常见三种存储方式NAS、SAN、DAS的特点、区别及应用比较

关于存储的分类,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,开放系统指基于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;

外挂存储根据连接的方式分为:

一、直连式存储(Direct-Attached Storage,简称DAS

二、网络化存储(Fabric-Attached Storage,简称FAS),网络化存储根据传输协议又分为:

1、网络接入存储(Network-Attached Storage,简称NAS

2、存储区域网络(Storage Area Network,简称SAN)。

先看一下结论,看看这三种存储方式的应用场景:

1、DAS已有四十多年的历史,不过还是比较适用于那些数据量不大,对磁盘访问速度要求较高的中小企业;

2、NAS多适用于文件服务器,用来存储非结构化数据,虽然受限于以太网的速度,但是部署灵活,成本低;

3、SAN则适用于大型应用或数据库系统,缺点是成本高、较复杂。

一、DAS

DAS(Direct Attached Storage)——直接附加存储,是指将存储设备通过总线(SCSI、PCI、IDE等)接口直接连接到一台服务器上使用的存储方式。

DAS存储在我们生活中是非常常见的,尤其是在中小企业应用中,DAS是最主要的应用模式,存储系统被直连到应用的服务器中,在中小企业中,许多的数据应用是必须安装在直连的DAS存储器上。

DAS存储更多的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。

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,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。

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7×24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。

二、NAS

NAS(Network Attached Storage)网络附加存储。在NAS存储结构中,存储系统不再通过I/O总线附属于某个服务器或客户机,而直接通过网络接口与网络直接相连,由用户通过网络访问。

NAS的性能特点是进行小文件级的共享存取。

NAS就是存储设备通过标准的网络拓扑结构(例如以太网)添加到一群计算机上。它的重点在于帮助工作组和部门级机构解决迅速增加存储容量的需求。如今用户采用NAS较多的功能是用来文档共享、图片共享、电影共享等等,而且随着云计算的发展,一些NAS厂商也推出了云存储功能,大大方便了企业和个人用户的使用。

NAS产品是真正即插即用的产品。NAS设备一般支持多计算机平台,用户通过网络支持协议可进入相同的文档,因而NAS设备无需改造即可用于混合Unix/Windows NT局域网内,同时NAS的应用非常灵活。

但NAS有一个关键性问题,即备份过程中的带宽消耗。与将备份数据流从LAN中转移出去的存储区域网(SAN)不同,NAS仍使用网络进行备份和恢复。NAS 的一个缺点是它将存储事务由并行SCSI连接转移到了网络上。这就是说LAN除了必须处理正常的最终用户传输流外,还必须处理包括备份操作的存储磁盘请求。

三、SAN

SAN(Storage Area Network)存储区域网络,是一种高速的、专门用于存储操作的网络,通常独立于计算机局域网(LAN)。

SAN将主机(管理server,业务server等)和存储设备连接在一起,能够为其上的任意一台主机和任意一台存储设备提供专用的通信通道。SAN将存储设备从服务器中独立出来,实现了服务器层次上的存储资源共享。

SAN存储一般由磁盘阵列(RAID)连接光纤通道(Fibre Channel)组成。SAN提供了一种与现有LAN连接的简易方法,并且通过同一物理通道支持广泛使用的SCSI和IP协议。SAN不受现今主流的、基于SCSI存储结构的布局限制。特别重要的是,随着存储容量的爆炸性增长,SAN允许企业独立地增加它们的存储容量。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那里,服务器都可直接存取所需的数据。因为采用了光纤接口,SAN还具有更高的带宽。

SAN网络又被细分为FC-SAN网络和IP-SAN网络。

1、FC-SAN

FC-SAN,顾名思义就是直接通过FC通道来连接磁盘阵列,数据通过发送SCSI命令来直接与硬件进行通信,从而提高了整体的速率。

FC-SAN的构成:

在FC-SAN中,有一些专用的硬件和软件。硬件包括FC卡、FC HUB、FC交换机、存储系统等,软件主要是FC控制卡针对各种操作系统的驱动程序和存储管理软件。

①FC卡:主要用于主机与FC设备之间的连接。

②FC HUB:内部运行仲裁环拓扑,连接到HUB的节点共享100MB/S带宽(或更高)。

③FC交换机:内部运行Fabric拓扑,每端口独占100MB/S带宽(或更高)。

④FC存储设备:采用FC连接方式,光纤接口可以有一到多个。FC存储设备通常采用光纤的硬盘,也有Fibre to SCSI(Fibre to ATA)的解决方案,使用SCSI(或ATA)的硬盘,在整个配置上较便宜。

⑤存储网络管理软件:存储管理软件主要的功能是自动发现网络拓扑及映射,当在存储网络中增加或减少时自动发现及组态。

⑥高性能的光纤通道交换机和光纤通道网络协议是FC-SAN的关键。把以光纤通道交换机为骨干的网络拓扑结构称为“SAN Fabric”。而光纤通道协议是FC-SAN的另一个本质特征。FC-SAN正是利用光纤通道协议上加载SCSI协议来达到可靠的块级数据传输。

面对迅速增长的数据存储需求,企业和服务提供商渐渐开始选择FC-SAN作为网络基础设施,因为SAN具有出色的可扩展性。事实上,SAN比传统的存储架构具有更多显著的优势。例如,传统的服务器连接存储通常难于更新或集中管理。每台服务器必须关闭才能增加和配置新的存储。相比较而言,FC-SAN不必宕机和中断与服务器的连接即可增加存储。FC-SAN还可以集中管理数据,从而降低了总体拥有成本。

利用光纤通道技术,FC-SAN可以有效地传输数据块。通过支持在存储和服务器之间传输海量数据块,SAN提供了数据备份的有效方式。因此,传统上用于数据备份的网络带宽可以节约下来用于其他应用。

2、IP-SAN

简单来讲,IP-SAN(IP存储)的通信通道是使用IP通道,而不是光纤通道,把服务器与存储设备连接起来的技术,除了标准已获通过的iSCSI,还有FCIP、iFCP等正在制定的标准。而iSCSI发展最快,已经成了IP存储一个有力的代表。

像光纤通道一样,IP存储是可交换的,但是与光纤通道不一样的是,IP网络是成熟的,不存在互操作性问题,而光纤通道SAN最令人头痛的就是这个问题。IP已经被IT业界广泛认可,有非常多的网络管理软件和服务产品可供使用。

四、总结

如今,随着移动计算时代的来临,更多的非结构化数据产生,这对NAS和SAN都是一个挑战。NAS+SAN将是未来主要的存储解决方案,也就是目前比较热门的统一存储。既然是一个集中化的磁盘阵列,那么就支持主机系统通过IP网络进行文件级别的数据访问,或通过光纤协议在SAN网络进行块级别的数据访问。同样,iSCSI亦是一种非常通用的IP协议,只是其提供块级别的数据访问。这种磁盘阵列配置多端口的存储控制器和一个管理接口,允许存储管理员按需创建存储池或空间,并将其提供给不同访问类型的主机系统。

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