SAN 的概念

SAN（Storage Area Network）存儲區域網絡，是一種高速的、專門用於存儲操作的網絡，通常獨立於計算機局域網（LAN）。SAN將主機和存儲設備連接在一起，能夠為其上的任意一臺主機和任意一臺存儲設備提供專用的通信通道。SAN將存儲設備從服務器中獨立出來，實現了服務器層次上的存儲資源共享。SAN將通道技術和網絡技術引入存儲環境中，提供了一種新型的網絡存儲解決方案，能夠同時滿足吞吐率、可用性、可靠性、可擴展性和可管理性等方面的要求。

1       FC-SAN

通常SAN由磁盤陣列（RAID）連接光纖通道（Fibre Channel）組成（為了區別於IP SAN，通常SAN也稱為FC-SAN）。SAN和服務器和客戶機的數據通信通過SCSI命令而非TCP/IP，數據處理是“塊級”（block level）。SAN也可以定義為是以數據存儲為中心，它采用可伸縮的網絡拓撲結構，通過具有高傳輸速率的光通道的直接連接方式，提供SAN內部任意節點之間的多路可選擇的數據交換，並且將數據存儲管理集中在相對獨立的存儲區域網內。SAN最終將實現在多種操作系統下，最大限度的數據共享和數據優化管理，以及系統的無縫擴充。

1.1.  FC-SAN的組成

在FC-SAN中，有一些專用的硬件和軟件。硬件包括FC卡、FC HUB、FC交換機、存儲系統等，軟件主要是FC控制卡針對各種操作系統的驅動程序和存儲管理軟件。

l  FC卡：主要用於主機與FC設備之間的連接。

l  FC HUB：內部運行仲裁環拓撲，連接到HUB的節點共享100MB/S帶寬（或更高）。

l  FC交換機：內部運行Fabric拓撲，每端口獨占100MB/S帶寬（或更高）。

l  FC存儲設備：采用FC連接方式，光纖接口可以有一到多個。FC存儲設備通常采用光纖的硬盤，也有Fibre to SCSI（Fibre to ATA）的解決方案，使用SCSI（或ATA）的硬盤，在整個配置上較便宜。

l   存儲網絡管理軟件：存儲管理軟件主要的功能是自動發現網絡拓撲及映射，當在存儲網絡中增加或減少時自動發現及組態。

l  高性能的光纖通道交換機和光纖通道網絡協議是FC-SAN的關鍵。把以光纖通道交換機為骨幹的網絡拓撲結構稱為“SAN Fabric”。而光纖通道協議是FC-SAN的另一個本質特征。FC-SAN正是利用光纖通道協議上加載SCSI協議來達到可靠的塊級數據傳輸。

1.2.  FC-SAN的應用場合

由於FC-SAN是為在服務器和存儲設備之間傳輸大塊數據而進行優化的，因此對於以下應用來說是理想的選擇：

l  關鍵任務數據庫應用，其中可預計的響應時間、可用性和可擴展性是基本要素。

l  集中的存儲備份，其中性能、數據一致性和可靠性可以確保企業關鍵數據的安全。

l  高可用性和故障切換環境可以確保更低的成本、更高的應用水平。

l  可擴展的存儲虛擬化，可使存儲與直接主機連接相分離，並確保動態存儲分區。

l  改進的災難容錯特性，在主機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。

1.3.  FC-SAN的主要好處：

面對迅速增長的數據存儲需求，企業和服務提供商漸漸開始選擇FC-SAN作為網絡基礎設施，因為SAN具有出色的可擴展性。事實上，SAN比傳統的存儲架構具有更多顯著的優勢。例如，傳統的服務器連接存儲通常難於更新或集中管理。每臺服務器必須關閉才能增加和配置新的存儲。相比較而言，FC-SAN不必宕機和中斷與服務器的連接即可增加存儲。FC-SAN還可以集中管理數據，從而降低了總體擁有成本。

利用光纖通道技術，FC-SAN可以有效地傳輸數據塊。通過支持在存儲和服務器之間傳輸海量數據塊，SAN提供了數據備份的有效方式。因此，傳統上用於數據備份的網絡帶寬可以節約下來用於其他應用。

開放的、業界標準的光纖通道技術還使得FC-SAN非常靈活。FC-SAN克服了傳統上與SCSI相連的線纜限制，極大地拓展了服務器和存儲之間的距離，從而增加了更多連接的可能性。改進的擴展性還簡化了服務器的部署和升級，保護了原有硬件設備的投資。

