汪海濤

（廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院 信息工程系，廣東 廣州 510640）

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從服務(wù)器/客戶機(jī)模式到今天的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境，再到今后的移動(dòng)計(jì)算環(huán)境，對(duì)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求不再受時(shí)間和空間的限制。隨著計(jì)算機(jī)能力的不斷提高，數(shù)據(jù)量也在不斷膨脹。數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)中最寶貴的資源，因數(shù)據(jù)問(wèn)題導(dǎo)致的損失可能使一個(gè)企業(yè)破產(chǎn)。隨著信息化的不斷推進(jìn)，日常業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴越來(lái)越強(qiáng)，數(shù)據(jù)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)管理和維護(hù)工作日益繁雜。

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)是制約網(wǎng)絡(luò)I/O吞吐量的瓶頸，合理地設(shè)計(jì)和規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)，會(huì)最大限度地降低總體擁有成本，使網(wǎng)絡(luò)性能得到充分發(fā)揮。

本文對(duì)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)NAS、SAN和iSCSI進(jìn)行了分析，根據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)質(zhì)量的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，iSCSI是NAS和SAN兩種技術(shù)在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的融合，通過(guò)把面向數(shù)據(jù)塊的SCSI協(xié)議封裝在TCP/IP包中，以便在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上傳送，可以達(dá)到較好的存儲(chǔ)性價(jià)比。

1 NAS

1.1 NAS結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ) NAS（Network Attached Storage）將存儲(chǔ)設(shè)備連接到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)上，提供數(shù)據(jù)和文件服務(wù)。NAS服務(wù)器一般由存儲(chǔ)硬件、操作系統(tǒng)以及其上的文件系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。它基于TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)文件級(jí)數(shù)據(jù)的存取服務(wù)。

NAS將存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接，可以無(wú)需服務(wù)器直接上網(wǎng)，不依賴通用的操作系統(tǒng)，而是采用一個(gè)面向用戶設(shè)計(jì)的、專門用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的簡(jiǎn)化操作系統(tǒng)，內(nèi)置了與網(wǎng)絡(luò)連接所需的協(xié)議，因此使整個(gè)系統(tǒng)的管理和設(shè)置較為簡(jiǎn)單。NAS的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 NAS的特性

NAS是精簡(jiǎn)型服務(wù)器，在硬件架構(gòu)上只需CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡和主機(jī)板等。在軟件方面，操作系統(tǒng)也是精簡(jiǎn)型系統(tǒng)，有些甚至是免費(fèi)的Linux。采用磁盤陣列技術(shù)，NAS可保證硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全與完整。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享數(shù)據(jù)，即使相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器不再工作，仍然可以讀取數(shù)據(jù)。所采用的嵌入式操作系統(tǒng)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性，網(wǎng)絡(luò)管理員可方便地設(shè)置用戶或用戶組對(duì)NAS服務(wù)器的訪問(wèn)權(quán)限。

NAS只適用于較小網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；蛘咻^低數(shù)據(jù)流量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)備份。NAS仍使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行備份和恢復(fù)，LAN除了處理正常的最終用戶傳輸流外，還必須處理包括備份的存儲(chǔ)磁盤請(qǐng)求。

2 SAN

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN（Storage Area Network）是一種在服務(wù)器和外部存儲(chǔ)資源或獨(dú)立的存儲(chǔ)資源之間實(shí)現(xiàn)高速可靠訪問(wèn)的專用網(wǎng)絡(luò)。SAN采用可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備，每個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備不隸屬于任何一臺(tái)服務(wù)器，所有的存儲(chǔ)設(shè)備都可以在全部的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間作為對(duì)等資源共享。SAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

SAN作為網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)施，旨在提供靈活、高性能和可擴(kuò)展的存儲(chǔ)環(huán)境，擅長(zhǎng)在服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間傳輸大塊數(shù)據(jù)，特別適于以下應(yīng)用場(chǎng)合：

（1）對(duì)響應(yīng)時(shí)間、可用性和可擴(kuò)展性要求高的關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用；

（2）對(duì)性能、數(shù)據(jù)完整性和可靠性要求高的集中存儲(chǔ)備份，以保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全，可極大地提高企業(yè)數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)操作的可靠性和可擴(kuò)展性；

