存储技术应用现状调查.doc

长沙理工大学存储技术基础课程论文存储技术应用现状调查方雷江学 院：计算机与通信学院 专 业： 网络工程 班 级： 网络1101班 学 号： 2学生姓名： 方雷江 指导教师： 刘青 课程成绩： 完成日期：2014年5月3日存储技术应用现状调查学生姓名：方雷江 指导老师：刘青【摘要】随着信息化的迅速发展，越来越多的信息被数据化，网络数据信息爆炸性的增长，使网络存储技术变得越来越重要。采用何种方式完成数据的网络存储，如何提高网络存储的安全性，稳定性，如何提高网络存储的效率是现在网络存储最关心的问题。而今，为了迎接前所未有的挑战，为了充分利用资源，存储已经作为构成计算机系统的主要架构和电子商务的基础设施之一，不再仅是充当外围设备的角色，逐步从系统中独立出来成为一个完整的系统。存储虚拟化、存储资源管理、数据迁移和灾难恢复等存储应用有了广阔的发展空间。这些功能的实现,又都离不开存储管理软件。企业存储信息,不仅仅是为了保存信息,而是要使用信息,为企业产生效益。虽国信息化程度与发达国家相比有不小的差距,但日益蓬勃的信息化建设,使得国内对存储的需求 量迅速增长。下面是我通过在网上以及书籍杂志中查找资料，针对存储技术在当前社会的应用现状以及发展前景的分析。关键字：存储技术；DAS；NAS；SAN；ISCSI；FCIP1 数据存储技术应用现状按照存储设备的连接方式,数据存储有以下三种形式:DAS、NAS和SAN。1.1 DAS(Direct Access Storage)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/输出）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。DAS依赖服务器主机操作系统进行数据的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。采用直接外挂存储方案的服务器结构如同PC机架构，外部数据存储设备采用SCSI技术，或者FC(Fibre Channel)技术，直接挂接在内部总线上的方式，数据存储是整个服务器结构的一部分，在这种情况下往往是数据和操作系统都未分离。DAS这种直连方式，能够解决单台服务器的存储空间扩展、高性能传输需求，并且单台外置存储系统的容量，已经从不到1TB，发展到了2TB，随着大容量硬盘的推出，单台外置存储系统容量还会上升。DAS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。DAS的主要优点有以下优点：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。1.2 NAS（Network Attached Storage）NAS存储是(Network Attached Storage)的简称，中文称为网络附加存储。NAS存储作用类似于一个专用的文件服务器1。NAS技术是一种将分布、独立的数据整合为大型、集中化管理的数据中心，以便于对不同主机和应用服务器进行访问的技术。NAS被定义为一种特殊的专用数据存储服务器，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，可提供跨平台文件共享功能。NAS通常在一个LAN上占有自己的节点，无需应用服务器的干预，允许用户在网络上存取数据，在这种配置中，NAS集中管理和处理网络上的所有数据，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。NAS本身能够支持多种协议（如NFS、CIFS、FTP、HTTP等），而且能够支持各种操作系统。通过任何一台工作站，采用IE或Netscape浏览器就可以对NAS设备进行直观方便的管理。NAS是功能单一的精简型电脑，因此在架构上不像个人电脑那么复杂，像键盘、鼠标、荧幕、音效卡、喇叭、扩充漕、各式连接口等都不需要；在外观上就像家电产品，只需电源与简单的控制钮。NAS在架构上与个人电脑相似，但因功能单纯，可移除许多不必要的连接器、控制晶片、电子回路，如键盘、鼠标、USB、VGA等。SAN、大型磁带库、磁盘柜等产品虽然都是很好的存储解决方案， 但他们同样有着不菲的身价和复杂的操作。市场需要一种面对中小企业的简单易用的存储解决方案。 NAS正是这种需求下的产物，它不仅可以满足中小企业和政府部门现在对存储设备的需求，还具有足够的扩展空同，以适应他们未来的发展需求。相关技术的成熟是NAS产品快速发展的重要因素，尤其是IDE 硬盘技术的飞速发展和IDE RAID技术的引入，可以说是NAS产品发展的一个里程碑。它们不仅使NAS的产品更加成熟，也使其成本不断降低。 