此外，FC-SAN可以更好地控制存儲網絡環境，適合那些基於交易的系統在性能和可用性方面的需求。SAN利用高可靠和高性能的光纖通道協議來滿足這種需要。

FC-SAN的另一個長處是傳送數據塊到企業級數據密集型應用的能力。在數據傳送過程中，FC-SAN在通信結點（尤其是服務器）上的處理費用開銷更少，因為數據在傳送時被分成更小的數據塊。因此，光纖通道FC-SAN在傳送大數據塊時非常有效，這使得光纖通道協議非常適用於存儲密集型環境。

2        IP-SAN

簡單來講，IP-SAN（IP存儲）的通信通道是使用IP通道，而不是光纖通道，把服務器與存儲設備連接起來的技術，除了標準已獲通過的iSCSI，還有FCIP、iFCP等正在制定的標準。而iSCSI發展最快，已經成了IP存儲一個有力的代表。

像光纖通道一樣，IP存儲是可交換的，但是與光纖通道不一樣的是，IP網絡是成熟的，不存在互操作性問題，而光纖通道SAN最令人頭痛的就是這個問題。IP已經被IT業界廣泛認可，有非常多的網絡管理軟件和服務產品可供使用。

IP存儲的標準：

IP存儲除了標準已獲通過的iSCSI，還有iFCP、FCIP等正在制定的標準。

IP存儲的優勢：

l  利用無所不在的IP網絡，一定程度上保護了現有投資。

l  IP存儲超越了地理距離的限制。IP能延伸到多遠，存儲就能延伸到多遠，這幾乎是一個劃時代的革命，十分適合於對現存關鍵數據的遠程備份。

l  IP網絡技術成熟。IP存儲減少了配置、維護、管理的復雜度。

2.1.  iSCSI標準

1）iSCSI的概念

iSCSI（互聯網小型計算機系統接口）是一種在internet協議網絡上，特別是以太網上進行數據塊傳輸的標準。簡單地說，iSCSI可以實現在IP網絡上運行SCSI協議，使其能夠在諸如高速千兆以太網上進行路由選擇，實現了SCSI和TCP/IP協議的連接。

iSCSI是基於IP協議的技術標準，該技術允許用戶通過TCP/IP網絡來構建存儲區域網（SAN）。而在iSCSI技術出現之前，構建存儲區域網的唯一技術是利用光纖通道，但是其架構需要高昂的建設成本，遠非一般企業所能夠承受。iSCSI技術的出現對於以局域網為網絡環境的用戶來說，它只需要不多的投資，就可以方便、快捷地對信息和數據進行交互式傳輸和管理。相對於以往的網絡接入存儲，iSCSI的出現解決了開放性、容量、傳輸速度、兼容性、安全性等問題，其優越的性能使其自發布之日始便受到市場的關註與青睞。

2）iSCSI的技術優勢：

l  iSCSI的基礎是傳統的以太網和internet，同時能大大減少總體擁有成本。

l  IP網絡的帶寬發展相當迅速，1Gbps以太網早已大量占據市場，10Gbps以太網也已整裝待發。

l  在技術實施方面，iSCSI以穩健、有效的IP及以太網架構為骨幹，使忍受性大大增加。

l  簡單的管理和布署，不需要投入培訓，就可以輕松擁有專業的iSCSI人才。

l  iSCSI是基於IP協議的技術標準，它實現了SCSI和TCP/IP協議的連接，只需要不多的投資，就可以方便、快捷地對信息和數據進行交互式傳輸及管理。

l  完全解決數據遠程復制及災難恢復的難題。安全性方面，iSCSI已內建支持IPSEC的機制，並且在芯片層面執行有關指令，確保安全性。

2.2.  FCIP標準

FCIP是Fiber Channel over IP的標準協議。在同一個SAN範圍內，TCP/IP數據包再封裝FC命令和數據，從而在IP網絡上傳輸FC命令和數據。

FCIP是一種基於互聯網協議（IP）的存儲聯網技術，它利用IP網絡通過數據通道在SAN設備之間實現光纖通道協議的數據傳輸，把真正的全球數據鏡像與光纖通道SAN的靈活性、IP網絡的低成本相結合，降低遠程操作的成本，從而把成本節省和數據保護都提升到了一個新的高度。

FCIP被提議為通過現有的IP網絡連接光纖通道SAN“孤島”的一種標準方法。FCIP還可用來克服光纖通道目前存在的距離限制因素，能夠跨越大於光纖通道支持的距離連接SAN孤島。FCIP具有實現糾錯和檢測的優點：即如果IP網絡錯誤率高的話，它就重試。

FCIP解決方案為用戶有效管理業務連續系統提供了各種更為靈活的方式，能夠進行實時的數據遠程復制，可以在光纖通道控制器的基礎上為用戶提供具有容災能力、無單點故障的SAN解決方案，使用戶能夠在現有的IT基礎設施上運用IP聯網技術，把區域性SAN作為更廣闊的全國甚至全球性基礎設施中的一個數據恢復站點。

