15.1.5　数据存储

数据存储是信息系统的基础。目前企业存储应用的体系结构主要有DAS（Direct Attached Storage）、NAS（Network Attached Storage）和SAN（Storage Area Network）三种模式。三种模式从体系架构的逻辑上看，有明显的区别。中小型企业存储具有以下几方面的要求：性能、安全性、扩展性、易用性、整体拥有成本和服务等。由于中小企业用户的存储系统构建并不是一蹴而就的事情，会经历从单机迈向网络化存储的过程，因此就存在DAS、NAS和SAN三种存储方案共存的局面。

1．DAS数据存储方式

直接外挂存储是最早采用的一种存储方式。这种存储方案的服务器结构如同PC架构，外部数据存储设备（如磁盘阵列、光盘机、磁带机等）都直接挂接在服务器内部总线上，数据存储设备是整个服务器结构的一部分，同样，服务器也担负着整个网络的数据存储职责。

这种方案主要在早期的计算机和服务器上使用，由于当时对数据存储的需求并不大，单个服务器需要的存储能力就可以满足日常数据存储需求，因此在低档网络应用中相当普遍。但由于这种存储方案中的存储设备都是直接挂接在服务器上，所以其扩展能力非常有限。另外，数据存储任务也由服务器担当，使得服务器的性能受到相当大的影响，也十分不利于存储设备的增加和存储更复杂的多媒体数据流，所以这种存储方案目前通常只是在小型网络中使用。

在这种方式中，存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接连接到服务器的。I/O请求直接发送到存储设备。DAS也可称为SAS（Server-Attached Storage，服务器附加存储）。它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。

DAS的适用环境如下。

·服务器在地理分布上很分散，通过SAN（存储区域网络）或NAS（网络附加存储）在它们之间进行互连非常困难时（商店或银行的分支便是一个典型的例子）。

·存储系统必须被直接连接到应用服务器（如Microsoft Cluster Server或某些数据库使用的“原始分区”）上时。

·包括许多数据库应用和应用服务器在内的应用，它们需要直接连接到存储器上，群件应用和一些邮件服务也包括在内。

典型的DAS结构如图15-12所示。

对于多个服务器或多台PC的环境，使用DAS方式设备的初始费用可能比较低。但在这种连接方式下，每台PC或服务器单独拥有自己的存储磁盘，容量的再分配困难；对于整个环境下的存储系统管理，工作烦琐而重复，没有集中管理解决方案。因此整体的拥有成本较高。目前DAS基本被NAS所代替。

图15-12　典型的DAS结构图

2．NAS数据存储方式

NAS方式独立于PC服务器，单独为网络数据存储而开发的一种文件服务器，因此也称为“网络存储器”或者“网络磁盘阵列”。它提供了一个简单、高性价比、高可用性、高扩展性和总拥有成本低的网络存储解决方案。

NAS是一种基于局域网设计的，专业网络文件存储及文件备份设备。按照TCP/IP进行通信，面向消息传递，以文件的I/O方式进行数据传输。在LAN环境下，NAS已经完全可以实现异构平台之间的数据级共享，如Windows、Linux、UNIX等平台的共享。因此，NAS存储方案对于企业来说，使用和维护成本相当低，完全可以由现有网络管理员担当。

一个NAS系统包括处理器、文件服务管理模块和所有的网络数据存储设备（如各种磁盘阵列、磁带、光盘机等）。NAS可以应用在任何的网络环境当中。主服务器和客户端可以非常方便地在NAS上存取任意格式的文件，包括SMB格式（Windows），NFS格式（UNIX、Linux）和CIFS格式等。典型的NAS的网络结构如图15-13所示。

NAS存储方案中，最关键的就是一台专用于数据存储设备管理和数据存储的文件服务器（俗称“NAS服务器”），它安装了一个简化的操作系统，配备了必需的一些组件。它可直接通过IP以太双绞网线连接在原有企业网络上，作为网络的一个节点而存在，服务器和工作站用户都可以直接通过网络访问NAS服务器。从结构上讲，NAS是功能单一的精简型计算机，因此在架构上不像个人计算机那么复杂，在外观上就像家电产品，只需电源与简单的控制钮即可。NAS服务器结构如图15-14所示。

