存储基础知识DASSANNAS详解.docx
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存储基础知识DASSANNAS详解
存储基础知识DAS、SAN、NAS详解
图文阐释DAS、NAS、SAN
2009-10-0916:
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标签:
DASNASSAN[推送到技术圈]
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-AttachedStorage，简称DAS）和网络化存储（Fabric-AttachedStorage，简称FAS）;开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-AttachedStorage，简称NAS）和存储区域网络（StorageAreaNetwork，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:
存储入门:
图文阐释DAS、NAS、SAN（图一）
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）。
如下表二:
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存储入门:
图文阐释DAS、NAS、SAN（图二）
开放系统的直连式存储（Direct-AttachedStorage，简称DAS）已经有近四十年的使用历史，随着用户数据的不断增长，尤其是数百GB以上时，其在备份、恢复、扩展、灾备等方面的问题变得日益困扰系统管理员。
主要问题和不足为:
直连式存储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，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通道将会成为IO瓶颈;服务器主机SCSIID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。
存储区域网络（StorageAreaNetwork，简称SAN）采用光纤通道（FibreChannel）技术，通过光纤通道交换机连接存储阵列和服务器主机，建立专用于数据存储的区域网络。
SAN经过十多年历史的发展，已经相当成熟，成为业界的事实标准（但各个厂商的光纤交换技术不
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完全相同，其服务器和SAN存储有兼容性的要求）。
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00MB/s、200MB/s，发展到目前的1Gbps、2Gbps。
网络接入存储（Network-AttachedStorage，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（EthernetChannel）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。
NAS需求旺盛已经成为事实。
首先NAS几乎继承了磁盘列阵的所有优点，可以将设备通过标准的网络拓扑结构连接，摆脱了服务器和异构化构架的桎梏;其次，在企业数据量飞速膨胀中，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，但他们那高贵的身份和复杂的操作是资金和技术实力有限的中小企业无论如何也不能接受的。
NAS正是满足这种需求的产品，在解决足够的存储和扩展空间的同时，还提供极高的性价比。
因此，无论是从适用性还是TCO的角度来说，NAS自然成为多数企业，尤其是大中小企业的最佳选择。
NAS与SAN的分析与比较
针对I/O是整个网络系统效率低下的瓶颈问题，专家们提出了许多种解决办法。
其中抓住症结并经过实践检验为最有效的办法是:
将数据从通用的应用服务器中分离出来以简化存储管理。
存储入门:
图文阐释DAS、NAS、SAN（图三）
由图1可知原来存在的问题:
每个新的应用服务器都要有它自己的存储器。
这样造成数据处理复杂，随着应用服务器的不断增加，网络系统效率会急剧下降。
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存储入门:
图文阐释DAS、NAS、SAN（图四）
从图2可看出:
将存储器从应用服务器中分离出来，进行集中管理。
这就是所说的存储网络（StorageNetworks）。
使用存储网络的好处:
统一性:
形散神不散，在逻辑上是完全一体的。
实现数据集中管理，因为它们才是企业真正的命脉。
容易扩充，即收缩性很强。
具有容错功能，整个网络无单点故障。
专家们针对这一办法又采取了两种不同的实现手段，即NAS（NetworkAttachedStora
ge）网络接入存储和SAN（StorageAreaNetworks）存储区域网络。
NAS:
用户通过TCP/IP协议访问数据，采用业界标准文件共享协议如:
NFS、HTTP、CIFS实现共享。
SAN:
通过专用光纤通道交换机访问数据，采用SCSI、FC-AL接口。
什么是NAS和SAN的根本不同点,
