SAN和NAS存储网络的研究和设计毕业论文

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1、毕业设计(论文)( 2008届 )论文题目 SAN和NAS存储网络的研究和设计 Scheme of Integrating NAS with SAN SAN和NAS存储网络的研究和设计内容摘要数据密集应用的飞速发展促进了信息存储、接收、处理和传送新方法的发展。传统的服务器附属存储（SAS）结构缺乏可测性、可靠性、带宽、等待时间以及可管理性，因此无法处理日益发展的数据存储和接收要求。存储的联网需要打破SAS结构的瓶颈。网络附属存储（NAS）和存储区域网络（SAN）能够更好地处理这一问题。NAS和SAN是作为独立的网络存储技术发展的。它们都受到一些问题的影响。SAN的客户无法很容易地通过不同型号的

2、计算机从一个数据图像处分享信息。光纤通道的SAN只有10公里远。另一方面，NAS存储被限制在NAS服务上，是无法再分配的。NAS系统无法支持那些基于块状的应用，需要独立的管理。NAS和SAN都无法主导网存储技术，它们是互补的，当应用适当的时候，能够带来无尽的益处。所以最终的认识是将NAS和SAN结构融合起来。目前，有几种将NAS融合进SAN的方法。NAS可以作为SAN起作用的前端程序，而SAN则可以用作NAS存储模块的一种形式。SAN还可以为NAS提供备份。在每一种情况下，目标都是将NAS存储与光纤通道开关连接起来。这些技术都不是基于各个装置的，而是基于整个的结构。我们将会呈现一个将NAS和N

3、AS融合起来的新方法，这是一种基于装置水平的方法。关键词：网络存储，SAN，NAS，融合 ，光纤通道A New Scheme of Integrating NAS with SANABSTRACT The rapid growth of data intensive applications drives the development of new methods forstoring, accessing, managing, and delivering information. Traditional Server Attached Storage(SAS) architecture

4、lacks the scalability, reliability, bandwidth, latency, and manageability, and can not handle the growing data storage and access requirements. The networking of storage evolves to break the bottlenecks of SAS architecture. Network Attached Storage (NAS) and Storage Area Network (SAN)enable manageme

5、nt to realize more benefits.NAS and SAN evolve as separate network storage technologies. They are all impacted by some problems. The client of SAN can not share information easily through heterogeneous computers from a single data image. A fiber channel SAN (FC-SAN)is limited to 10 km. On the other

6、hand, the storage of NAS is fastened behind the NAS server and not re-assignable. An NAS system can not support the block-based application and requires separate administration. Neither NAS nor SAN can dominate the network storage technology. They are complementary and can provide enormous benefits

7、when properly deployed. The ultimate realization will be in the eventual unification of NAS and SAN architecturesCurrently, there are several ways to integrate: VAS into an SAN. NAS can act as the front end for many SAN functions. An SAN can be used as a type of storage module for NAS. An SAN can al

8、so provide the backup portion of the NAS. In each case, the objective is to connect the NAS storage to an FC switch . All the methods are not based on the device-level, instead, the structure-level.In this paper, we present a new scheme of integrating NAS with SAN, which is based on the device-level

9、.Key words: Network Storage,，SAN，NAS，Uniform，Fibre channel目 录绪 论1第一章 网络存储概述11.1 网络存储网关支持的两类技术11.1.1 IP存储技术11.1.2光纤通道技术11.2 网络存储分类11.2.1 DAS11.2.2 NAS11.2.3 SAN11.3 网络存储设备11.4 网络存储发展趋势1第二章 DAS存储12.1 DAS存储简介12.2 DAS存储结构12.3 DAS存储方案设计12.4 DAS存储的优缺点1第三章 NAS存储13.1 NAS存储简介13.2 NAS存储结构13.3 NAS存储方案设计13.4 NA

10、S存储优缺点1第四章 SAN存储14.1 SAN存储简介14.2 SAN存储结构14.3 SAN存储方案设计14.3 SAN存储优缺点1第五章 SAN和NAS的融合15.1 SAN和NAS融合简介15.1.1 SAN和NAS对比15.1.2 SAN和NAS整合的必要性15.1.3 SAN和NAS集成优势15.2 SAN和NAS融合的几种方法15.2.1 SAN作为NAS的一部分15.2.2 NAS通过SAN来连接15.3 SAN和NAS融合的实际应用1第六章 校园SAN和NAS的存储网络的设计16.1 建立存储系统的3个目的16.1.1数据保护16.1.2 数据管理16.1.3数据利用16.2

11、设计实图1致谢1参考文献1附录1浙江传媒学院本科生毕业论文 SAN和NAS存储网络的研究和设计绪 论随着互联网络的发展和计算机技术的广泛应用，存储技术产品受到业界及专家们的高度重视. 对大多数依靠计算机运行关键商务程序的现代企业来说，信息已经成为一种超越其竞争对手的战略资产，数据的有效使用和管理越来越成为企业。IT部门的首要任务. 企业在存储设备和存储管理软件上的开销占据了整个网络成本越来越大的比重，并将逐步超过50% .据IDC 统计，企业的数据量每六个月就会增长一倍，到2002 年，企业每年要使用1.4 百万TB 的存储容量，这是1998年的12 倍. 存储已不再是附属于服务器的辅助设备，

