存儲體系結構

體系結構包括一組部件以及部件之間的聯繫。存儲體系結構是以存儲為中心的存儲技術。存儲體系結構的發展分為三個階段：1) 總線存儲階段；2) 存儲網絡階段 ；3) 虛擬存儲階段。例如，以服務器為中心的存儲從體系結構上看，它是基於總線連接的存儲 ( BAS )，包括 SCSI 總線、 IDE接口、數據直接存儲DAS，如 SCSI磁盤陣列。基於總線連接的存儲體系結構存在許多不可克服的缺點，如：原始容量限制、沒有擴展性、所有的數據存儲受服務器性能的限制、無法集中管理等。

以存儲網絡為中心的存儲是全新的存儲體系結構．它採用面向網絡的存儲體系結構，使數據處理和數據存儲分離；網絡存儲體系結構包括了網絡和I/O的精華，將I/O能力擴展到網絡上，特別是靈活的網絡尋址能力，遠距離數據傳輸能力，I/O高效的原性能；通過網絡連接服務器和存儲資源，消除了不同存儲設備和服務器之間的連接障礙；提高了數據的共享性、可用性和可擴展性、管理性。

高性能的光纖通道交換機和光纖通道網絡協議是SAN(Storage Area Network）的關鍵。我們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SAN(Storage Area Network）的另一個本質特徵。SAN(Storage Area Network）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。

SAN(Storage Area Network）以光纖通道交換機和光纖通道協議為主要特徵的本質決定了它的諸多優點，我們可以簡單地概括為性能、距離、管理等方面。首先，在一些關鍵應用中，傳輸塊級數據要求必須使用SAN(Storage Area Network）——尤其是多個服務器共同向大型存儲設備進行讀取。由於在數據傳輸時被分成小段，使SAN(Storage Area Network）對服務器處理的依賴較少，可以有效地傳送爆發性的塊數據，SAN(Storage Area Network）的性能及可靠性就得到了充分的發揮。其次，通過城域網（MAN），SAN(Storage Area Network）可以實現遠程災難恢復。一般地，使用E3信道， SAN(Storage Area Network）可以在不降低性能的同時將部件間的距離增加至150km。第三，很重要的一點，SAN(Storage Area Network）的管理是集中而且高效的。用户可以在線添加/刪除設備、動態調整存儲網絡以及將異構設備統一成存儲池等。

NAS(Network-Attached Storage）使用了傳統以太網和IP協議，當進行文件共享時，則利用了NFS(Network-Attached Storage）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(Network-Attached Storage）的性能特點是進行小文件級的共享存取。

從NAS(Network-Attached Storage）的簡單機制可引申出它的一些明顯的優缺點。優點方面，NAS(Network-Attached Storage）的部署非常簡單，只須與傳統交換機連接即可；其次，它的成本較低，因為NAS(Network-Attached Storage）的投資僅限於一台NAS(Network-Attached Storage）服務器，而不像SAN(Network-Attached Storage）是整個存儲網絡，同時，NAS(Network-Attached Storage）服務器的價格往往是針對中小企業定位的；第三，NAS(Network-Attached Storage）服務器的管理非常簡單，它一般都支持Web的客户端管理，對熟悉操作系統的網絡管理人員來説，其設置既熟悉又簡單。在簡單易用的背後，NAS(Network-Attached Storage）的缺點也非常明顯。從性能上看，由於與應用使用同一網絡，NAS(Network-Attached Storage）會增加網絡擁塞，反過來，NAS(Network-Attached Storage）性能也嚴重受制於網絡傳輸數據能力; 其次，從數據安全性看，NAS(Network-Attached Storage）一般只提供兩級用户安全機制，雖然這能簡化使用，但還需要用户額外增加適當級別的文件安全手段。

概括來説，SAN對於高容量塊狀級數據傳輸具有明顯的優勢，而NAS(Network-Attached Storage）則更加適合文件級別上的數據處理。儘管二者存在根本特性上的差異，但SAN和NAS 實際上也是能夠相互補充的存儲技術。例如，SAN擅長塊數據傳輸、極易擴展且管理設備有效。用户可以使用 SAN運行關鍵應用，比如數據庫、備份等，以進行數據的集中存取與管理；而NAS 支持若干客户端之間文件共享，所以用户可以使用NAS(Network-Attached Storage）作為日常辦公中需要經常交換小文件的地方，比如存儲網頁等。SAN和NAS(Network-Attached Storage）在實際情況中是可以並存在一個系統中。例如，SAN更多與NAS(Network-Attached Storage)聯合使用，可以為NAS(Network-Attached Storage）設備提供高性能、大容量的存儲設備，同時許多SAN通常駐留在NAS(Network-Attached Storage）應用中。

基於 IP 網絡的 N AS 存儲系統因為可以使用目前的 IP網絡基礎設施，因而建設費用便宜 ，而基於光纖通道的 SAN存儲系統存在建設費用昂貴、但系統性能好的特點。IP - SAN存儲系統結合了 NAS和 SAN存儲系統的優點，實現了在 IP網絡上傳輸 SCSI 協議的技術。一方面可以通過 IP 網絡通信，減低建設成本；一方面使用塊協議，提供系統傳輸速率。

IP-SAN存儲系統，可以採用 SCSI封裝協議 ( SEP)或ISCS 協議實現。目前基於 ISCSI 協議實現的IP - SAN存儲系統成為主流。對於 ISCSI技術，可以採用 3種方法: 1) ISCSI協議+ TCP / IP + 以太網驅動+ 以太網的方式實現；2) ISCSI 協議+ ISCSI卡的方式實現； 3) SCSI協議+ ISCSI控制器的方式。

統一的虛擬存儲體系結構將不同廠商的 SAN(存儲區域網 )、N AS(網絡連接存儲 )、 IP-SAN、 DAS等各類存儲資源整合起來，形成一個統一管理、監控和使用的公用存儲池。虛擬存儲的實質是資源共享，因此，統一虛擬存儲體系結構的任務是：

1) 如何進一步增加可共享的存儲資源的數量；

2) 如何通過有效的機制在現有的存儲資源上提供更好的服務。

從系統的觀點看，存在如下的存儲虛擬化方法：

1) 基於主機的虛擬存儲；

2) 基於存儲設備的虛擬存儲；

3) 基於網絡的虛擬存儲；

目前主要的虛擬存儲技術包括：軟件RAID 、邏輯卷管理器 ( LVM )、快照 ( SnapShot)、虛擬磁盤、遠程鏡像、單一存儲映象、RAID 卡技術等等；統一虛擬存儲體系結構的實現只能從虛擬存儲的實質出發，因而，單一存儲映象的方法將可能是虛擬存儲發展的方向，無論從主機、網絡還是存儲設備看 ,存儲資源就是一個單一存儲映象 ^[1]  。