NAS和SAN最本质的不同就是文件管理系统在哪里。
如图:
存储入门:
图文阐释DAS、NAS、SAN（图五）
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由图3可以看出，SAN结构中，文件管理系统（FS）还是分别在每一个应用服务器上;而NAS则是每个应用服务器通过网络共享协议（如:
NFS、CIFS）使用同一个文件管理系统。
换句话说:
NAS和SAN存储系统的区别是NAS有自己的文件系统管理。
NAS是将目光集中在应用、用户和文件以及它们共享的数据上。
SAN是将目光集中在磁盘、磁带以及联接它们的可靠的基础结构。
将来从桌面系统到数据集中管理到存储设备的全面解决方案将是NAS加SAN。
存储基础知识一主要技术DAS、
SAN、NAS
2009-10-0917:
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存储DASSANNAS[推送到技术圈]
一、直接附加存储（DAS）
DAS（DirectAttachedStorage—直接附加存储）是指将存储设备通过SCSI线缆或光纤通道直接连接到服务器上。
一个SCSI环路或称为SCSI通道可以挂载最多16台设备，FC可以在仲裁环的方式下支持126个设备。
DAS方式实现了机内存储到存储子系统的跨越，但是缺点依然有很多:
1、扩展性差，服务器与存储设备直接连接的方式导致出现新的应用需求时，只能为新增的服务器单独配置存储设备，造成重复投资。
2、资源利用率低，DAS方式的存储长期来看存储空间无法充分利用，存在浪费。
不同的应用服务器面对的存储数据量是不一致的，同时业务发展的状况也决定这存储数据量的变化。
因此，出现了部分应用对应的存储空间不够用，另一些却有大量的存储空间闲置。
3、可管理性差，DAS方式数据依然是分散的，不同的应用各有一套存储设备。
管理分散，无法集中。
4、异构化严重，DAS方式使得企业在不同阶段采购了不同型号不同厂商的存储设备，设备之间异构化现象严重，导致维护成本据高不下。
博客温国:
DAS，直接连接服务器，每台服务器连接一个存储设备，浪费资源，管理分散，异构化严重。
二、存储区域网络（SAN）
SAN（StorageAeraNetwork）存储区域网络，是一种通过网络方式连接存储设备和应用服务器的存储构架，这个网络专用于主机和存储设备之间的访问。
当有数据的存取需求时，数据可以通过存储区域网络在服务器和后台存储设备之间高速传输。
SAN的发展历程较短，从90年代后期兴起，由于当时以太网的带宽有限，而FC协议在当时就可以支持1Gb的带宽，因此早期的SAN存储系统多数由FC存储设备构成，导致很多用户误以为SAN就是光纤通道设备，其实SAN代表的是一种专用于存储的网络架构，与协议和设备类型无关，随着千兆以太网的普及和万兆以太网的实现，人们对于SAN的理解将更为全面。
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SAN的组成:
SAN由服务器、后端存储系统、SAN连接设备。
后端存储系统由SAN控制器和磁盘系统构成，控制器是后端存储系统的关键，它提供存储接入，数据操作及备份，数据共享、数据快照等数据安全管理，及系统管理等一系列功能。
后端存储系统为SAN解决方案提供了存储空间。
使用磁盘阵列和RAID策略为数据提供存储空间和安全保护措施。
连接设备包括交换机，HBA卡和各种介质的连接线。
SAN的优点:
1、设备整合，多台服务器可以通过存储网络同时访问后端存储系统，不必为每台服务器单独购买存储设备，降低存储设备异构化程度，减轻维护工作量，降低维护费用;2、数据集中，不同应用和服务器的数据实现了物理上的集中，空间调整和数据复制等工作可以在一台设备上完成，大大提高了存储资源利用率;
3、高扩展性，存储网络架构使得服务器可以方便的接入现有SAN环境，较好的适应应用变化的需求;
4、总体拥有成本低，存储设备的整合和数据集中管理，大大降低了重复投资率和长期管理维护成本。
博客温国:
这种架构意味着可以服务器共享存储系统，降低异构化，成本降低，数据集中便于维护，提高存储资源利用率。
三、网络附加存储（NAS）
NAS（NetworkAttachedStorage—网络附加存储），是一种文件共享服务。
拥有自己的文件系统，通过NFS或CIFS对外提供文件访问服务。
NAS包括存储器件（例如硬盘驱动器阵列、CD或DVD驱动器、磁带驱动器或可移动的存储介质）和专用服务器。
专用服务器上装有专门的操作系统，通常是简化的unix/linux操作系统，或者是一个特殊的win2000内核。
它为文件系统管理和访问做了专门的优化。
专用服务器利用NFS或CIFS，充当远程文件服务器，对外提供文件级的访问。
NAS的优点:
1、NAS可以即插即用。
2、NAS通过TCP/IP网络连接到应用服务器，因此可以基于已有的企业网络方便连接。
3、专用的操作系统支持不同的文件系统，提供不同操作系统的文件共享。
经过优化的文件系统提高了文件的访问效率，也支持相应的网络协议。
即使应用服务器不再工作了，仍然可以读出数据。
NAS的缺点:
1、NAS设备与客户机通过企业网进行连接，因此数据备份或存储过程中会占用网络的带宽。
这必然会影响企业内部网络上的其他网络应用;共用网络带宽成为限制NAS性能的主要问题。
2、NAS的可扩展性受到设备大小的限制。