12、而成为了IT 业最主要的投资花费所在.Gartner Group 预测，2005 年的IT 硬件市场值在专业市场上将达到1200 亿美元. 未来的发展重点将放在存储，服务器未来将会低速成长，保持一个比较稳定的态势.由于近年来客户机/ 服务器计算模型的广泛采用，企业中存在很多服务器，而且每个服务器都带有自己的存储系统，企业的信息分散到各个服务器上，形成所谓的“信息孤岛”，不利于企业的信息整合. 企业正面临着前所未有的存储挑战，单一的存储技术，如磁盘、光盘、RAID 技术等已经很难满足需求，他们需要一个全新的存储体系架构.网络存储将网络技术与新兴的存储领域有机地结合起来，能够彻底地解决传统存储方案

13、的弱势，其主要特征体现在超大存储容量、大数据传输率以及高的系统可用性，网络存储非常适合数据量增长迅速、拥有潜在升级数据大的企业.网络数据和信息的急剧增加也自然带来了网络存储市场的迅速增长. 从产品角度来说，国外产品一统天下. 在非整机制造厂商中，专业网络存储设备商EMC 公司的网络存储产品发展迅猛. 在整机制造厂商中，包括新惠普，IBM，SUN 公司也都有自己的网络存储解决方案，其它包括Cisco，Intel 等国际大公司在网络存储方面也已经推出相关产品.国内网络存储产品还处于空白阶段，但是在科研方面，国内包括华中科技大学和上海交通大学等科研院校在网络存储技术领域已经获得实质性突破.越来越多的

14、证据表明，网络存储将成为继个人计算机（PC）和互联网络（Internet）后第三次IT 浪潮的引导者. 个人计算机引领了第一次IT 浪潮，互联网络把孤立的主机通过网络互联起来引领了第二次IT 浪潮. 第一次浪潮和第二次浪潮是以数据计算为中心，而网络存储将引领以数据存储为中心的第三次IT 浪潮.第一章 网络存储概述网络存储将网络技术与新兴的存储领域结合起来，充分利用网络技术的特点，例如：远距离，安全性等，二者的结合可以实现确保数据的一致性、安全性和可靠性，实现不同数据的集中管理，实现网络上的数据集中访问，实现不同主机类型的数据访问和保护等等企业面临的复杂存储问题.1.1 网络存储网关支持的两类技

15、术网络存储网关支持的两类技术：光纤通道技术和IP存储技术。IP存储技术包含：iSCSI、FCIP、iFCP等；光纤通道技术包含FC-PH、FCP、FC-SW、FC-FS、FC-FG等。1.1.1 IP存储技术iSCSI（Small Computer Systems Interface over IP）是IETF提出的基于IP协议的技术标准，把SCSI 命令和数据帧压缩为IP帧传输，实现了SCSI和TCP/IP协议的连接。对于以局域网为网络环境的用户，只需要不多的投资，就可以方便、快捷的对信息和数据进行交互式传输和管理。 iSCSI标准在2003年2月11日由IETF（互联网工程任务组）认证通过

16、。iSCSI继承了两大最传统技术：SCSI和TCP/IP协议。这为iSCSI的发展奠定了坚实的基础。 基于iSCSI的存储系统只需要不多的投资便可实现SAN存储功能，甚至直接利用现有的TCP/IP网络。相对于以往的网络存储技术，它解决了开放性、容量、传输速度、兼容性、安全性等问题，其优越的性能使其备受关注与青睐。 iSCSI的数据包结构： 工作流程： iSCSI系统由SCSI适配器发送一个SCSI命令。命令封装到TCP/IP包中并送入到以太网络。接收方从TCP/IP包中抽取SCSI命令并执行相关操作。把返回的SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中，将它们发回到发送方。系统提取出数据或命令，并

17、把它们传回SCSI子系统。安全性描述： iSCSI协议本身提供了QoS及安全特性。可以限制initiator仅向target列表中的目标发登录请求，再由target确认并返回响应，之后才允许通信；通过IPSec将数据包加密之后传输，包括数据完整性、确定性及机密性检测等； iSCSI的优势：（1）广泛分布的以太网为iSCSI的部署提供了基础。（2）千兆/万兆以太网的普及为iSCSI提供了更大的运行带宽。（3）以太网知识的普及为基于iSCSI技术的存储技术提供了大量的管理人才。（4）由于基于TCP/IP网络，完全解决数据远程复制（Data Replication）及灾难恢复（Disaster Re

18、cover）等传输距离上的难题。（5）得益于以太网设备的价格优势和TCP/IP网络的开放性和便利的管理性，设备扩充和应用调整的成本付出小。 FCIP（ Fibre Channel over IP）是IETF与ANSI共同提出的基于IP的光纤通道方案，采用这种模式，光数据帧被压缩为IP帧传输,在两个SAN之间通过IP网络建立点到点的隧道，构成一个统一的SAN环境。 iFCP在FC与IP之间建立网关到网关的连接，使FC帧可以路由到正确的目的地址。它可以允许每一个互联的SAN都拥有自己独立的命名空间。实现起来也比FCIP复杂。iSNS是Internet Storage Name Service ，提

19、供智能的存储发现和管理业务。iSCSI HBA相关知识：iSCSI主机总线适配器的缩写，将硬件iSCSI initiator集成到板卡上，利用 TCP/IP卸载引擎在适配卡上完成数据处理，作用在于减轻主机CPU负载，也提供了高可用环境下硬件多通道功能和服务器远程引导功能：接口类型与以太网原有接口完全相同；大多数iSCSI HBA卡都具有TOE功能；TCP/IP卸载引擎的缩写，TOE网卡将TCP/IP处理脱离主机CPU，在TOE网卡上由专用芯片完成TCP/IP处理和数据包创建，减轻主机CPU的负载；iSCSI HBA也同时具备TOE功能，把二者的优点整合在一起。 1.1.2 光纤通道技术FC-0

