存储系列之 DAS、SAN、NAS三种常见架构概述

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。

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

 

参考:

《大话存储II》

https://blog.csdn.net/yujin2010good/article/details/7241517

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1601971720592668171&wfr=spider&for=pc

 

如果对NAS集群有兴趣,可以参考:https://blog.csdn.net/u013131156/article/details/78790536

 

posted on 2020-04-09 14:59  orange-C  阅读(...)  评论(...编辑  收藏

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