增加另一台NAS设备非常容易，但是要想将两个NAS设备的存储空间无缝合并并不容易，因为NAS设备通常具有独特的网络标识符，存储空间的扩大上有限。
3、NAS访问需要经过文件系统格式转换，所以是以文件一级来访问。
不适和Block级的应用，尤其是要求使用裸设备的数据库系统。
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博客温国:
基于文件系统的共享是存储，结构上并行应用服务器的一台存储服务器，（走以太网，但经过文件系统格式转换。
）
四、SAN和NAS
SAN和NAS经常被视为两种竞争技术，实际上，二者能够很好地相互补充，以提供对不同类型数据的访问。
SAN针对海量、面向数据块的数据传输，而NAS则提供文件级的数据访问和共享服务。
尽管这两种技术类似，但严格意义上讲NAS其实只是一种文件服务。
NAS和SAN不仅各有应用场合，也相互结合，许多SAN部署于NAS后台，为NAS设备提供高性能海量存储空间。
NAS和SAN结合中出现了NAS网关这个部件。
NAS网关主要由专为提供文件服务而优化的操作系统和相关硬件组成，可以看作是一个专门的文件管理器。
NAS网关连接到后端上的SAN上，使的SAN的大容量存储空间可以为NAS所用。
因此，NAS网关后面的存储空间可以根据环境的需求扩展到非常大的容量。
“NAS网关”方案主要是在NAS一端增加了可与SAN相连的“接口”，系统对外只有一个用户接口。
NAS网关系统虽然在一定程度上解决了NAS与SAN系统的存储设备级的共享问题，但在文件级的共享问题上却与传统的NAS系统遇到了同样的可扩展性问题。
当一个文件系统负载很大时，NAS网关很可能成为系统的瓶颈。
博客温国:
NAS可以通过NAS网关接到后端的SAN网络，实行结合运用。
存储基础知识二主要协议SCSI、FC、
iSCSI
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存储SCSIFCiSCSI[推送到技术圈]
一、SCSI
SCSI是小型计算机系统接口（SmallComputerSystemInterface）的简称，于1979首次提出，是为小型机研制的一种接口技术，现在已完全普及到了小型机，高低端服务器以及普通PC上。
SCSI可以划分为SCSI-1、SCSI-2、SCSI-3，最新的为SCSI-3，也是目前应用最广泛的SCSI版本。
1、SCSI-1:
1979年提出，支持同步和异步SCSI外围设备;支持7台8位的外围设备，最大数据传输速度为5MB/s。
2、SCSI-2:
1992年提出，也称为FastSCSI，数据传输率提高到20MB/s。
3、SCSI-3:
1995年提出，UltraSCSI（Fast-20）。
Ultra2SCSI（Fast-40）出现于1997年，最高传输速率可达80MB/s。
1998年9月，Ultra3SCSI（Utra160SCSI）正式发布，最高数据传输率为160MB/s。
Ultra320SCSI的最高数据传输率已经达到了320MB/s。
二、FC（光纤通道）
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FC光纤通道:
用于计算机设备之间数据传输，传输率达到2G（将来会达到4G）。
光纤通道用于服务器共享存储设备的连接，存储控制器和驱动器之间的内部连接。
协议基本架构:
FC-4UpperLayerProtocol:
SCSI,HIPPI,SBCCS,802.2,ATM,VI,IP
FC-3commonservice
FC-2FramingProtocol/FlowControlFC-1Encode/Decode
FC-0Media:
Opticalorcopper,100MB/secto1.062GB/sec
协议层说明:
FC-0:
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
协议简介:
FCP-SCSI:
是将SCSI并行接口转化为串行接口方式的协议，应用于存储系统和服务器之间的数据传输。
新的ANSIT10标准，支持SAN上存储系统之间通过数据迁移应用来直接移动数据。
FCP-SCSI提供200MB/s（全双工独占带宽）的传输速率，每连接最远达10公里，最大16000000个节点。
FCP-SCSI使用帧传输取代块传输。
帧传输以大数据流传输方式传输短的小的事务数据。
三、iSCSI
iSCSI（互联网小型计算机系统接口）是一种在TCP/IP上进行数据块传输的标准。
它是由Cisco和IBM两家发起的，并且得到了各大存储厂商的大力支持。
iSCSI可以实现在IP网络上运行SCSI协议，使其能够在诸如高速千兆以太网上进行快速的数据存取备份操作。
iSCSI标准在2003年2月11日由IETF（互联网工程任务组）认证通过。
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始关注与青睐。
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。
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系统提取出数据或命令，并把它们传回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（DataReplication）及灾难恢复（DisasterRecover）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。