20、:物理层，定制了不同介质，传输距离，信号机制标准，也定义了光纤和铜线接口以及电缆指标 FC-1:定义编码和解码的标准FC-2:定义了帧、流控制、和服务质量等 FC-3:定义了常用服务，如数据加密和压缩FC-4:协议映射层,定义了光纤通道和上层应用之间的接口,上层应用比如:串行SCSI协 议,HBA的驱动提供了FC-4的接口函数，FC-4支持多协议,如:FCP-SCSI,FC-IP,FC-VI。FC-PH 定义FC-0、FC-1和FC-2的级别(物理上)FC-FS 说明FC帧格式和光纤通道的基本控制特性FC-GS 定义多种与服务器类似的功能SCSI-FCP 定义使用光纤通道接口的SCSI-3指令

21、协议的操作FC-FG 定义光纤通道交换架构的常性FC-SW 描述光纤通道交换架构的交换组件FC-AL 是仲裁环路拓扑结构标准FC HBA相关知识： 光纤信道主机总线适配器的缩写，主要用于主机与FC设备之间的连接；FC HBA卡使用的传输介质可以分为光缆和铜缆两种；光缆分为单模长波和多模短波两种，单模长波最大传输距离十公里，多模短波最大传输距离500米（直径50微米）、175米（直径62.5微米）；铜缆最大传输距离30米。光缆接口分为SC、LC两种，分别为1Gb和2Gb接口。铜缆接口分为DB9和HSSDC两种，其中DB9为1Gb接口，HSSDC分为1Gb和2Gb两种；Fibre Channel还

22、包括三种独立于介质的接口：Gigabit Link Modules将并行信号转换为串行信号，包括串行编码和串行解码功能；Gigabit Interface Converters提供一个串行编码和串行解码的串行接口，可以热插拔，常见接口为SC和DB9两种；铜缆接口分为DB9和HSSDC两种，其中DB9为1Gb接口，HSSDC分为1Gb和2Gb两种； Fibre Channel还包括三种独立于介质的接口：Gigabit Link Modules将并行信号转换为串行信号，包括串行编码和串行解码功能；Gigabit Interface Converters提供一个串行编码和串行解码的串行接口，可以热插

23、拔，常见接口为SC和DB9两种； HBA卡主要厂商为Emulex、Qlogic、LSI、Adaptec、JNI、Agilent（安捷伦）等； 1.2 网络储存的分类目前磁盘存储市场上，存储分类（如下表一）根据服务器类型分为：封闭系统的存储和开放系统的存储，封闭系统主要指大型机，AS400等服务器，开放系统指基于包括Windows、UNIX、Linux等操作系统的服务器；开放系统的存储分为：内置存储和外挂存储；开放系统的外挂存储根据连接的方式分为：直连式存储（Direct-Attached Storage，简称DAS）和网络化存储（Fabric-Attached Storage，简称FAS）；开

24、放系统的网络化存储根据传输协议又分为：网络接入存储（Network-Attached Storage，简称NAS）和存储区域网络（Storage Area Network，简称SAN）。由于目前绝大部分用户采用的是开放系统，其外挂存储占有目前磁盘存储市场的70%以上，因此本文主要针对开放系统的外挂存储进行论述说明。 表一： 今天的存储解决方案主要为：直连式存储（DAS）、存储区域网络（SAN）、网络接入存储（NAS）。1.2.1 DAS DAS即直连方式存储，英文全称是Direct Attached Storage。中文翻译成“直接附加存储”。顾名思义，在这种方式中，存储设备是通过电缆（通常是

25、SCSI接口电缆）直接到服务器的。I/O（输入/输入）请求直接发送到存储设备。DAS，也可称为SAS（Server-Attached Storage，服务器附加存储）。它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。1.2.2 NASNAS的定义是:“NAS是一个存储单位,连接在网络上提供文件访问服务”。NAS系统拥有一个专用的服务器,服务器上安装着一个优化的文件系统和瘦操作系统,该操作系统专门服务于文件请求。NAS实现了操作系统和文件服务器功能的专门化,为网络存储提供了最优的价格和性能。1.2.3 SAN根据SNIA(存储网络工业协会)给出的SAN定义:“SAN是一个网络,其主要

26、目的是在计算机和存储元素之间以及存储元素之间传输数据”。SAN由于采用不同的传输介质又可以分成FC-SAN和E-SAN。FC-SAN的传输介质是FC(光纤通道),新出现的SAN标准是iSCSI,传输介质是以太网(主要是千兆以太网和万兆以太网),FC-SAN 是目前主流的SAN 技术。1.3 网络存储设备磁盘阵列简介 ：磁盘阵列简称RAID(RedundantpArrayspofpInexpensivepDisks)，有“价格便宜且多余的磁盘阵列”之意。其原理是利用数组方式来作磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性。磁盘阵列主要针对硬盘，在容量及速度上，无法跟上CPU及内存的发展，提出

27、改善方法。磁盘阵列是由很多便宜、容量较小、稳定性较高、速度较慢磁盘，组合成一个大型的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生的加成效果来提升整个磁盘系统的效能。同时，在储存数据时，利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。磁盘阵列还能利用同位检查(ParitypCheck)的观念，在数组中任一颗硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将故障硬盘内的数据，经计算后重新置入新硬盘中。磁盘阵列的由来：由美国柏克莱大学(UniversitypofpCalifornia-Berkeley)在1987年，发表的文章：“ApCasepforpRedundantpArrayspofpInexpens