由於FCIP數據恢復應用能夠運行在現有的網絡基礎架構之上，因此，用戶在規劃業務連續性時，不需要為光纖通道中的數據量分配專用光纜。現在，通過利用FCIP解決方案，企業用戶可以把SAN的範圍擴展到數據中心之外，利用各種低成本、性能優異的遠程存儲應用，優化其基礎架構的投資。

就像iSCSI協議將SCSI指令壓縮為IP包一樣，FCIP協議將光纖通道指令壓縮為IP包，FCIP 協議允許獨立的SAN環境通過IP網絡互聯在一起。每個SAN采用標準FC尋址，在FCIP的端點之間建立IP隧道（或網關)，一旦隧道建立，擴展的FC設備將被視為標準的FC設備，並予以FC尋址。

2.3.  iFCP標準

iFCP（Internet Fibre Channel Protocol）是基於TCP/IP網絡運行光纖信道通信的標準，iFCP具備網關功能，它能將光纖信道RAID陣列、交換機以及服務器連接到IP存儲網，而不需要額外的基礎架構投資。

iFCP的工作原理是：將FC數據以IP包形式封裝，並將IP地址映射到分離FC設備。由於在IP網中每類FC設備都有其獨特標識，因而能夠與位於IP網其它節點的設備單獨進行存儲數據收發。FC信號在iFCP網關處終止，信號轉換後存儲通信在IP網中進行，這樣iFCP就打破了傳統FC網的距離（約為10公裏）限制。

2.4.  iSCSI、FCIP、iFCP標準的比較

iSCSI：用於在基於IP的存儲設備之間建立連接及管理連接，在現有的IP網絡上封裝SCSI數據進行傳輸。

FCIP：用於連接地理上分散的FC SAN。僅僅適用於需要互連時使用IP的兩個或多個FC交換的應用。

iFCP：使用IP基礎設施來實現FC設備間或FC SAN間的互連。該協議致力於所有的FC交換架構而不僅限於解決距離上的問題。

3       NAS

NAS（Network Attached Storage）網絡附加存儲。在NAS存儲結構中，存儲系統不再通過I/O總線附屬於某個服務器或客戶機，而直接通過網絡接口與網絡直接相連，由用戶通過網絡訪問。

NAS實際上是一個帶有瘦服務器的存儲設備，其作用類似於一個專用的文件服務器。這種專用存儲服務器去掉了通用服務器原有的不適用的大多數計算功能，而僅僅提供文件系統功能。與傳統以服務器為中心的存儲系統相比，數據不再通過服務器內存轉發，直接在客戶機和存儲設備間傳送，服務器僅起控制管理的作用。

3.1.  NAS的主要特點：

l  NAS使用了傳統以太網協議，當進行文件共享時，則利用了NFS和CIFS以溝通NT和Unix系統。由於NFS和CIFS都是基於操作系統的文件共享協議，所以NAS的性能特點是進行小文件級的共享存取。

l  NAS設備是直接連接到以太網的存儲器，並以標準網絡文件系統如NFS、SMB/CIFS over TCP/IP接口向客戶端提供文件服務。NAS設備向客戶端提供文件級的服務。但內部依然是以數據塊的層面與它的存儲設備通訊。文件系統是在這個NAS 存儲器裏。

3.2.  NAS的主要長處：

l  NAS適用於那些需要通過網絡將文件數據傳送到多臺客戶機上的用戶。NAS設備在數據必須長距離傳送的環境中可以很好地發揮作用。

l  NAS設備非常易於部署。可以使NAS主機、客戶機和其他設備廣泛分布在整個企業的網絡環境中。NAS可以提供可靠的文件級數據整合，因為文件鎖定是由設備自身來處理的。

l  NAS應用於高效的文件共享任務中，例如UNIX中的NFS和Windows NT中的CIFS，其中基於網絡的文件級鎖定提供了高級並發訪問保護的功能。

4       DAS

DAS（Direct Attached Storage）直接附加存儲，直接附加存儲是指將存儲設備通過總線（SCSI、PCI、IDE等）接口直接連接到一臺服務器上使用。DAS購置成本低，配置簡單，因此對於小型企業很有吸引力。

4.1.  DAS存在問題：

l  服務器本身容易成為系統瓶頸；

l  服務器發生故障，數據不可訪問；

l  對於存在多個服務器的系統來說，設備分散，不便管理。同時多臺服務器使用DAS時，存儲空間不能在服務器之間動態分配，可能造成相當的資源浪費；

l  數據備份操作復雜。