四、iSCSI和FC的比较
从传输层看，光纤通道的传输采用其FC协议，iSCSI采用TCP/IP协议。
FC协议与现有的以太网是完全异构的，两者不能相互接驳。
因此光纤通道是具有封闭性的，而且不仅与现有的企业内部网络（以太网）接入，也与其他不同厂商的光纤通道网络接入（由于厂家对FC标准的理解的异样，FC设备的兼容性是一个巨大的难题）。
因此，对于以后存储网络的扩展由于兼容性的问题而成为了难题。
而且，FC协议由于其协议特性，网络建完后，加入新的存储子网时，必须要重新配置整个网络，这也是FC网络扩展的障碍。
iSCSI基于的TCP/IP协议，它本身就运行于以太网之上，因此可以和现有的企业内部以太网无缝结合。
TCP/IP网络设备之间的兼容性已经无需讨论，迅猛发展的internent网上运行着全球无数家网络设备厂商提供的网络设备，这是一个最好的佐证。
从网络管理的角度看，运行FC协议的光网络，其技术难度相当之大。
其管理采用了专有的软件，因此需要专门的管理人员，且其培训费用高昂。
TCP/IP网络的知识通过这些年的普及，已有大量的网络管理人才，并且，由于支持TCP/IP的设备对协议的支持一致性好，即使是不同厂家的设备，其网络管理方法也是基本一致的。
FC运行于光网络之上，其速度是非常快的，现在已经达到了2G的带宽，这也是它的主要优势所在。
下一代的FC标准正在制定当中，其速度可以达到4G，今天的千兆以太网已经在普及当中，这也是基于TCP/IP的iSCSI协议进入实用的保证。
得益于优秀的设计，以太网从诞生到现在，遍及了所有有网络的地方，到现在依然表现出非凡的生命力，在全球无数网络厂商的共同努力下，以太网的速度稳步提升，千兆网络已经实际应用，万兆网络呼之欲出，以太网的主要部件交换机路由器均已有万兆级别的产品。
随着产品的不断丰富，以及设备厂商间的剧烈竞争，其建设成本在不断下降，万兆网络的普及已日益临近。
当iSCSI以10Gb的高速传输数据时，基于iSCSI协议的存储技术将无可争议的成为网络存储的王者。
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什么是“SCSI”硬盘
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SCSI[推送到技术圈]
为了使硬盘能够适应大数据量、超长工作时间的工作环境，服务器一般采用高速、稳定、安全的SCSI硬盘。
现在的硬盘从接口方面分，可分为IDE硬盘与SCSI硬盘（目前还有一些支持PCMCIA接口、IEEE1394接口、SATA接口、USB接口和FC-AL（FibreChannel-ArbitratedLoop）光纤通道接口的产品，但相对来说非常少）;IDE硬盘即我们日常所用的硬盘，它由于价格便宜而性能也不差，因此在PC上得到了广泛的应用。
目前个人电脑上使用的硬盘绝大多数均为此类型硬盘。
另一类硬盘就是SCSI硬盘了（SCSI即SmallComputerSystemInterface小型计算机系统接口），由于其性能好，因此在服务器上普遍均采用此类硬盘产品，但同时它的价格也不菲，所以在普通PC上不常看到SCSI的踪影。
同普通PC机的硬盘相比，服务器上使用的硬盘具有如下四个特点。
1、速度快
服务器使用的硬盘转速快，可以达到每分钟7200或10000转，甚至更高;它还配置了较大（一般为2MB或4MB）的回写式缓存;平均访问时间比较短;外部传输率和内部传输率更高，采用UltraWideSCSI、Ultra2WideSCSI、Ultra160SCSI、Ultra320SCSI等标准的SCSI硬盘，每秒的数据传输率分别可以达到40MB、80MB、160MB、320MB。
2、可靠性高
因为服务器硬盘几乎是24小时不停地运转，承受着巨大的工作量。
可以说，硬盘如果出了问题，后果不堪设想。
所以，现在的硬盘都采用了S.M.A.R.T技术（自监测、分析和报告技术），同时硬盘厂商都采用了各自独有的先进技术来保证数据的安全。
为了避免意外的损失，服务器硬盘一般都能承受300G到1000G的冲击力。
3、多使用SCSI接口
多数服务器采用了数据吞吐量大、CPU占有率极低的SCSI硬盘。
SCSI硬盘必须通过SCSI接口才能使用，有的服务器主板集成了SCSI接口，有的安有专用的SCSI接口卡，一块SCSI接口卡可以接7个SCSI设备，这是IDE接口所不能比拟的。
4、可支持热插拔
热插拔（HotSwap）是一些服务器支持的硬盘安装方式，可以在服务器不停机的情况下，拔出或
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插入一块硬盘，操作系统自动识别硬盘的改动。
这种技术对于24小时不间断运行的服务器来说，是非常必要的。
我们衡量一款服务器硬盘的性能时，主要应该参看以下指标:
主轴转速
主轴转速是一个在硬盘的所有指标中除了容量之外，最应该引人注目的性能参数，也是决定硬盘内部传输速度和持续传输速度的第一决定因素。
如今硬盘的转速多为5400rpm、7200rpm、10000rpm和15000rpm。
从目前的情况来看，10000rpm的SCS
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