图15-13　NAS网络结构图

图15-14　NAS服务器结构图

（1）NAS的优点

由于NAS存储方案是基于原有局域网而设计的，是部件级的存储方法，所以NAS将存储设备通过标准的网络拓扑结构连接到一群计算机上，在适用性方面具有较强优势。

首先，NAS方案无需网络文件服务器即可直接上网，不依赖通用的操作系统，而是采用一个面向用户设计的、专门用于数据存储的简化操作系统，内置了与网络连接所需的协议，因此使整个系统的管理和设置较为简单。

其次，NAS服务器是真正即插即用的产品，并且物理位置灵活，可放置在工作组内，也可放在其他地点与网络连接。

最后，NAS方案是网络技术在存储领域的延伸和发展，数据以文件的形式按照网络协议在客户机与存储设备之间流动，它可以利用NFS实现异构平台的客户机对数据的共享，集成在存储设备内的专用文件服务器提高了文件传输的I/O速度。一旦用户把互连性和多平台性放在首位，对NAS的考虑会多一些。

（2）NAS的缺点

由于NAS采用传统的IP以太网技术，从而具有存储性能较低等弱点，只适用于较小网络规模或者较低数据流域量的网络数据存储，对于一些较高要求存储环境，NAS就显得不足了。采用传统的IP以太网，带宽较低，特别是在100Mbit/s以下的网络，当数据存储发展到一定规模，数据存储服务和数据管理形成了网络的双重负担。另外，这种NAS方案，磁盘阵列必须配置专用文件服务器，后期扩容成本高，且一般文件服务器没有高可用配置，有单点故障；通过网络协议的访问方式，对存储系统的数据安全构成威胁等。显然，NAS技术不能满足可靠度为要求非常高的数据存储系统的要求。

3．SAN数据存储方式

SAN与NAS完全不同，它不是把所有的存储设备集中安装在一个专门的NAS服务器中，而是通过光纤集线器、光纤路由器、光纤交换机等连接设备将磁盘阵列、磁带等存储设备与相关服务器连接起来组成一个高速专用子网，然后将其与企业现有局域网进行连接，如图15-15所示。

图15-15　SAN存储域网络结构

SAN由接口（如SCSI、光纤通道、ESCON等）、连接设备（交换设备、网关、路由器、集线器等）和通信控制协议（如IP和SCSI等）3种基本组件构成。这3种组件再加上附加的存储设备和独立的SAN服务器，就构成一个SAN系统。

光纤交换机是系统的核心，其支撑技术是Fibre  Channel协议，这是ANSI为网络和通道I/O接口建立的一个标准集成，支持HIPPI、IPI、SCSI、IP、ATM等多种高级协议。

光纤通道协议的最大特性是将网络和设备的通信协议与传输物理介质隔离开，这样多种协议可在同一个物理连接上同时传送，高性能存储体和宽带网络使用单I/O接口使得系统的成本和复杂程度大大降低。如通过交换机扩充至交换仲裁复用结构则可将用户扩至很多。

FC使用全双工串行通信原理传输数据，传输速率高达1062.5Mbit/s，—般地，Fibre　Channel的数据传输速率为100MB/s，双环可达200MB/s，使用同轴线传输距离为30m，而使用单模光纤传输距离可达10km以上。同时，它允许镜像配置，这样可以改善系统的容错能力。

在对性能和可靠性要求较高的场合，采用先进的SAN数据存储网络，可以使数据的存储、备份等活动独立于原局域网，从而将减轻LAN的负载，保证原有网络应用的顺畅进行；同时，SAN网采用光纤传输通道，可以得到高速的数据传输率；还有，在SAN中，数据以集中的方式进行存储，加强了数据的可管理性，同时适应于多操作系统下的数据共享同一存储池，降低了总拥有成本。

