦

　　摘要：对文件共事NAS和SAN存储技术做了相应的介绍、分析和比较，NAS系统主要负责提供文件共享，在网络日益复杂的演化中，系统的可维护性也是一个极其重要的考虑因素。随着网络的功能逐渐完善，相应地对存储系统的性能要求也就逐渐提高，就需要NAS(Network Attached Storage)或SAN(Storage Area Network)技术。在一个网络中安装了NAS设备后，系统可以有明显的性能方面的提高和管理成本的降低。
　　关键词：NAS；SAN系统；比较
　　中图分类号：TP　文献标识码：A　文章编号：1672-3198(2010)11-0300-02
　　
　　1　引言
　　
　　网络发展的初期，对于存储的需求大部分仍局限于个人计算机和局域网，所以存储结构的设计也较为简单。如果存储的数据相对集中在某一个服务器所对应的存储设备上，该服务器的处理速度和服务器与存储设备间的带宽就有可能成为该存储系统的带宽瓶颈，制约系统的整体性能的提高。更重要的是，如果服务器发生故障，那么所有的数据访问均会受到影响，系统瘫痪。
　　新系统主要负责提供文件共享，这样网络中的服务器就可以不用管理文件的操作，从而减轻网络服务器的负担。同时，在存储设备更新或出现故障时，网络服务器仍然可以工作，这样整个网络也不会因为存储设备而关闭以致瘫痪。
　　
　　2　NAS的特点
　　
　　2.1　NAS与网络
　　NAS是网络的一部分。NAS是围绕网络的，其设计保证了网络上设备对于文件操作的快速响应。而且文件的操作不必经过其他服务器，而可以直接在客户端设备与NAS设备之间进行。这种功能和设计使得原先的DAS设计中存在的基于通用服务器的带宽瓶颈的问题得到解决，通用的服务器上的资源(如CPU、内存等)可以用于处理更加面向用户的要求。
　　
　　2.2　NAS运行
　　NAS设备是一种类似即插即用的存储设备。NAS设备一般均安装了一系列的立件系统软件，以支持对应的用户应用环境。NAS设备还安装CIFS文件系统的服务端软件，支持SMB等协议。这样当网络中有设备需要对NAS上的文件进行操作时，该设备会产生对应的文件I／O请求。NAS设备在接收到该I／O请求后，依据该请求的来源对该I／O请求给予处理，并提供对应的文件和数据服务给发送请求的设备。NAS支持几乎所有的标准和一些非标准网络协议，如物理层的以太网、令牌环，网络层和传输层的TCP／IP，应用层的HTTP、CIFS、NFS等。对应这些协议，在存储系统安全设计上也有不同的方式。
　　
　　
　　2.3　NA$优点
　　NAS设计在存储市场的占有率日益扩大，很重要的一个因素是互联网。网络服务商、网络应用服务商和网络信息、网络购物甚至网络游戏商等对网络的可靠性、可扩展性的要求逐渐提高，而同时网络的竞争又导致相应的开支应当逐步降低，这些都可以通过NAS得到有效的满足。
　　2.3.1　有效的IT开支
　　对于用户而言，数据的日益增加和数据的实时操作都是现在对网络存储的基本要求。对于IT而言，又希望在现有网络结构和较小的新增投资下来满足这些要求。通用服务器是难以在这些限制下满足这些对于文件和数据存储方面的要求的。只需一些简单的初期设置和管理，NAS设备就可以很容易地加人到一个运行的LAN中。另一方面，由于NAS设备，特别是NAS文件器，是专门设计提供文件服务功能的，减小或删除了一般功能。依据可靠性原理，即使NAS设备系统的总体设计与复杂的通用计算设备相同，其系统的可靠性也比通用计算设备高。
　　由于减小了系统故障率，IT的后续支持的开支也将相应降低。还有，由于存储的相对集中和NAS设备的大存储容量，即使同样是管理一台设备，一个存储管理人员可以更为集中和有效地管理更多的存储空间，这也降低了IT的开支。当然，由于NAS设备工作在网络环境，这另一方面又略微增加了系统的故障率。总体上，NAS设计可以有效地控制IT开支。
　　2.3.2　可扩展性
　　目前的Internet和相关的商业不断扩展，特别是存储需求的日益增加，也要求IT不断的更新。如果把所有的存储都交给通用计算设备管理，会显著增加这些服务器的负荷，其后果是通用的服务和应用程序会受到性能上的影响。
　　相比之下，使用NAS设计就很容易扩展存储空间。一种存储扩展方式是在网络上添加一个节点及网络设备。在NAS中为NAS设备，如文件器。这种方式基本上是启动NAS设备，运行相应的网络文件系统，并将之与网络相连即可。更高级的NAS设备可以支持网络接口的热安装、存储介质的随时增加和存储备份等。
　　2.3.3　缓解服务器负担
　　NAS设备的设计就是为了能够使通用服务器有更多的资源来为较为重要的用户需求服务。NAS的文件器可以使耗费CPU和网络资源的文件服务功能转移到专用的NAS设备上。文件服务是与系统的I／O对应的，它在一般设备中也有较高的优先权。这部分任务移交给NAS设备后，通用服务器就有更多的资源处理重要的任务，如电子邮件处理、远程处理等，并加快系统的响应时间。
　　2.3.4　多系统问的数据共享
　　由于网络的演化等原因，一般的企业和Internet网，都是一个多个操作系统和网络结构并存的网络环境。作为一个网络设备对网络环境的支持，NAS设备在设计时就考虑到这种多样性。如仅网络文件系统就支持NFS和CIFS。除此以外，NAS设备还支持多种网络协议，包括TCP／IP等。这种设计使得NAS能够轻易地支持多个系统之间的数据共享，比如提供Unix设备和Windows设备间数据的共享。对于终端数据用户，可以更方便地操作数据而无需知道数据原先是在Unix系统还是在Windows或其他系统中生成的。
　　2.3.5　适合已有网络结构
　　在现有的网络结构内添加NAS设备，而且对NAS设备在网络结构中的位置没有任何限制。由于其所支持的文件系统、网络协议等已经在原网络中有过对应的支持，NAS设备的添加也不会引入新的网络支持的问题。NAS的管理也可以融入网络管理软件包中，如HP的OpenView等。
　　随着企业的扩展，企业内部网络会为一些小的部门设计一些非本地的子网。而NAS的设计就可以为这些子网络提供与企业内部主网络同样的IT支持。一种设计是企业集中的NAS设备，所有的内部网络，包括子网络都利用这个集中的NAS设备。这种设计的好处是集中的存储管理、设备维护等，缺点是网络的数据流可能较大。另一种设计是网络有独立的NAS设备，网络内部有相对比较分散的多个NAS设备都通过NAS管理软件包由IT集中管理和控制。由于用户对数据的存储要求相对集中在一定范围内，如某个子网为工程部的某开发组使用，则该组所用数据大部分都与其项目有关，即所谓的数据的局部性，所以NAS设备在子网内也尽量局部化了网络中的数据流。