28、ivepDisks”。文章中，谈到了RAID这个字汇，而且定义了RAID的5层级。柏克莱大学研究其研究目的为，反应当时CPU快速的性能。CPU效能每年大约成长3050%，而硬磁机只能成长约7%。研究小组希望能找出一种新的技术，在短期内，立即提升效能来平衡计算机的运算能力。在当时，柏克莱研究小组的主要研究目的是效能与成本。另外，研究小组也设计出容错(fault-tolerance)，逻辑数据备份(logicalpdatapredundancy)，而产生了RAIDp理论。研究初期，便宜(Inexpensive)的磁盘也是主要的重点，但后来发现，大量便宜磁盘组合并不能适用于现实的生产环境，后来Ine

29、xpensive被改为independence，许多独立的磁盘组。磁盘阵列，时事所趋：自有PC以来，硬盘是最常使用的储存装置。但在整个计算机系统架构中，跟CPU与RAM来比，硬盘的速度是PC中最弱的设备之一。所以，为了加速计算机整体的数据流量，增加储存的吞吐量，进阶改进硬盘数据的安全，磁盘阵列的设计因应而生。硬盘随着科技的日新月异，现在其容量已达80GB以上，转速到了2万转，甚至25000转，而且价格实在是很便宜，再加现在企业流行，人力资源规画(EnterprisepResourcepPlanning：ERP)是每个公司建构网络的主要目标。所以，利用局域网络来传递数据，服务器所使用的硬盘显得非

30、常重要，除了容量大、速度快之外，稳定更是基本要求。基于此因，磁盘阵列开始广泛的应用在个人计算机上。磁盘阵列其样式有三种，一是外接式磁盘阵列柜、二是内接式磁盘阵列卡，三是利用软件来仿真。外接式磁盘阵列柜最常被使用大型服务器上，具可热抽换(HotpSwap)的特性，不过这类产品的价格都很贵。内接式磁盘阵列卡，因为价格便宜，但需要较高的安装技术，适合技术人员使用操作。另外利用软件仿真的方式，由于会拖累机器的速度，不适合大数据流量的服务器。由上述可知，现在IDE磁盘阵列大行其道的道理；IDE接口硬盘的稳定度与效能表现已有很大的提升，加上成本考量，所以采用IDE接口硬盘来作为磁盘阵列的决解方案，可说是最

31、佳的方式。在网络存储中，磁盘阵列是一种把若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体，整个磁盘阵列由阵列控制器管理的系统。磁带库是像自动加载磁带机一样的基于磁带的备份系统，磁带库由多个驱动器、多个槽、机械手臂组成，并可由机械手臂自动实现磁带的拆卸和装填。 它能够提供同样的基本自动备份和数据恢复功能，但同时具有更先进的技术特点。掌握网络存储设备的安装、操作使用也是网管员必须要学会的。在架构无线局域网时，对无线路由器、无线网络桥接器AP、无线网卡、天线等无线局域网产品进行安装、调试和应用操作。 磁盘阵列的主流结构：磁盘阵列作为独立系统在主机外直连或通过网络与主机相连。磁盘阵列有多各端口可以被不同主机或

32、不同端口连接。一个主机连接阵列的不同端口可提升传输速度。和目前PC用单磁盘内部集成缓存一样，在磁盘阵列内部为加快与主机交互速度，都带有一定量的缓冲存储器。主机与磁盘阵列的缓存交互，缓存与具体的磁盘交互数据。在应用中，有部分常用的数据是需要经常读取的，磁盘阵列根据内部的算法，查找出这些经常读取的数据，存储在缓存中，加快主机读取这些数据的速度，而对于其他缓存中没有的数据，主机要读取，则由阵列从磁盘上直接读取传输给主机。对于主机写入的数据，只写在缓存中，主机可以立即完成写操作。然后由缓存再慢慢写入磁盘。RAID技术将一个个单独的磁盘以不同的组合方式形成一个逻辑硬盘，从而提高了磁盘读取的性能和数据的安

33、全性。不同的组合方式用RAID级别来标识。 RAID级别 RAID技术经过不断的发展，现在已拥有了从 RAID 0 到 5等6种明确标准级别的RAID 级别。另外，其他还有6、7、10（RAID 1与RAID 0的组合）、01（RAID 0与RAID 1的组合）、30（RAID 3与RAID 0的组合）、50（RAID 0与RAID 5的组合）等。不同RAID 级别代表着不同的存储性能、数据安全性和存储成本，下面将介绍如下RAID级别：0、1、2、3、4、5、6、01、10。 RAID0也称为条带化（stripe），将数据分成一定的大小顺序的写道阵列的磁盘里，RAID0可以并行的执行读写操作，

34、可以充分利用总线的带宽，理论上讲，一个由N个磁盘组成的RAID0系统，它的读写性能将是单个磁盘读取性能的N倍。且磁盘空间的存储效率最大（100）RAID0有一个明显的缺点：不提供数据冗余保护，一旦数据损坏，将无法恢复。 如图所示：系统向RAID0系统（四个磁盘组成）发出的I/O数据请求被转化为4项操作，其中的每一项操作都对应于一块物理硬盘。通过建立RAID 0，原先顺序的数据请求被分散到四块硬盘中同时执行。从理论上讲，四块硬盘的并行操作使同一时间内磁盘读写速度提升了4倍。 但由于总线带宽等多种因素的影响，实际的提升速率会低于理论值，但是，大量数据并行传输与串行传输比较，性能必然大幅提高。 RA