（1）SAN的优势

首先，SAN具有无限的扩展能力。由于SAN采用了网络结构，服务器可以访问存储网络上的任何一个存储设备，因此用户可以自由增加磁盘阵列、带库和服务器等设备，使得整个系统的存储空间和处理能力得以按客户需求不断扩大。

其次，SAN具有更高的连接速度和处理能力。SAN采用了为大规模数据传输而专门设计的光纤通道技术，传输速率可以达到100MB/s、200MB/s、400MB/s等。SAN系统可以在不占用大量CPU的情况下，超过NAS的性能。

最后，SAN适用于非线性编辑、服务器集群、远程灾难恢复、因特网数据服务等多个领域。

（2）SAN的缺点

首先，SAN方案成本太高。但在有些情况下，同一个系统采用SAN结构的价格只比采用NAS结构贵百分之十几，但性能和升级性却有巨大提升。多数企业，特别是一些大中型企业，都喜欢采用NAS和SAN混合的存储方式，即在本地网络中采用NAS存储方式，在总公司与分支机构之间采用SAN方案进行镜像，因为光纤的传输距离可达10km以上。

其次，SAN方案不是采用传统的IP技术，需要专门的技术人员，维护成本大大增加。

最后，SAN目前还没有统一的标准。不同SAN网络设备厂商的产品不能相互兼容。

对于DAS、NAS和SAN三种存储方案，要根据企业实际和应用需求而定，不能说哪个方案更好。其实，任何方案除了要考虑它的性能外，还要考虑它的实现成本，只有符合最佳性价比的方案才是好方案。如一个只有10多人的小办公室企业，而且所进行的网络应用也非常简单，只是一般的意义上的营销存储和行政文档存储，那么只须采用最传统的DAS存储方式，如果采用NAS，甚至SAN，则投资会大许多，而得到的实际意义却很微小，对于企业来说是根本不值得的。如果企业网络规模较大，而且需要与分支机构进行镜像存储，则最好选用SAN，至少应采用NAS与SAN方案混合的方式。尽管NAS和SAN方案的成本非常高，但只有采用这种方式才能更好地满足这类企业的存储需求。

4．DAS、NAS和SAN存储方案的比较

按照设备位置和接入方式，磁盘存储可以分为内置存储和外挂存储，外挂存储又分为直连存储和网络存储等方式。

（1）DAS与NAS存储方案的比较

DAS是大型服务器主要采用的外挂存储方式，由于存储利用率和扩展的原因，DAS必须朝网络化的方向发展，因此导致了SAN的出现。

NAS与DAS在其他方面的差异主要如表15-1所示。

表15-1　NAS与DAS差异表

（2）NAS与SAN存储方案的比较

NAS与SAN都是在DAS的基础上发展起来的，是新型数据存储模式中的两个主要发展方向。

针对DAS的I/O瓶颈问题，人们提出了将数据从通用的应用服务器中分离出来的存储方案，即网络存储NAS。NAS系统是建立在现有的LAN和文件系统协议之上，NAS服务器作为一个网络设备直接接入网络，用户通过TCP/IP访问数据，采用NFS、HTTP、CIFS等文件共享协议实现共享，本质上，NAS设备是一个专用数据服务器。相反地，SAN存储设备通过专用光纤通道交换机接入网络、访问数据。本质上，SAN是一个独立于服务器网络系统之外的高速信息存储网络。

NAS在文件级别上处理数据，而SAN以块为单位进行数据管理。SAN结构中，文件管理系统（FS）在每一个应用服务器上；而NAS则是每个应用服务器通过网络共享协议（如NFS、CIFS）使用同一个文件管理系统。换句话说，NAS和SAN存储系统的区别是NAS有自己的文件系统管理。

NAS和SAN都有自己的优势与不足。NAS经济，可以实现文件级共享，基于IP连接，距离长；而SAN价格昂贵，传输距离短（10km之内），但具有高速信息存储能力。两者各有特点，难以互相替代。目前业界普遍认为，NAS与SAN融合可能成为未来磁盘存储解决方案的一个趋势。