　　在为NAS设备选择和设计操作系统时，系统本身的大小和性能是一些重要的因素。在操作系统之上有各种支持软件，包括运行网络协议层的软件、存储管理软件、用户管理软件等。除去这些软件外，不同的NAS设备生产厂家还有一些服务软件、安全设计软件和故障容忍软件等。由于NAS文件器等NAS设备主要是为网络提供文件服务功能的，所以NAS服务器的核心是网络文件系统。除了性能上可能的不同外，NAS设备与普通计算设备在标准文件系统和网络文件系统上没有很大的不同。
　　
　　3　SAN的特点
　　
　　3.1　SAN与网络
　　SAN是连接各种设备的光纤、光纤通道交换机、集线器等网络设备，存储数据的存储设备和连接服务器的主机适配卡。一般需要存取数据的服务器不属于存储区域网的范畴。服务器和服务器上运行的应用程序实际上操作存储数据的对象，我们把它们称为存储区域网的用户。存储区域网采用单独的网络，它不与计算机局域网共用通信通道。这种专用的网络使存储区域网具有更好的灵活性、可靠性和可扩展性。
　　存储网络往往有多条路线连接两个节点。如果一条线路中断，存储网络可以换用另一条线路。避免了一个设备出故障导致整个系统不能正常运行的情况。提高了系统的可靠性。当需要增加存储设备时，只需把存储设备连接到存储网络上。所有的主机都能通过存储网络来操作新增加的存储设备，不必改变服务器和其他存储设备的设置。
　　存储区域网使用专为存储数据传输设计的光纤通道协议。光纤通道协议现在的速度是1Gbps，它适用于高速大量的存储数据传输。而NAS使用为计算机之间通信设计的局域网传输数据，它的速度不如光纤通道协议。例如100M以太网只有1Gbps光纤通道带宽的十分之一。即使1000M以太网也只有2Gbps光纤通道协议带宽的二分之一，因此存储区域网的数据存取性能比NAS高。
　　
　　3.2　SAN的体系结构
　　SAN的体系结构包括服务器连接器件、存储网络连接器件、存储设备和管理软件。我们知道网卡用于连接计算机和计算机网络。网卡一般插在计算机内的总线扩展槽上，卡上有连接计算机网络的接口。网卡物理上连接计算机内部总线(例如PCI总线、SUN的Sbus总线等)和计算机网络(例如以太网等)。
　　使存储区域网发挥它的最大优势，还离不开存储区域网的另一重要部分――存储软件。存储软件用于控制存储网络系统中的各种设备及其互相通信，存储软件还提供存储系统与应用程序之间的编程界面以及存储系统与操作人员之间的人机界面。这里我们注意到应用程序，如数据库软件等，通过编程界面来操作存储系统，它们并不是存储软件。
　　
　　4　两种存储技术的比较
　　
　　下面分别从发展、技术和性能、应用等方面对这两种存储技术作一个认识和比较。
　　从发展历史来看，NAS和SAN则相对较新，特别是SAN更是有许多标准尚未指定，许多方面尚未完善。
　　
　　5　结束语
　　
　　总的来说，NAS、SAN存储模式，已经很好地满足目前信息化应用在单服务器扩容、服务器双机高可用集群、高性能、高可用、高扩展的网络存储络和简单易用的网络文件共享等方面需求。随着信息化建设朝深度和广度发展，新兴的存储模式也必将会逐步因此，NAS与SAN走向普及应用。
　　　参考文献
　　[1]谢胜彬.1啕洋.DAS，NAS与SAN的研究与应用[J].计算机与现代化，2003.(7).

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