35、ID0应用于对读取性能要求较高但所存储的数据为非重要数据的情况下。 RAID1称为镜像（mirror），它将数据完全一致的分别写到工作磁盘和镜像磁盘，因此它的磁盘空间利用率为50，在数据写入时时间会有影响，但是读的时候没有任何影响，RAID0提供了最佳的数据保护，一旦工作磁盘发生故障，系统自动从镜像磁盘读取数据，不会影响用户工作。 RAID1应用于对数据保护极为重视的应用。 RAID2称为纠错海明码磁盘阵列，阵列中序号为2N的磁盘（第1、2、4、6）作为校验盘，其余的磁盘用于存放数据，磁盘数目越多，校验盘所占比率越少。RAID2在大数据存储额情况下性能很高，RAID2的实际应用很少。 RAID

36、3采用一个硬盘作为校验盘，其余磁盘作为数据盘，数据按位或字节的方式交叉的存取到各个数据盘中。不同磁盘上同一带区的数据做异或校验，并把校验值写入到校验盘中。RAID3系统在完整的情况下读取时没有任何性能上的影响，读性能与RAID0一致，却提供了数据容错能力，但是，在写时性能大为下降，因为每一次写操作，即使是改动某个数据盘上的一个数据块，也必须根据所有同一带区的数据来重新计算校验值写入到校验盘中，一个写操作包含了写入数据块，读取同一带区的数据块，计算校验值，写入校验值等操作，系统开销大为增加。 当RAID3中有数据盘出现损坏，不会影响用户读取数据，如果读取的数据块正好在损坏的磁盘上，则系统需要读取

37、所有同一带区的数据块，然后根据校验值重新构建数据，系统性能受到影响。 RAID3的校验盘在系统接受大量的写操作时容易形成性能瓶颈，因而适用于有大量读操作如web系统以及信息查询等应用或持续大块数据流（例如非线性编辑）的应用。1.4 网络存储发展趋势随着社会信息化的深入，信息量迅猛增长，信息的重要性也日益显著。作为信息的载体，现代存储系统应具备资源整合、数据共享、分散存储、集中管理、快速配置、高可用性等特点；它能够抵御来自系统外部或内部的非法操作；还应能够随着存储容量的增长线性扩展它们的性能。为满足以上需求，信息的存储模式正全面转向“网络存储”。人们把网络存储称为信息技术发展的第三次浪潮（前两次

38、分别是PC 和网络）。存储从主机中分离出来成为独立的存储系统，把独立的存储系统和传统的用户设备用网络连接起来，用户便可以方便地使用像浏览器这样的客户端软件（或像使用本地硬盘一样）进访问和管理，这就是网络存储。网络存储的核心思想是存储与主机的分离，而此前则是以计算机为核心，存储只是计算机（或服务器）的外设。网络技术的发展为实现网络存储提供了前提。NAS（Network Attached Storage，附网存储）和SAN（ StorageArea Network，存储区域网）是两种主要的网络存储技术，NAS 与SAN 的融合同IP 存储（ IP Storage）、存储虚拟化（ StorageVi

39、rtualization）一起被看作是未来存储发展的趋势。第2章 DAS存储2.1 DAS存储简介DAS即直连方式存储，英文全称是Direct Attached Storage。中文翻译成“直接附加存储”。顾名思义，在这种方式中，存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接到服务器的。I/O（输入/输入）请求直接发送到存储设备。DAS，也可称为SAS（Server-Attached Storage，服务器附加存储）。它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。早期企业数据量较少时，购买的服务器中可能内/外置带有SCSI接口的磁带驱动器(或磁带机)，这种服务器主要是用在UNI

40、X(Solaris、AIX或HP UNIX)环境下，使用SUN、IBM或HP等厂商的服务器，数据备份和恢复主要依靠磁带来完成，当时存储的最大数据容量在1-2G。 在windows 系统备份数据采用外置移动硬盘，容量多达几百个G，随之USB和IEEE-1394接口的移动硬盘解决方案应运而生，使用最新的Serial ATA(串行)作为移动硬盘的传输接口，理论传输速度能达到1500Mbps,比起目前最快的USB2.0，甚至是IEEE1394的速度最快上许多，在利用SATA设备可热插拔的技术后让SATA移动硬盘能象USB/1394移动硬盘一样使用。 基于硬件的RAID系统是从主机之外独立地管理 RAI

41、D 子系统，并且它在主机处把每一组 RAID 阵列只显示为一个磁盘。硬件raid实现分为两种：一种是内置(或集成)raid控制器，一种是外置raid控制器。内置raid控制器通常是常用的卡件的形式插接在计算机主板上，集成raid控制器则是由主板厂商直接把控制芯片集成在主板上，近来高端主板集成raid控制器几乎成了标准配置。 根据raid控制器以及连接模式不同，raid控制器都配有不同数量的缓存，当然缓存越多，控制器的性能就越好了，价格也就比较贵了。软件 RAID 在操作系统中实现各类 RAID 级别，因为它不需要昂贵的RAID控制器卡，软件 RAID 提供了最廉价的解决方法。它还可以用在较便宜

42、的 IDE 磁盘以及 SCSI 磁盘。使用非常的快速 CPU，软件 RAID 的某些性能有可能超出硬件 RAID。 JBOD也是目前存储领域中一类重要的存储设备。JBOD可以在基于并行SCSI电缆的直接附加存储中使用，或在一般情况下，在具有Fibre Channel接口的存储网络中使用。磁盘驱动器插在一个内部总线上，将服务器与JBOD系统之间的外部总线电缆简化成单条电缆连接。 JBOD也支持热插拔磁盘驱动器，即可以在不影响数据存储和服务器操作的同时增加或者替换磁盘。使用SCSI磁盘的JBOD，各磁盘之间组成一个封闭的SCSI菊花链，为主机提供了并行SCSI连接。使用Fibre Channel磁

