存储系列DAS,SAN,NAS常见网络架构

随着主机、磁盘、网络等技术的发展,对于承载大量数据存储的服务器来说,服务器内置存储空间,或者说内置磁盘往往不足以满足存储需要。因此,在内置存储之外,服务器需要采用外置存储的方式扩展存储空间,今天在这里我们分析一下当前主流的存储架构。

一、DAS

Direct Attached Storage ,直接连接存储(直连式存储 ),最常见的一种存储方式。

意思是存储设备只与一台主机服务器连接,如PC中的磁盘或只有一个外部SCSI接口的JBOD(Just a Band of Disks可以简单理解成磁盘箱)都属于DAS架构。
存储设备与服务器主机之间的通常采用SCSI总线连接

特点:简单、集中、易用,主要在中小企业应用中。

二、SAN

1、SAN

Storage Area Network,存储区域网络
SAN的兴起源于上个世纪80年代FC协议的出现,FC是Fibre Channel的缩写,网状通道的意思

前面我们已经得知DAS是通过SCSI接口总线,而SCSI接口有16个节点的限制,不可能接入很多的磁盘。SCSI并行总线结构,传输距离短,是一种宽而短的电缆结构。

细长的串行的FC是一种可寻址容量大、稳定性强、速度快(1Gbps~8Gbps,现在成熟的技术已经达到上百G)、传输距离远的网络结构 ,所以最终替代了SCSI接口和总线,但是SCSI协议或者说SCSI语言仍然载于FC进行传输。

而且FC不仅替代了磁盘阵列前端接口,也替代了后端接口,从而使磁盘阵列真正处于网络之中。

到后来,2001年又提出了SAS传输网络,Serial Attached SCSI,串行SCSI,所以FC协议也属于串行SCSI。所以SAS和FC协议一样跨越OSI七个层次。

紧接着出现了SAS盘,SAS盘接口和SATA盘接口是相同的,SAS协议通过STP(SATA Tuneling Protocol)来兼容SATA协议。而FC自身则无法做到,需要通过一个SCSI-ATA协议转换器。

SAS和FC在磁盘阵列设计中有配合使用,也有单一色的协议。

总之,都是替换了原来的并行SCSI通路技术,将一个个磁盘作为网络上的节点,即彻底变成网络化存储系统了。 这样自然阐述了"Storage Area Network,存储区域网络"的概念

2、IP SAN

IP SAN是随着TCP/IP协议和局域网LAN技术而兴起的,SCSI语言可以通过Internet来传递 ,SCSI协议运行在TCP/IP之上,即ISCSI,Internet Small Computer System Interface

ISCSI发起方叫作Initiator,被连接方叫作Target。一般来说Initiator端为主机设备,Target端为提供存储空间的设备,如磁盘阵列。ISCSI标准发布于2004年 ,RFC3720。

人们把这种ISCSI为代表的TCP/IP作为传输方式的网络存储系统称作IP SAN,基于IP的存储区域网络

这样IP SAN相对FC SAN取得了不少的优势:可扩展性和低成本 。所以FC凭借其速度优势占据高端市场,而IP则以低成本优势占据中低端市场 。当然FC和IP协议之间也存在融合,形成了FCIP和IFCP的模式。

因IP SAN是在SAN后产生的,所以SAN默认指FC SAN。

iSCSI SAN是通过iSCSI协议连接的。一般来说SAN可以分为Fc SAN 和IP SAN, 二者的区别在于一个是通过光纤网络连接至SAN, 一个是通过IP网络连接至SAN。iSCSI协议是通过IP协议实现的。因此也可以说iSCSI SAN是IP SAN的一种。像FCIP(FC over IP)等技术也可以划入IP SAN的范畴

三、NAS

Network Attached Storage,网络附加存储

NAS是随着网络文件系统的出现而出现的,网络文件系统也是OS中的一种文件系统。微软 的叫做CIFS,Common Internet File Syetem,意思是Internet范围的文件系统Linux和UNIX 系统使用的NFS,Network File System,网络文件系统 。两者都是应用层协议,都是基于TCP/IP协议进行的传输。但是,CIFS开销非常大,远大于NFS!

这种文件系统逻辑不是在本地运行,而是在网络上的其他节点运行,调用远程的文件系统模块,即远程式调用文件系统,Remote Procedure Call File System,简称RPC FS。

人们把这种带有集中式文件系统功能的磁盘阵列,叫做NAS 。所以相对于SAN来说,不仅是磁盘或卷在远程节点上,连文件系统功能也搬运到了远程节点上。
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。

NAS有一个关键性问题,即备份过程中的带宽消耗 。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。

最后,从广义上说,各种存储架构都可以称为"SAN",因为就算是直接连到主板上的IDE通道也可以连接两个磁盘,也可以认为是一个2节点网络。而且NAS和SAN也可以融合,NAS也可以看成是SAN的一种分支架构。

四、三种架构分析和应用

1、存储分类和结构

上图展示了存储分类,以及其发展过程:从上到下(更详细一点应该是:FC SAN到NAS,再到IP SAN)、从左到右。

封闭系统主要指大型机。

开放系统指基于包括Windows、UNIX、Linux等操作系统的服务器。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。

如果把数据比喻成仓库,三大架构经历了从DAS供自己使用,到SAN出租仓库给其他用户使用,再到NAS集中式理货服务外包的过程 。如果最后扩展到分布式存储 ,则可以比喻成物流系统

而下图则展示了三者的结构图:

DAS:通过SCSI总线或者前端FC协议后端SCSI总线访问数据,采用SCSI接口。

SAN:通过专用光纤通道交换机或者TCP/IP协议访问数据,采用FC-AL接口、以太网。

NAS:用户通过TCP/IP协议访问数据,采用网络文件系统NFS、CIFS实现共享。

2、SAN和NAS区别

(1) 最主要的区别:SAN是一个网络上的磁盘,NAS是一个网络上的文件系统;SAN基于磁盘级别 的存储系统**,NAS基于文件级别** 的存储系统。

(2)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。

(3)SAN通过光纤比NAS通过以太网速度快很多;但光纤通道比以太网通道的网络更加复杂、成本更高,所以NAS更容易部署、更低成本和更易于扩展 。而随着IP SAN 的出现,这些缺陷也就不成为SAN的劣势。

(4)文件系统逻辑通过CPU运算和占用内存做缓存,所以NAS可以解放主机服务器上的CPU和内存资源,即瘦服务器主机;所以NAS更适合于CPU密集型的应用环境

(5)SAN 因其传输速度快,对于大块数据的CPU运算要求也不高,所以适合于大块IO密集的环境

最后,随着万兆以太网的出现和发展使得NAS和IP SAN在与FC SAN竞争时不会再逊色于传输带宽

3、三种存储架构的应用场景

DAS虽然比较古老了,但是还是很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;
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
SAN 则适用于大型应用或数据库系统 ,缺点是成本高、较为复杂