存儲系列之 DAS、SAN、NAS三種常見架構概述


隨着主機、磁盤、網絡等技術的發展,對於承載大量數據存儲的服務器來說,服務器內置存儲空間,或者說內置磁盤往往不足以滿足存儲需要。因此,在內置存儲之外,服務器需要采用外置存儲的方式擴展存儲空間,今天在這里我們分析一下當前主流的存儲架構。

一、DAS 

Direct Attached Storage,直接連接存儲(直連式存儲),最常見的一種存儲方式。

意思是存儲設備只與一台主機服務器連接,如PC中的磁盤或只有一個外部SCSI接口的JBOD(Just  a Band of  Disks可以簡單理解成磁盤箱)都屬於DAS架構。

存儲設備與服務器主機之間的通常采用SCSI總線連接

特點:簡單、集中、易用,主要在中小企業應用中。

二、SAN

1、SAN

Storage Area Network,存儲區域網絡

 SAN的興起源於上個世紀80年代FC協議的出現,FC是Fibre Channel的縮寫,網狀通道的意思

前面我們已經得知DAS是通過SCSI接口總線,而SCSI接口有16個節點的限制,不可能接入很多的磁盤。SCSI並行總線結構,傳輸距離短,是一種寬而短的電纜結構。

細長的串行的FC是一種可尋址容量大、穩定性強、速度快(1Gbps~8Gbps,現在成熟的技術已經達到上百G)、傳輸距離遠的網絡結構,所以最終替代了SCSI接口和總線,但是SCSI協議或者說SCSI語言仍然載於FC進行傳輸。

而且FC不僅替代了磁盤陣列前端接口,也替代了后端接口,從而使磁盤陣列真正處於網絡之中。

到后來,2001年又提出了SAS傳輸網絡,Serial Attached SCSI,串行SCSI,所以FC協議也屬於串行SCSI。所以SAS和FC協議一樣跨越OSI七個層次。

緊接着出現了SAS盤,SAS盤接口和SATA盤接口是相同的,SAS協議通過STP(SATA Tuneling Protocol)來兼容SATA協議。而FC自身則無法做到,需要通過一個SCSI-ATA協議轉換器。

SAS和FC在磁盤陣列設計中有配合使用,也有單一色的協議。

總之,都是替換了原來的並行SCSI通路技術,將一個個磁盤作為網絡上的節點,即徹底變成網絡化存儲系統了。這樣自然闡述了”Storage Area Network,存儲區域網絡“的概念

2、IP SAN

IP SAN是隨着TCP/IP協議和局域網LAN技術而興起的,SCSI語言可以通過Internet來傳遞,SCSI協議運行在TCP/IP之上,即ISCSI,Internet Small Computer System Interface

ISCSI發起方叫作Initiator,被連接方叫作Target。一般來說Initiator端為主機設備,Target端為提供存儲空間的設備,如磁盤陣列。ISCSI標准發布於2004年,RFC3720。

人們把這種ISCSI為代表的TCP/IP作為傳輸方式的網絡存儲系統稱作IP SAN,基於IP的存儲區域網絡

這樣IP SAN相對FC SAN取得了不少的優勢:可擴展性和低成本。所以FC憑借其速度優勢占據高端市場,而IP則以低成本優勢占據中低端市場。當然FC和IP協議之間也存在融合,形成了FCIP和IFCP的模式。

因IP SAN是在SAN后產生的,所以SAN默認指FC SAN。

三、NAS

Network Attached Storage,網絡附加存儲

NAS是隨着網絡文件系統的出現而出現的,網絡文件系統也是OS中的一種文件系統。微軟的叫做CIFS,Common Internet File Syetem,意思是Internet范圍的文件系統Linux和UNIX系統使用的NFS,Network File System,網絡文件系統。兩者都是應用層協議,都是基於TCP/IP協議進行的傳輸。但是,CIFS開銷非常大,遠大於NFS!