43、盘的JBOD可以提供12个Fibre Channel接口，在内部形成一个共享环段。 DAS还可以构成基于磁盘阵列的双机高可用系统，满足数据存储对高可用的要求。两台主机共同连接一个磁盘阵列，在主机上通过SCSI接口将磁盘阵列连接起来，或者在主机上安装光端模块，通过光纤连接到磁盘阵列上。磁盘阵列和主机相连后，可以选择出一部分硬盘作为主机的外置硬盘，不能被共享。 这样存储方式主要用于双机热备上，提高系统的稳定性，企业里一些重要的数据保护都是采用这种方式，确保“万无一失”。后来随着服务器和备份软件成本的下降，在LINUX和WINDOWS平台也可以实现双机热备了，以这种DAS方式实现的数据存储目前广泛地

44、存在企业中，也是DAS在企业数据存储中具体应用的集中表现。2.2 DAS存储结构典型DAS结构如图所示： 对于多个服务器或多台PC的环境，使用DAS方式设备的初始费用可能比较低，可是这种连接方式下，每台PC或服务器单独拥有自己的存储磁盘，容量的再分配困难；对于整个环境下的存储系统管理，工作烦琐而重复，没有集中管理解决方案。所以整体的拥有成本（TCO）较高。2.3 DAS存储方案设计DAS的方案设计比较简单，通常情况下，用SCSI电缆或光纤把服务器和存储设备实现物理连接，（实现的前提是服务器上必须有SCSI接口或FC接口，及安装接口的驱动程序），物理连接完成后，首先启动阵列，启动时阵列自动初始化

45、和引导阵列自检，这些过程完成后，用户就可以根据自己的需要设置RAID的级别及RAID的初始化，这个过程完成后用户就可以象使用本地硬盘一样地使用这个大容量逻辑磁盘，可以对磁盘进行分区、格式化和共享等操作。此时，存储容量实现扩展得以实现。2.4 DAS优缺点优点：1、实现大容量存储；将多个磁盘合并成一个逻辑磁盘，满足海量存储的需求。2、可实现应用数据和操作系统的分离：操作系统一般存放本机硬盘中，而应用数据放置于阵列中。3、提高存取性能：操作单个文件资料，同时有多个物理磁盘在并行工作，运行速度比单个磁盘运行速度高。4、实施简单：无须专业人员操作和维护，节省用户投资缺点：1、直连式存储依赖服务器主机操

46、作系统进行数据的IO读写和存储维护管理，数据备份和恢复要求占用服务器主机资源（包括CPU、系统IO等），数据流需要回流主机再到服务器连接着的磁带机（库），数据备份通常占用服务器主机资源20-30%，因此许多企业用户的日常数据备份常常在深夜或业务系统不繁忙时进行，以免影响正常业务系统的运行。直连式存储的数据量越大，备份和恢复的时间就越长，对服务器硬件的依赖性和影响就越大。 2、直连式存储与服务器主机之间的连接通道通常采用SCSI连接，带宽为10MB/s、20MB/s、40MB/s、80MB/s等，随着服务器CPU的处理能力越来越强，存储硬盘空间越来越大，阵列的硬盘数量越来越多，SCSI通道将会成

47、为IO瓶颈；服务器主机SCSI ID资源有限，能够建立的SCSI通道连接有限。 3、无论直连式存储还是服务器主机的扩展，从一台服务器扩展为多台服务器组成的群集(Cluster)，或存储阵列容量的扩展，都会造成业务系统的停机，从而给企业带来经济损失，对于银行、电信、传媒等行业724小时服务的关键业务系统，这是不可接受的。并且直连式存储或服务器主机的升级扩展，只能由原设备厂商提供，往往受原设备厂商限制。 第3章 NAS存储 3.1 NAS存储简介网络接入存储（Network-Attached Storage，简称NAS）采用网络（TCP/IP、ATM、FDDI）技术，通过网络交换机连接存储系统和服

48、务器主机，建立专用于数据存储的存储私网。随着IP网络技术的发展，网络接入存储（NAS）技术发生质的飞跃。早期80年代末到90年代初的10Mbps带宽，网络接入存储作为文件服务器存储，性能受带宽影响；后来快速以太网（100Mbps）、VLAN虚网、Trunk(Ethernet Channel) 以太网通道的出现，网络接入存储的读写性能得到改善；1998年千兆以太网（1000Mbps）的出现和投入商用，为网络接入存储（NAS）带来质的变化和市场广泛认可。由于网络接入存储采用TCP/IP网络进行数据交换，TCP/IP是IT业界的标准协议，不同厂商的产品（服务器、交换机、NAS存储）只要满足协议标准就

49、能够实现互连互通，无兼容性的要求；并且2002年万兆以太网（10000Mbps）的出现和投入商用，存储网络带宽将大大提高NAS存储的性能。通常,NAS产品与客户间的通信使用NFS协议、CIFS协议和Appletalk协议、FTP协议,这些协议运行在以太网络和Internet所采用的IP协议之上,其目的是用来交换计算机之间的文件。几乎所有的UNIX和NT厂家在网络中数据的读取方式皆采用以下两种公认的标准协议:UNIX系统标准协议,以SUN Microsystems开发并公开的网络文件系统(NetworkFileSystem,NFS)为主。Windows系列操作系统的标准则是由IBM 和Micro

50、soft开发的通用网络文件系统(CommonInternetFileSystem,CIFS)为主要协议。这些标准已被广泛地接受并使用,所以直接通过网络提供数据服务的存储设备远比以直接连接方式的存储设备(DAS)容易连接和管理,扩充性非常良好。此外,NAS设备因为支持NFS和CIFS协议,故异构平台间的文件可以通过这两种协议,而达到真正的文件共享。3.2 NAS存储结构网络附加存储,服务器是专用于数据存储的，包括存储器件（例如磁盘阵列、CD/DVD驱动器、磁带驱动器或可移动的存储介质）和内嵌系统软件，直接连到以太网上，不再挂接于服务器后端，增加和移除NAS服务器操作不会中断网络的运行。 NAS更

