盤點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù) 你都了解嗎

在以數(shù)據(jù)為中心的信息時(shí)代，存儲(chǔ)已成為IT基礎(chǔ)設(shè)施的核心之一。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)已經(jīng)成為繼互聯(lián)網(wǎng)熱潮之后的又一次技術(shù)浪潮，它將網(wǎng)絡(luò)帶入了以數(shù)據(jù)為中心的時(shí)代。

由于近年來C/S計(jì)算模型的廣泛采用，服務(wù)器都帶有自己的存儲(chǔ)系統(tǒng)，信息分散到各個(gè)服務(wù)器上，形成了所謂的“信息孤島”，不利于信息整合與數(shù)據(jù)共享。而網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)就是一種利于信息整合與數(shù)據(jù)共享，且易于管理的、安全的新型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和技術(shù)。目前，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)已經(jīng)成為一種新的存儲(chǔ)技術(shù)，本文將從體系結(jié)構(gòu)的角度簡述目前的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

直接連接存儲(chǔ)DAS

直接連接存儲(chǔ)DAS(Direct Attached Storage)是對SCSI總線的進(jìn)一步發(fā)展。它對外利用SCSI總線通道和多個(gè)主機(jī)連接，解決了SCSI卡只能連接到一個(gè)主機(jī)上的缺陷。對內(nèi)利用SCSI總線通道或FC通道、IDE接口連接多個(gè)磁盤，并實(shí)現(xiàn)RAID技術(shù)，形成一個(gè)磁盤陣列，從而解決了數(shù)據(jù)容錯(cuò)、大存儲(chǔ)空間的問題。

DAS是以服務(wù)器為中心的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)，難以滿足現(xiàn)代存儲(chǔ)應(yīng)用大容量、高可靠、高可用、高性能、動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展、易維護(hù)和開放性等多方面的需求。解決這一問題的關(guān)鍵是將訪問模式從以服務(wù)器為中心轉(zhuǎn)化為以數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)為中心，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展容量、增加性能和延伸距離，尤其是實(shí)現(xiàn)多個(gè)主機(jī)數(shù)據(jù)的共享，這推動(dòng)了存儲(chǔ)與計(jì)算的分離，即網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的發(fā)展。

網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(chǔ)NAS

NAS(附網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng))系統(tǒng)是用一個(gè)裝有優(yōu)化的文件系統(tǒng)和瘦操作系統(tǒng)的專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，提供跨平臺的文件共享功能。NAS產(chǎn)品與客戶之間的通訊采用NFS(Network File System)協(xié)議、CIFS(Common Internet File System)協(xié)議，這些協(xié)議運(yùn)行在IP之上。。

盡管NAS集成了系統(tǒng)、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有擴(kuò)展性強(qiáng)、使用與管理簡單、跨平臺文件共享、性能優(yōu)化等特點(diǎn)。然而，NAS系統(tǒng)也有其潛在的局限性。首先是它受限的數(shù)據(jù)庫支持，NAS文件服務(wù)器不支持需大量依賴于數(shù)據(jù)庫處理結(jié)果的應(yīng)用(塊級應(yīng)用)。其次是缺乏靈活性，它是一種專用設(shè)備。最后，NAS備份與恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難。

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)SAN

SAN(存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng))是通過專用高速網(wǎng)將一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備(如磁盤陣列RAID)和服務(wù)器連接起來的專用存儲(chǔ)系統(tǒng)。

SAN以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為中心，采用可伸縮的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供SAN內(nèi)部任意節(jié)點(diǎn)之間的多路可選擇的數(shù)據(jù)交換，并且將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理集中在相對獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)最大限度的數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)優(yōu)化管理，以及系統(tǒng)的無縫擴(kuò)充。正是由于光纖通道技術(shù)的發(fā)展，使得SAN得以支持遠(yuǎn)距離通信、易于擴(kuò)展、能夠解決網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)備份、高可用性、災(zāi)難恢復(fù)等有關(guān)問題，它可以提供高性能數(shù)據(jù)管道和共享的集中管理的存儲(chǔ)設(shè)備。因此采用網(wǎng)絡(luò)和通道技術(shù)相互融合的光纖通道接口的SAN將LAN上的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換到主要由存儲(chǔ)設(shè)備組成的專用網(wǎng)絡(luò)上，使得數(shù)據(jù)的訪問、備份和恢復(fù)不影響LAN的性能，在大量數(shù)據(jù)訪問時(shí)，不會(huì)大幅度降低網(wǎng)絡(luò)性能。

