NAS、SAN和iSCSI網(wǎng)絡存儲結(jié)構(gòu)分析評價

汪海濤

（廣東科貿(mào)職業(yè)學院 信息工程系，廣東 廣州 510640）

計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)從服務器/客戶機模式到今天的網(wǎng)絡計算環(huán)境，再到今后的移動計算環(huán)境，對數(shù)據(jù)的請求不再受時間和空間的限制。隨著計算機能力的不斷提高，數(shù)據(jù)量也在不斷膨脹。數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡中最寶貴的資源，因數(shù)據(jù)問題導致的損失可能使一個企業(yè)破產(chǎn)。隨著信息化的不斷推進，日常業(yè)務對網(wǎng)絡的依賴越來越強，數(shù)據(jù)呈指數(shù)級增長，數(shù)據(jù)管理和維護工作日益繁雜。

網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)是制約網(wǎng)絡I/O吞吐量的瓶頸，合理地設計和規(guī)劃網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)，會最大限度地降低總體擁有成本，使網(wǎng)絡性能得到充分發(fā)揮。

本文對網(wǎng)絡存儲結(jié)構(gòu)NAS、SAN和iSCSI進行了分析，根據(jù)存儲服務質(zhì)量的各項評價指標，對其進行綜合評價。研究結(jié)果表明，iSCSI是NAS和SAN兩種技術在TCP/IP網(wǎng)絡上的融合，通過把面向數(shù)據(jù)塊的SCSI協(xié)議封裝在TCP/IP包中，以便在TCP/IP網(wǎng)絡上傳送，可以達到較好的存儲性價比。

1 NAS

1.1 NAS結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡附加存儲 NAS（Network Attached Storage）將存儲設備連接到現(xiàn)有的網(wǎng)絡上，提供數(shù)據(jù)和文件服務。NAS服務器一般由存儲硬件、操作系統(tǒng)以及其上的文件系統(tǒng)等幾個部分組成。它基于TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)文件級數(shù)據(jù)的存取服務。

NAS將存儲設備通過標準的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)連接，可以無需服務器直接上網(wǎng)，不依賴通用的操作系統(tǒng)，而是采用一個面向用戶設計的、專門用于數(shù)據(jù)存儲的簡化操作系統(tǒng)，內(nèi)置了與網(wǎng)絡連接所需的協(xié)議，因此使整個系統(tǒng)的管理和設置較為簡單。NAS的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 NAS的特性

NAS是精簡型服務器，在硬件架構(gòu)上只需CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡和主機板等。在軟件方面，操作系統(tǒng)也是精簡型系統(tǒng)，有些甚至是免費的Linux。采用磁盤陣列技術，NAS可保證硬件設備和數(shù)據(jù)的安全與完整。通過網(wǎng)絡共享數(shù)據(jù)，即使相應的應用服務器不再工作，仍然可以讀取數(shù)據(jù)。所采用的嵌入式操作系統(tǒng)具有很強的穩(wěn)定性和可靠性，網(wǎng)絡管理員可方便地設置用戶或用戶組對NAS服務器的訪問權限。

NAS只適用于較小網(wǎng)絡規(guī)?；蛘咻^低數(shù)據(jù)流量的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)備份。NAS仍使用網(wǎng)絡進行備份和恢復，LAN除了處理正常的最終用戶傳輸流外，還必須處理包括備份的存儲磁盤請求。

2 SAN

存儲區(qū)域網(wǎng)絡SAN（Storage Area Network）是一種在服務器和外部存儲資源或獨立的存儲資源之間實現(xiàn)高速可靠訪問的專用網(wǎng)絡。SAN采用可擴展的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)連接服務器和存儲設備，每個存儲設備不隸屬于任何一臺服務器，所有的存儲設備都可以在全部的網(wǎng)絡服務器之間作為對等資源共享。SAN網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示。

SAN作為網(wǎng)絡存儲設施，旨在提供靈活、高性能和可擴展的存儲環(huán)境，擅長在服務器和存儲設備之間傳輸大塊數(shù)據(jù)，特別適于以下應用場合：