（3）海量存儲(chǔ)的應(yīng)用環(huán)境，如圖書館、銀行、證券、中大型企業(yè)或組織的數(shù)據(jù)中心；

（4）支持服務(wù)器及其連接設(shè)備之間提供光纖通道高性能和擴(kuò)展的距離。

3 iSCSI

Internet小型機(jī)系統(tǒng)接口協(xié)議 iSCSI（Internet Small Computer System Interface）是一種端到端的協(xié)議，用于在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸和存儲(chǔ)I/O數(shù)據(jù)塊。該協(xié)議被用于服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和協(xié)議傳輸網(wǎng)關(guān)設(shè)備。iSCSI使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)交換機(jī)和路由器，將數(shù)據(jù)從服務(wù)器轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)設(shè)備。它還使得IP和以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施可以被用于對(duì)SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)的擴(kuò)展訪問(wèn)，跨過(guò)任意距離完成對(duì)SAN的擴(kuò)展接入。

iSCSI協(xié)議整合了存儲(chǔ)和 IP網(wǎng)絡(luò)，使通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)完成存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊的傳輸成為現(xiàn)實(shí)。它建立在兩個(gè)已被廣泛應(yīng)用的技術(shù)之上——為存儲(chǔ)而建立的SCSI命令以及為網(wǎng)絡(luò)化而建立的IP協(xié)議。iSCSI協(xié)議層次模型如圖3所示。

iSCSI協(xié)議定義了在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送、接收block（數(shù)據(jù)塊）級(jí)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的規(guī)則和方法。發(fā)送端將SCSI命令和數(shù)據(jù)封裝到TCP/IP包中再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)，接收端收到TCP/IP包之后，將其還原為SCSI命令和數(shù)據(jù)并執(zhí)行，然后將返回的SCSI命令和數(shù)據(jù)再封裝到TCP/IP包中再傳送回發(fā)送端。而整個(gè)過(guò)程在用戶看來(lái)，使用遠(yuǎn)端的存儲(chǔ)設(shè)備就像訪問(wèn)本地的SCSI設(shè)備一樣簡(jiǎn)單。支持iSCSI技術(shù)的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備能夠直接連接到現(xiàn)有的IP交換機(jī)和路由器上。

4 iSCSI同NAS、SAN的比較與分析

4.1 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)效率比較

研究問(wèn)題：iSCSI是 NAS和 SAN兩種技術(shù)在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的融合，通過(guò)把面向數(shù)據(jù)塊的SCSI協(xié)議封裝在TCP/IP包中，以便在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上傳送?，F(xiàn)在對(duì)6個(gè)數(shù)據(jù)量大小不同的樣本分別使用3種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，得到的綜合評(píng)價(jià)為：隨著數(shù)據(jù)量的增大，NAS的存儲(chǔ)效率逐漸降低，最后變得不可用，SAN受到很小的影響，而iSCSI則逐漸趨向穩(wěn)定。分析結(jié)果如圖4所示。

結(jié)果表明，NAS只適用于較小網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；蛘咻^低數(shù)據(jù)流量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)備份，當(dāng)數(shù)據(jù)量增多時(shí)，NAS的存儲(chǔ)效率將急劇下降；SAN提供高性能和擴(kuò)展的存儲(chǔ)環(huán)境，擅長(zhǎng)在服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間傳輸大塊數(shù)據(jù)；相對(duì)于NAS，iSCSI帶寬高、功能強(qiáng) （特別是遠(yuǎn)程復(fù)制和災(zāi)難恢復(fù)）、可用性強(qiáng)，能夠處理大塊數(shù)據(jù)的傳輸。

4.2 存儲(chǔ)成本的比較和分析

NAS投資成本較高（后期擴(kuò)容成本高），而可靠度不高，一般文件服務(wù)器沒(méi)有高可用配置，存在單點(diǎn)故障；SAN應(yīng)用在對(duì)性能、數(shù)據(jù)完整性和可靠性要求高的集中存儲(chǔ)備份，以保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全，但實(shí)現(xiàn)成本極高。iSCSI連接距離更長(zhǎng)，突破FC/SAN目前10 km的局限，其利用現(xiàn)有的TCP/IP基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)構(gòu)筑SAN，網(wǎng)絡(luò)部署成本相對(duì)較低。

[1]韓德志，鄢讓，傅湘林.iSCSI協(xié)議及SAN的互連技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2003（8）：83-87.

[2]魯士文.存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[3]韓德志，傅豐.高可用存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的研究[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[4]韓德志，謝長(zhǎng)生，傅湘林，等.一種基于 iSCSI的附網(wǎng)存儲(chǔ)服務(wù)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2004（1）：207-213.

[5]余勝生，周敬利，林芝.存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)中光纖通道和 iSCSI協(xié)議的性能分析 [J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003（13）：181-183.