SAN主要用于存儲(chǔ)量大的工作環(huán)境，并且SAN的適用性和通用性較差，在系統(tǒng)的安裝和升級方面效率不高，且由于SAN使用專用網(wǎng)絡(luò)(一般為光纖網(wǎng)絡(luò))，相應(yīng)的設(shè)備價(jià)格昂貴，總體實(shí)現(xiàn)費(fèi)用較高，局限于大中型應(yīng)用。

NAS和SAN技術(shù)都體現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)從傳統(tǒng)的服務(wù)器中獨(dú)立出來的思想，它們是網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)領(lǐng)域中的兩個(gè)發(fā)展方向。隨著NAS和SAN之間的界限越來越模糊，其中更重要的區(qū)別可能就是在NAS/SAN混合系統(tǒng)中所采用的協(xié)議了：IP、光纖通道，或者iSCSI等。

IP存儲(chǔ)

傳統(tǒng)的SAN一般采用光纖通道技術(shù)，其成本高，距離受限制，因此基于IP的存儲(chǔ)正成為一個(gè)新的熱點(diǎn)，主要有FCIP(Fibre Channel over IP)、iFCP(Internet Fibre Channel Protocol)、mFCP(Metro Fibre Channel Protocol)、iSCSI(Internet SCSI)等技術(shù)。

上述協(xié)議有一個(gè)非常重要的共同點(diǎn)：都能充當(dāng)SCSI命令集的傳輸機(jī)制。通過IP存儲(chǔ)介質(zhì)與存儲(chǔ)設(shè)備通信的主機(jī)仍能表達(dá)SCSI的含意。而iSCSI則是從主機(jī)到存儲(chǔ)設(shè)備的整個(gè)傳輸鏈路就是一條IP鏈路，沒有采用光纖通道，基于主機(jī)的應(yīng)用通過IP與網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備通信。iSCSI保持了SCSI命令集的原狀，同時(shí)用IP取代了傳輸協(xié)議。但由于iSCSI通過映射至IP來保留SCSI命令集，存在延時(shí)問題，已有專門的iSCSI芯片組把轉(zhuǎn)換代碼部署在硬件當(dāng)中。IP-SAN的優(yōu)勢在于：容易擴(kuò)展成超大規(guī)模的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò);不必受光纖通道SAN的距離限制，連接在IP網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器都能享用網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù);連接靈活多樣，廉價(jià)成熟的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)成本，使得高端也能達(dá)到Gbps速率，有較高的性能價(jià)格比。

集群存儲(chǔ)

由于目前一些存儲(chǔ)應(yīng)用受容量可擴(kuò)展性、性能可擴(kuò)展性、可用性、可管理性的挑戰(zhàn)，“催生”了許多存儲(chǔ)集群系統(tǒng)的產(chǎn)生。集群存儲(chǔ)是將每個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備作為一個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，通過高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接起來，將數(shù)據(jù)分散開存儲(chǔ)在多臺獨(dú)立的設(shè)備上，這些設(shè)備可以獨(dú)立運(yùn)作，相互之間又可以合作。每個(gè)I/O節(jié)點(diǎn)不僅可以訪問本節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間，還可以訪問其他節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間。所有存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的空間以一個(gè)虛擬磁盤的方式提供給客戶端用戶。組成集群存儲(chǔ)可以是塊級別的SAN集群、文件級別的NAS集群和并行文件系統(tǒng)的集群，它們的訪問、特征與適用環(huán)境參見表1。