（1）對響應時間、可用性和可擴展性要求高的關鍵任務數(shù)據(jù)庫應用；

（2）對性能、數(shù)據(jù)完整性和可靠性要求高的集中存儲備份，以保證關鍵數(shù)據(jù)的安全，可極大地提高企業(yè)數(shù)據(jù)備份和恢復操作的可靠性和可擴展性；

（3）海量存儲的應用環(huán)境，如圖書館、銀行、證券、中大型企業(yè)或組織的數(shù)據(jù)中心；

（4）支持服務器及其連接設備之間提供光纖通道高性能和擴展的距離。

3 iSCSI

Internet小型機系統(tǒng)接口協(xié)議 iSCSI（Internet Small Computer System Interface）是一種端到端的協(xié)議，用于在IP網(wǎng)絡中傳輸和存儲I/O數(shù)據(jù)塊。該協(xié)議被用于服務器、存儲設備和協(xié)議傳輸網(wǎng)關設備。iSCSI使用標準的以太網(wǎng)交換機和路由器，將數(shù)據(jù)從服務器轉(zhuǎn)移到存儲設備。它還使得IP和以太網(wǎng)基礎設施可以被用于對SAN存儲系統(tǒng)的擴展訪問，跨過任意距離完成對SAN的擴展接入。

iSCSI協(xié)議整合了存儲和 IP網(wǎng)絡，使通過IP網(wǎng)絡完成存儲數(shù)據(jù)塊的傳輸成為現(xiàn)實。它建立在兩個已被廣泛應用的技術之上——為存儲而建立的SCSI命令以及為網(wǎng)絡化而建立的IP協(xié)議。iSCSI協(xié)議層次模型如圖3所示。

iSCSI協(xié)議定義了在TCP/IP網(wǎng)絡發(fā)送、接收block（數(shù)據(jù)塊）級的存儲數(shù)據(jù)的規(guī)則和方法。發(fā)送端將SCSI命令和數(shù)據(jù)封裝到TCP/IP包中再通過網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)，接收端收到TCP/IP包之后，將其還原為SCSI命令和數(shù)據(jù)并執(zhí)行，然后將返回的SCSI命令和數(shù)據(jù)再封裝到TCP/IP包中再傳送回發(fā)送端。而整個過程在用戶看來，使用遠端的存儲設備就像訪問本地的SCSI設備一樣簡單。支持iSCSI技術的服務器和存儲設備能夠直接連接到現(xiàn)有的IP交換機和路由器上。

4 iSCSI同NAS、SAN的比較與分析

4.1 網(wǎng)絡存儲效率比較

研究問題：iSCSI是 NAS和 SAN兩種技術在TCP/IP網(wǎng)絡上的融合，通過把面向數(shù)據(jù)塊的SCSI協(xié)議封裝在TCP/IP包中，以便在TCP/IP網(wǎng)絡上傳送?，F(xiàn)在對6個數(shù)據(jù)量大小不同的樣本分別使用3種方式進行數(shù)據(jù)存儲，得到的綜合評價為：隨著數(shù)據(jù)量的增大，NAS的存儲效率逐漸降低，最后變得不可用，SAN受到很小的影響，而iSCSI則逐漸趨向穩(wěn)定。分析結(jié)果如圖4所示。

結(jié)果表明，NAS只適用于較小網(wǎng)絡規(guī)模或者較低數(shù)據(jù)流量的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)備份，當數(shù)據(jù)量增多時，NAS的存儲效率將急劇下降；SAN提供高性能和擴展的存儲環(huán)境，擅長在服務器和存儲設備之間傳輸大塊數(shù)據(jù)；相對于NAS，iSCSI帶寬高、功能強 （特別是遠程復制和災難恢復）、可用性強，能夠處理大塊數(shù)據(jù)的傳輸。

4.2 存儲成本的比較和分析

NAS投資成本較高（后期擴容成本高），而可靠度不高，一般文件服務器沒有高可用配置，存在單點故障；SAN應用在對性能、數(shù)據(jù)完整性和可靠性要求高的集中存儲備份，以保證關鍵數(shù)據(jù)的安全，但實現(xiàn)成本極高。iSCSI連接距離更長，突破FC/SAN目前10 km的局限，其利用現(xiàn)有的TCP/IP基礎設施來構(gòu)筑SAN，網(wǎng)絡部署成本相對較低。

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