51、加适合文件级别上的数据处理，提供跨平台文件共享，将负载从应用或企业服务器上卸载下来，有效降低总拥有成本，保护用户投资。数据备份过程需要占用网络带宽。 NAS是指将集成的存储系统如磁盘阵列和磁带设备，直接通过LAN接口连入信息通信网络的技术。它使用TCP/IP之类的信息通信协议。存储系统在客户机/服务器结构关系中相当于一个服务器，它拥有一个处理器和操作系统或微内核，通过处理NFS（网络文件系统）之类的文件I/O协议，来管理存储系统与其客户机之间的数据传输。 3.3 NAS方案设计教育信息中心是一种特殊的中心，它不仅可以看到数量巨大的分布在全国各个学校节点上的共享信息，还可以根据有关的信息“抽取-

52、汇聚”原则聚集数量巨大的教育信息资源。例如，它可以根据某文章的评价和访问量来对全国的教育资源进行等级分类，并把优秀的资源入中央库。所以，必然有大量的存储需求。在网络信息中心，管理着所有枝干校园网，所以应该有大量的重要数据需要存储。因此，建议采用CoventiveNAS6000，它采用的是以太网通路，支持千兆以太网，且存储容量大(480GB可扩充)，硬件RAID技术，六块可热插拔硬盘。利用它可以实现快速的，稳定的数据存储。 典型应用拓扑图如下： 在各校园网络的信息中心，管理着各中小学校园网上的共享资源，所以应该有一定的数据需要存储。因此，建议采用 CoventiveNAS6000，它采用的是AT

53、A100的硬盘接口，网络带宽高达100MB/S。支持千兆以太网，且存储容量大(480GB可扩充)。CoventiveNAS采用的是内嵌式Linux操作系统，与用户数据完全隔离，它运行于内存中虚拟的内核平台，可以防止黑客的攻击和病毒的侵害，也可以有效防止因用户误操作而导致的用户数据丢失，因而拥有极高的安全性能，对帐户的轻松管理得以实现。对于重要的数据可以通过Coventive NAS6000自带的远程备份程序用磁带进行备份，减少了额外的软件开支。如图所示： 在各校园网络，普遍采用的是百兆以太网络，且数据的存储相对较少，所以建议采用CoventiveNAS500，它最大的存储空间是 320GB，完

54、全可以满足客户的需求，拥有极高的性价比，而且使用非常简便。而且对于重要数据同样可以通过自带的备份功能进行远程磁带备份。3.4 NAS的优缺点优点：由于NAS存储方案是基于原有局域网而设计的，是部件级的存储方法，所以NAS将存储设备通过标准的网络拓扑结构连接到一群计算机上，在适用性方面具有较强优势。首先，NAS方案可无需网络文件服务器直接上网，不依赖通用的操作系统，而是采用一个面向用户设计的、专门用于数据存储的简化操作系统，内置了与网络连接所需的协议，因此使整个系统的管理和设置较为简单；其次NAS服务器是真正即插即用的产品，并且物理位置灵活，可放置在工作组内，也可放在其他地点与网络连接。最后，N

55、AS方案是网络技术在存储领域的延伸和发展，数据以文件的形式按照网络协议在客户机与存储设备之间流动，它可以利用NFS实现异构平台的客户机对数据的共享，集成在存储设备内的专用文件服务器提高了文件传输的I/O速度。一旦用户把互连性和多平台性放在首位的时候，对NAS的考虑会多一些。缺点：采用传统的IP以太网技术也给NAS方案带来了致使的弱点，那就是存储性能较低，只适用于较小网络规模或者较低数据流域量的网络数据存储，对于一些较高要求存储环境，NAS也是无法胜任的。因为所是采用传统的IP以太网，带宽较低，特别是在100Mbps以下的网络，当数据存储发展到一定规模，数据存储服务和数据管理形成了网络的双重负担

56、。另外，这种NAS方案，磁盘阵列必须配置专用文件服务器，后期扩容成本高，且一般文件服务器没有高可用配置，有单点故障；通过网络协议的访问方式，对存储系统的数据安全构成威胁等。显然，NAS技术不能满足可靠度为99.999%的数据存储系统的要求。第4章 SAN存储4.1 SAN存储简介根据SNIA(存储网络工业协会)给出的SAN定义:“SAN是一个网络,其主要目的是在计算机和存储元素之间以及存储元素之间传输数据”。SAN由于采用不同的传输介质又可以分成FC-SAN和E-SAN。FC-SAN的传输介质是FC(光纤通道),新出现的SAN标准是iSCSI,传输介质是以太网(主要是千兆以太网和万兆以太网),

57、FC-SAN 是目前主流的SAN 技术。SAN通过专用的交换设备和环路设备连接若干台存储设备和备份设备组成一个单独的数据网络,提供企业级的数据存储服务。SAN存储系统的五大组成部分是:Server(服务器)Storage(存储设备)、SANFabric(连接设备)、Software(管理软件)、Service(服务)。SAN方式可在理论上扩展达到无数个节点,通过FC通道提高数据传输的速度,这样不仅可以提供更大容量的存储数据,而且地域上可以分散,缓解了大量数据传输对于局域网的影响。SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列,这样不管数据置放在哪里,服务器都可直接存取所需的数据。SAN结构中存储