集群存儲(chǔ)有效地提升了存儲(chǔ)設(shè)備的容量可擴(kuò)展性、性能穩(wěn)定性及系統(tǒng)可管理性。集群存儲(chǔ)非常適合那些持續(xù)增長的所有規(guī)模的不同環(huán)境，實(shí)現(xiàn)即時(shí)供應(yīng)(Just-in-time)存儲(chǔ)，避免破壞性升級和增加管理的復(fù)雜性。在大型數(shù)據(jù)中心或高性能計(jì)算中心的集群存儲(chǔ)解決方案，具有高性價(jià)比，簡單、易于維護(hù)，高可靠性/可用性，具有非常高的整合帶寬等優(yōu)點(diǎn)。集群存儲(chǔ)最典型系統(tǒng)是Google體系結(jié)構(gòu)，它是大量機(jī)器內(nèi)硬盤的組合，含899個(gè)機(jī)架(每架80臺PC,每臺PC有2個(gè)硬盤)，共79,112臺PC機(jī)，有158,224個(gè)硬盤, 總?cè)萘繛?180 TB。

對等(P2P)存儲(chǔ)

對等結(jié)構(gòu)(P2P)從用戶的使用方式來看，系統(tǒng)中每個(gè)用戶既向其他用戶提供資源，也從其他用戶那里獲取資源。從體系結(jié)構(gòu)來看，無中心結(jié)構(gòu)，結(jié)點(diǎn)之間對等，通過互相合作來完成用戶任務(wù)。P2P結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：沒有中心結(jié)點(diǎn)，不易形成系統(tǒng)瓶頸、不易受攻擊，可擴(kuò)展性好，自組織性好。

用P2P的方式在廣域網(wǎng)中構(gòu)建大規(guī)模分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，將很多機(jī)器用對等的方式組織起來共同為用戶提供超大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn)來自于存儲(chǔ)服務(wù)方，用戶使用存儲(chǔ)空間并付費(fèi)，用戶還通過該平臺自主尋找其他結(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和存儲(chǔ)空間交換。

P2P存儲(chǔ)與SAN的應(yīng)用特點(diǎn)不同。前者主要強(qiáng)調(diào)可用性，而SAN主要面向的是高性能;P2P存儲(chǔ)易于維護(hù)、可擴(kuò)展好、自配置功能強(qiáng)，特別是P2P存儲(chǔ)可以大量加盟的PC機(jī)和服務(wù)器中的存儲(chǔ)器來組合成存儲(chǔ)系統(tǒng)，提供高帶寬的視頻服務(wù)和其他共享服務(wù)。

集群存儲(chǔ)與P2P存儲(chǔ)都是分布式存儲(chǔ)。前者多在大型數(shù)據(jù)中心或高性能計(jì)算中心使用，后者是構(gòu)建更大規(guī)模的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，可以跨多個(gè)大型數(shù)據(jù)中心或高性能計(jì)算中心使用。

網(wǎng)格存儲(chǔ)

所有的存儲(chǔ)、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)資源都被虛擬為一個(gè)資源池，并將其視作共享資源，這個(gè)資源池就是存儲(chǔ)網(wǎng)格。存儲(chǔ)網(wǎng)格的關(guān)鍵是虛擬化與統(tǒng)一性管理問題。

存儲(chǔ)網(wǎng)格既可應(yīng)用于SAN環(huán)境，又可應(yīng)用于NAS環(huán)境，它提供快速簡單的對于容量、性能、服務(wù)質(zhì)量和/或連接協(xié)議的可升級性，可對公司所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一查看和管理，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)前有限的虛擬化實(shí)現(xiàn)途徑，還可優(yōu)化分布式企業(yè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問的性能。存儲(chǔ)網(wǎng)格架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫和企業(yè)之間更緊密的應(yīng)用整合，提供更高的數(shù)據(jù)保護(hù)，并可基于有關(guān)規(guī)定更簡單地管理數(shù)據(jù)資源。這些優(yōu)勢極大降低了用戶在購買、擴(kuò)容和管理時(shí)的費(fèi)用。

面向?qū)ο蟮拇鎯?chǔ)