 這種文件系統邏輯不是在本地運行,而是在網絡上的其他節點運行,調用遠程的文件系統模塊,即遠程式調用文件系統,Remote Procedure Call File System,簡稱RPC FS。

人們把這種帶有集中式文件系統功能的磁盤陣列,叫做NAS。所以相對於SAN來說,不僅是磁盤或卷在遠程節點上,連文件系統功能也搬運到了遠程節點上。

NAS產品是真正即插即用的產品。NAS設備一般支持多計算機平台,用戶通過網絡支持協議可進入相同的文檔,因而NAS設備無需改造即可用於混合Unix/Windows NT局域網內,同時NAS的應用非常靈活。

NAS有一個關鍵性問題,即備份過程中的帶寬消耗。就是說LAN除了必須處理正常的最終用戶傳輸流外,還必須處理包括備份操作的存儲磁盤請求。

  最后,從廣義上說,各種存儲架構都可以稱為”SAN“,因為就算是直接連到主板上的IDE通道也可以連接兩個磁盤,也可以認為是一個2節點網絡。而且NAS和SAN也可以融合,NAS也可以看成是SAN的一種分支架構。

四、三種架構分析和應用

1、存儲分類和結構

上圖展示了存儲分類,以及其發展過程:從上到下(更詳細一點應該是:FC SAN到NAS,再到IP SAN)、從左到右。

封閉系統主要指大型機。

開放系統指基於包括Windows、UNIX、Linux等操作系統的服務器。由於目前絕大部分用戶采用的是開放系統,其外掛存儲占有目前磁盤存儲市場的70%以上。

如果把數據比喻成倉庫,三大架構經歷了從DAS供自己使用,到SAN出租倉庫給其他用戶使用,再到NAS集中式理貨服務外包的過程。如果最后擴展到分布式存儲,則可以比喻成物流系統

而下圖則展示了三者的結構圖:

 

DAS:通過SCSI總線或者前端FC協議后端SCSI總線訪問數據,采用SCSI接口。

SAN:通過專用光纖通道交換機或者TCP/IP協議訪問數據,采用FC-AL接口、以太網。

NAS:用戶通過TCP/IP協議訪問數據,采用網絡文件系統NFS、CIFS實現共享。

2、SAN和NAS區別

(1) 最主要的區別:SAN是一個網絡上的磁盤,NAS是一個網絡上的文件系統;SAN基於磁盤級別的存儲系統,NAS基於文件級別的存儲系統。

(2)SAN是將目光集中在磁盤、磁帶以及聯接它們的可靠的基礎結構NAS是將目光集中在應用、用戶和文件以及它們共享的數據上。

(3)SAN通過光纖比NAS通過以太網速度快很多;但光纖通道比以太網通道的網絡更加復雜、成本更高,所以NAS更容易部署、更低成本和更易於擴展而隨着IP SAN的出現,這些缺陷也就不成為SAN的劣勢。

(4)文件系統邏輯通過CPU運算和占用內存做緩存,所以NAS可以解放主機服務器上的CPU和內存資源,即瘦服務器主機;所以NAS更適合於CPU密集型的應用環境

(5)SAN因其傳輸速度快,對於大塊數據的CPU運算要求也不高,所以適合於大塊IO密集的環境

最后,隨着萬兆以太網的出現和發展使得NAS和IP SAN在與FC SAN競爭時不會再遜色於傳輸帶寬

3、三種存儲架構的應用場景

DAS雖然比較古老了,但是還是很適用於那些數據量不大,對磁盤訪問速度要求較高的中小企業;

NAS多適用於文件服務器,用來存儲非結構化數據,雖然受限於以太網的速度,但是部署靈活,成本低

SAN則適用於大型應用或數據庫系統,缺點是成本高、較為復雜

 

參考:

《大話存儲II》

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

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

 

如果對NAS集群有興趣,可以參考:https://blog.csdn.net/u013131156/article/details/78790536

 


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