58、设备是被当作本地设备访问的,文件系统和数据的维护在主机端完成。因此,SAN需要基于主机或存储系统的数据隔离,即所谓的LUNMasking技术,这种技术主要保证多种操作系统平台不会互相破坏文件系统。SAN使用新的方法将存储设备连接到服务器上，这些方法既提高了可用性又提高了性能。今天SAN用于将共享存储阵列与多个服务器相连，同时服务器群集又使用它来实现故障恢复。SAN可以使主机磁盘或磁带与网络服务器或客户机互连，还可以为大带宽计算环境创建并行数据路径。由于SAN的基础是存储接口，所以是与传统网络不同的一种网络，常常被称为服务器后面的网络。 SAN可被用来绕过传统网络的瓶颈，它通过以下三种方式支持服

59、务器与存储设备之间的直接高速数据传输：1、服务器到存储设备：这是服务器与存储设备之间的传统的相互作用模式，其优点在于多个服务器可以串行或并行地访问同一个存储设备。2、服务器到服务器：SAN可用于服务器之间的高速大容量数据通信。3、存储设备到存储设备：通过这种外部数据传输能力，可以在不需要服务器参与的情况下传输数据，从而使服务器周期能更多地用于其他活动如应用程序处理等。这样的例子还包括磁盘设备不需服务器参与就可以将数据备份到磁带设备上，以及跨SAN的远程设备镜像操作。SAN可使数据移动应用程序性能达到更好，例如，可在不需服务器参与的情况下将数据直接由数据源送往目的设备。SAN还可以实现新的网络结

60、构，在这种结构中，多个主机可以访问连在网络中的多个存储设备。使用SAN将拥有获得以下优势的潜力：1、增强应用程序的可用性：数据存储独立于应用程序，并且可通过多个路径访问。2、使应用程序表现出更高的性能：存储过程脱离服务器，形成一个独立的网络。3、存储的集中和整合：使管理更加简单，具有更好的可扩展性、灵活性和可用性。4、数据的远程传输和保管：数据的远程拷贝提供了更好的灾难保护能力。5、简化集中式管理：单一存储介质映像简化了管理过程。4.2 SAN存储结构SAN是位于服务器后端，为连接服务器、磁盘阵列、磁带库等存储设备而建立的高性能网络(图2)。sAN以数据存储为中心，采用可伸缩的网络拓扑结构，通

61、过具有高传输速率的光纤通道的直接连接，提供SAN内部任意节点之问的多路可选择的数据交换，并_目将数据存储管理集中在相对独立的存储区域网内。SAN提供了良好的存储连接，服务器可以访问存储区域网上的任何存储设备，如磁带库、磁盘阵列;同时存储设备之问、存储设备同SAN交换机之问也可以进行通信。SAN网络通过采用光纤通道协议来传输数据，在连接上可以使用光纤和铜缆。由于光纤通道协议具有高可靠性、很好的性能和良好的扩展性，SAN使得存储与服务器分开成为现实。值得注意的是，SAN还提供了大量的网络技术，如分配路径、聚集数据、备份数据和复制等技术功能。这些功能都有助于防止数据的丢失和提高数据信息的可用性。SA

62、N特别适合于服务器群集、灾难恢复等大数据量传输的关键领域。与传统技术相比，SAN技术的最大特点是将存储设备从传统的以太网中隔离出来，成为独立的存储区域网络。4.3 SAN方案设计大型企业的存储系统往往耗资巨大，各企业情况也不尽相同，SAN方案的选择设计需要考虑以下因素：(1)哪些主要应用的问题需要解决?(2)对于速度、带宽和连接距离的需求是什么?(3)需要共享或集中的数据量有多少?围绕应用进行设计：确定哪些是需要SAN技术来支持的实际商业应用，是做出部署SAN的决定的核心问题。选取SAN设备和软件时要根据需要被SAN支持的应用来决定取舍，这与在企业内将所有桌面机任意插接而互连在一起正好相反。目

63、前典型的应用主要有数据存储集中、Web服务器群、数据库和与商业利益攸关的交易服务器以及工作组数据共享。使用这些应用需要考虑到的问题是数据共享、更快速的备份或数据容灾等方面。对速度、带宽和连接距离需求的评估决定使用SAN的关键因素是对速度和带宽的需求。SAN 普遍使用IGbps的设备、2Gbps的交换机，存储设备和HBA也已经开始冲击市场，高达10Gbps的光纤通道标准已经在开发之中。对设备连接距离的需求是另一个决定使用SAN的因素。SAN 拥有长距离线缆、多种连接介质、可靠的设备器件，使其成为最合适分布数据网络的理想选择。通过使用光纤通道网络连接一个建筑物的不同部分，可以解决因为服务器机房没有

64、足够空间来容纳服务器、网络设备等设备的问题。数据共享和数据集中的要求：当人们向SAN技术迁移时，其背后一定有对数据共享和集中的考虑，正确理解数据如何在SAN网上共享是很关键的。在评估数据共享和集中时，要考虑到以下几个方面：(1)信息数据需要在文件一级还是在卷一级共享?(2)是要象存储阵列这样的存储资源共享(静态共享)，还是要为作为工作流一部分的文件共享(动态共享)?SAN 解决方案对于以下问题更为理想：1.块级数据访问；2.高带宽需求；3.有扩展能力的需求；4.需要访问非常巨大的集中存储阵列；5.需要冗余、高可用性的数据存储访问；6.集群服务器结构：7.分布式应用；8.有容灾需求；9.每夜都要备份大量数据；10.运行集群数据库(Oracle Parallel Server，IBM DB2 )；11.需要可升级的体系结构；