對象存儲(chǔ)模型綜合了NAS和SAN結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，存儲(chǔ)對象具有文件和塊二者的優(yōu)點(diǎn)：像數(shù)據(jù)塊一樣在存儲(chǔ)設(shè)備上被直接訪問，通過一個(gè)對象接口，像文件一樣，在不同操作系統(tǒng)平臺上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。在SAN中，定位邏輯和文件系統(tǒng)都位于主機(jī)中。而在面向?qū)ο蟮拇鎯?chǔ)中，存儲(chǔ)空間不再需要運(yùn)行在主機(jī)上的文件系統(tǒng)管理，而由存儲(chǔ)系統(tǒng)自己管理和分配。

一個(gè)存儲(chǔ)對象是關(guān)于一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的邏輯字節(jié)集合，它有存儲(chǔ)方法、數(shù)據(jù)屬性和存儲(chǔ)安全策略等。因此，對象存儲(chǔ)系統(tǒng)在基于文件級的數(shù)據(jù)布局、服務(wù)質(zhì)量的靈活性和可管理等方面有很大改善。另外，基于對象存儲(chǔ)的最直接效果是將空間管理從存儲(chǔ)應(yīng)用中剝離，如圖2所示，存儲(chǔ)設(shè)備具有自管理特性，包括重新組織數(shù)據(jù)來提高性能、調(diào)用規(guī)則的備份和失敗恢復(fù)等。

未來存儲(chǔ)設(shè)備的特性可能包括自配置、自保護(hù)、自優(yōu)化、自恢復(fù)和自管理。將塊接口用對象來代替是一個(gè)發(fā)展方向。目前，面向?qū)ο蟮拇鎯?chǔ)仍然處在標(biāo)準(zhǔn)制定之中，還沒有得到廣泛的接受。

內(nèi)容尋址存儲(chǔ)CAS

內(nèi)容尋址存儲(chǔ)(Content Addressed Storage，CAS)是針對固定內(nèi)容存儲(chǔ)需求的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)。CAS具有面向?qū)ο蟠鎯?chǔ)特征，基于磁記錄技術(shù)，它按照所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)容的數(shù)字指紋尋址，具有良好的可搜索性、安全性、可靠性和擴(kuò)展性。CAS、SAN和NAS的區(qū)別參見表2。CAS存儲(chǔ)技術(shù)的代表性產(chǎn)品是EMC公司的Centera 系統(tǒng)，目前還具有非常多的局限性。

數(shù)據(jù)庫只針對的是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，而大量非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)管理有更大的存儲(chǔ)需求，而內(nèi)容管理的對象是以各類非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主的數(shù)字內(nèi)容。CAS技術(shù)的出現(xiàn)使非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理(包括企業(yè)的各種文檔、報(bào)表、賬單、網(wǎng)頁、圖片、傳真、掃描影像，以及大量的多媒體音頻、視頻信息等等的歸檔和查詢)成為存儲(chǔ)業(yè)新的熱點(diǎn)。未來需要一種新的基于內(nèi)容管理的存儲(chǔ)系統(tǒng)平臺，它擴(kuò)展了最新的對象存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)，支持對象倉儲(chǔ)和聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫技術(shù)，支持關(guān)系和 XML作為主要數(shù)據(jù)模型，并緊密地集成了內(nèi)容管理服務(wù)、工作流、消息傳遞、分析和其他企業(yè)應(yīng)用程序服務(wù)。

基于IB的存儲(chǔ)

InfiniBand(IB)是針對處理器和智能I/O設(shè)備之間數(shù)據(jù)流而提出的一種新體系結(jié)構(gòu)，用于在服務(wù)器中取代PCI總線。采用IB技術(shù)支持多處理器集群，將允許服務(wù)器提供更高的帶寬和可擴(kuò)展能力，并增強(qiáng)了存儲(chǔ)設(shè)備擴(kuò)充的靈活性，并用于支持遠(yuǎn)程I/O和遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器，如圖3所示。IB作為一種能夠?yàn)橄到y(tǒng)與存儲(chǔ)之間提供低延遲和高帶寬的連接解決方案，已經(jīng)為一些用戶所接受，預(yù)期基于IB的存儲(chǔ)將在存儲(chǔ)領(lǐng)域會(huì)占有一席之地。