目前，各厂商的NAS产品几乎都以存储服务器的形式出现，并且都把操作系统和内存固化到产品中。各厂商主推新一代的NAS产品具有容量大、价格低、安装设置操作简单、扩展性能良好等特点。 目前，NAS聚焦的用户主要有ISP/ASP、CAD/CAM、中小型企业、视频制作、政府、医疗、教育等等。 在数据管理方面，NAS具有很大优势，在某些数据膨胀较快、对数据安全要求较高、异构平台应用的网络环境中更能充分体现其价值。另外，NAS的性能价格比极高，广泛适合从中小企业到大中型企业的各种应用环境。1.3 SAN（Storage Area Network）SAN（Storage Area Network ）是一个集中式管理的高速存储网络1，由多供应商存储系统、存储管理软件、应用程序服务器和网络硬件组成，能够帮助您充分利用您所拥有的商业信息的价值。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，它支持服务器与存储设备之间的直接高速数据传输。它可适用于 UNIX, NT, OS/400, OS/390 等操作系统。SAN存储区域网是独立于服务器网络系统之外的高速光纤存储网络,这种网络采用高速光纤通道作为传输体, 以SCSI-3协议作为存储访问协议.将存储系统网络化，实现真正的高速共享存储。随着Internet和网络技术的飞速发展，现代信息系统的数据呈爆炸式增长，数据的安全性和作业的连续性较之硬件设备本身更加重要，高速数据访问和平滑简单的扩容要求日益迫切。以前的存储技术只是将存储设备作为服务器的一个附属设备，服务器之间的大容量数据交换只能依赖传统的网络，在速度，安全性，跨平台共享，无限扩容等方面都无法适应IT技术发展的要求。SAN技术就是在这种情况下应运而生的。SAN的概念是允许存储设备和处理器（服务器）之间建立直接的高速网络（与LAN相比）连接，通过这种连接实现只受光纤线路长度限制的集中式存储2。SAN可以被看作是存储总线概念的一个扩展，它使用局域网（LAN）和广域网（WAN）中类似的单元，实现存储设备和服务器之间的互连。这些单元包括：路由器、集线器、交换机和网关。SAN可在服务器间共享，也可以为某一服务器所专有，既可以是本地的存储设备也可以扩展到地理区域上的其他地方。SAN的接口可以是企业系统连接（ESCON）、小型计算机系统接口（SCSI）、串行存储结构（SSA）、高性能并行接口（HIPPI）、光纤通道（FC）或任何新的物理连接方法。SAN网络存储有以下优点：先进：光纤通道（Fibre Channel）SCSI 技术是SAN技术的物理基础。 Fibre Channel采用高频（1GHz）串行位（Bit）传送，单环速度可达100-200Mbyte/s（相当于Gigabit），双环共用可达到200- 400Mbyte/s。每个环可挂接126个SCSI设备，不加中继时最远距离可达10Km。而且有很大的继续发展空间。传统的SCSI总线电缆因受制于电子技术和电气物理特性的限制，在速度（20-160MB/s），容量（每条总线8-16个SCSI设备），距离（1.5-25米）等方面都已近极限3。高效：Fibre Channel采用FC-AL仲裁环机制，使用Token（令牌）的方式进行仲裁，其效率远较传统Ethernet的CSMA/CD为高；另外，SAN的网络协议为SCSI-3，在数据流的包/桢结构上，其效率远较TCP/IP为高。安全：SAN不仅保留了传统的RAID，HA，Cluster等安全措施，而且提供了双环冗余，远程备份等新的安全手段。齐备：基于Fibre Channel的交换及接入设备，如Switch，Hub，Bridge等，以及基于SAN技术的各种管理及应用软件完全成熟并在国内外已有大量实际应用案例 。2 数据存储技术应用发展趋势2.1基于协议的网络存储技术现今,许多 网络存储提供商致力于将S A N中使用的光纤通道设定为一种实用标准,但是其架构需要高昂的建设成本,远非一般企业所能够承受。与之相对,N AS技术虽然成本低廉,但是却受到带宽消耗的限制,无法完成大容量存储的应用,而且系统难以满足开放性的要求。Internet 小型计算机系统接口（iSCSI）是一种基于 TCP/IP的协议1，用来建立和管理 IP 存储设备、主机和客户机等之间的相互连接，并创建存储区域网络（SAN）。SAN 使得 SCSI 协议应用于高速数据传输网络成为可能，这种传输以数据块级别（block-level）在多个数据存储网络间进行。SCSI 结构基于客户/服务器模式，其通常应用环境是：设备互相靠近，并且这些设备由 SCSI 总线连接。iSCSI 的主要功能是在 TCP/IP 网络上的主机系统（启动器 initiator）和存储设备（目标器 target）之间进行大量数据的封装和可靠传输过程。此外，iSCSI 提供了在 IP 网络封装 SCSI 命令，且运行在 TCP 上。如今我们所涉及的 SAN （Storage Area Network），其实现数据通信的主要要求是：1. 数据存储系统的合并；2. 数据备份；3. 服务器群集；4. 复制；5. 紧急情况下的数据恢复。另外，SAN 可能分布在不同地理位置的多个 LANs 和 WANs 中。必须确保所有 SAN 操作安全进行并符合服务质量（QoS）要求，而 iSCSI 则被设计来在 TCP/IP 网络上实现以上这些要求。这几年来，iSCSI存储技术得到了快速发展。iSCSI的最大好处是能提供快速的网络环境，虽然其性能和带宽跟光纤网络还有一些差距，但能节省企业约30-40%的成本。iSCSI技术优点和成本优势的主要体现包括以下几个方面：硬件成本低：构建iSCSI存储网络，除了存储设备外，交换机、线缆、接口卡都是标准的以太网配件，价格相对来说比较低廉。同时，iSCSI还可以在现有的网络上直接安装，并不需要更改企业的网络体系，这样可以最大程度地节约投入。操作简单，维护方便：对iSCSI存储网络的管理，实际上就是对以太网设备的管理，只需花费少量的资金去培训iSCSI存储网络管理员。当iSCSI存储网络出现故障时，问题定位及解决也会因为以太网的普及而变得容易。扩充性强：对于已经构建的iSCSI存储网络来说，增加iSCSI存储设备和服务器都将变得简单且无需改变网络的体系结构。带宽和性能：iSCSI存储网络的访问带宽依赖以太网带宽。随着千兆以太网的普及和万兆以太网的应用，iSCSI存储网络会达到甚至超过FC（FiberChannel，光纤通道）存储网络的带宽和性能。突破距离限制：iSCSI存储网络使用的是以太网，因而在服务器和存储设备的空间布局上的限制就会少了很多，甚至可以跨越地区和国家。在过去的一年，存储界最热门的技术就是iSCSI技术，各存储设备厂商都纷纷推出iSCSI设备（企业级别或家用级别），iSCSI存储设备的销量也在快速增长。目前互联网工程任务组IET和存储网络工业协会等组织正在制订的IP存储标准有FCIP、iFCP、iSNS和iSCSI。2.2 虚拟存储技术所谓虚拟存储，就是把内存与外存有机的结合起来使用，从而得到一个容量很大的“内存”，这就称之为虚拟存储。 可以说，存储网络平台的综合性能的优劣，将直接影响到整个系统的正常运行。随着围绕数字化、网络化开展的各种多媒体处理业务的不断增加，存储系统网络平台已经成为一个核心平台，同时各种应用对平台的要求也越来越高，不光是在存储容量上，还包括数据访问性能、数据传输性能、数据管理能力、存储扩展能力等等多个方面。为达到这些要求，一种新兴的技术正越来越受到大家的关注，即虚拟存储技术。其实虚拟化技术并不是一件很新的技术，它的发展，应该说是随着计算机技术的发展而发展起来的，最早是始于70年代。由于当时的存储容量，特别是内存容量成本非常高、容量也很小，对于大型应用程序或多程序应用就受到了很大的限制。为了克服这样的限制，人们就采用了虚拟存储的技术，最典型的应用就是虚拟内存技术。随着计算机技术以及相关信息处理技术的不断发展，人们对存储的需求越来越大。这样的需求刺激了各种新技术的出现，比如磁盘性能越来越好、容量越来越大。但是在大量的大中型信息处理系统中，单个磁盘是不能满足需要，这样的情况下存储虚拟化技术就发展起来了。在这个发展过程中也由几个阶段和几种应用。首先是磁盘条带集（RAID，可带容错）技术，将多个物理磁盘通过一定的逻辑关系集合起来，成为一个大容量的虚拟磁盘。而随着数据量不断增加和对数据可用性要求的不断提高，又一种新的存储技术应运而生，那就是存储区域网络（SAN）技术。SAN的广域化则旨在将存储设备实现成为一种公用设施，任何人员、任何主机都可以随时随地获取各自想要的数据。目前讨论比较多的包括iSCSI、FC Over IP 等技术，由于一些相关的标准还没有最终确定，但是存储设备公用化、存储网络广域化是一个不可逆转的潮流。3 总结以上是我对数据存储技术的应用现状以及发展趋势的粗略分析，其中对存储技术中的DAS、NAS、SAN等技术进行了概述，粗略的阐述他们之前的差异以及相对应的优缺点。而对于存储技术应用的发展前景，上年只阐述了两种发展趋势，一个是基于网络的协议存储技术，还一个是虚拟存储技术，这两个都是目前以及未来最广泛应用的存储技术。如果需要进一步了解存储技术的相关知识，我想需要进一步的话大量的时间去学习以及实践。参考文献1 Alok Shrivastava. 马衡，赵甲.信息存储与管理第二版. 人民邮电出版社, 2013(7).2 薛一波, 易成岐. 云存储 J. 中兴通讯技术. 2012(2).3 张海涛, 孙业志. 云存储在广电行业的应用探讨J. 云计算应用, 2011.