《DAS、SAN、NAS存储协议的工作原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DAS、SAN、NAS存储协议的工作原理.docx（15页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、DAS、SAN、NAS 存储协议的工作原理目前磁盘存储市场上，存储分类如下表一依据效劳器类型分为：封闭系统的存储和开放系统的存储，封闭系统主要指大型机，AS400 等效劳器，开放系统指基于包括 Windows、UNIX、Linux 等操作系统的效劳器；开放系统的存储分为：内置存储和外挂存储；开放系统的外挂存储依据连接的方式分为：直连式存储Direct-Attached Storage，简称 DAS和网络化存储Fabric-Attached Storage，简称 FAS；开放系统的网络化存储依据传输协议又分为：网络接入存储Network-Attached Storage，简称 NAS和存储区域网
2、络Storage Area Network，简称 SAN。由于目前绝大局部用户承受的是开放系统，其第一个图有问题，把 NAS 和 SAN 一样放在 FAS 之下是不对的，通常也没有 FAS这种说法，DAS，NAS 和 SAN 是平行的关系。NAS 不肯定要用光纤。NAS 是文件级存储，SAN 和 DAS 通常是数据块级存储。表一：外挂存储占有目前磁盘存储市场的 70%以上，因此本文主要针对开放系统的外挂存储进展论述说明。今日的存储解决方案主要为：直连式存储DAS、存储区域网络SAN、网络接入存储NAS。如下表二：开放系统的直连式存储Direct-Attached Storage，简称 DAS已
3、经有近四十年的使用历史，随着用户数据的不断增长，尤其是数百GB 以上时，其在备份、恢复、扩展、灾备等方面的问题变得日益困扰系统治理员。主要问题和缺乏为：直连式存储依靠效劳器主机操作系统进展数据的 IO 读写和存储维护治理，数据备份和恢复要求占用效劳器主机资源包括CPU、系统IO 等，数据流需要回流主机再到效劳器连接着的磁带机库，数据备份通常占用效劳器主机资源20-30%，因此很多企业用户的日常数据备份常常在深夜或业务系统不繁忙时进行，以免影响正常业务系统的运行。直连式存储的数据量越大，备份和恢复的时间就越长，对效劳器硬件的依靠性和影响就越大。直连式存储与效劳器主机之间的连接通道通常承受 SCS
4、I 连接，带宽为10MB/s、20MB/s、40MB/s、80MB/s 等，随着效劳器 CPU 的处理力量越来越强，存储硬盘空间越来越大，阵列的硬盘数量越来越多，SCSI 通道将会成为IO 瓶颈；效劳器主机 SCSI ID 资源有限，能够建立的 SCSI 通道连接有限。无论直连式存储还是效劳器主机的扩展，从一台效劳器扩展为多台效劳器组成的群集(Cluster)，或存储阵列容量的扩展，都会造成业务系统的停机，从而给企业带来经济损失，对于银行、电信、传媒等行业 724 小时效劳的关键业务系统，这是不行承受的。并且直连式存储或效劳器主机的升级扩展，只能由原设备厂商供给，往往受原设备厂商限制。存储区域
5、网络Storage Area Network，简称 SAN承受光纤通道FibreChannel技术，通过光纤通道交换机连接存储阵列和效劳器主机，建立专用于数据存储的区域网络。SAN 经过十多年历史的进展，已经相当成熟，成为业界的事实标准但各个厂商的光纤交换技术不完全一样，其效劳器和 SAN 存储有兼容性的要求。SAN 存储承受的带宽从 100MB/s、200MB/s，进展到目前的 1Gbps、2Gbps。网络接入存储Network-Attached Storage，简称 NAS承受网络TCP/IP、ATM、FDDI技术，通过网络交换机连接存储系统和效劳器主机，建立专用于数据存储的存储私网。随着
6、 IP 网络技术的进展，网络接入存储NAS技术发生质的飞跃。早期 80 年月末到 90 年月初的 10Mbps 带宽，网络接入存储作为文件效劳器存储，性能受带宽影响；后来快速以太网100Mbps、VLAN 虚网、Trunk(Ethernet Channel) 以太网通道的消灭，网络接入存储的读写性能得到改善；1998 年千兆以太网1000Mbps的消灭和投入商用，为网络接入存储NAS带来质的变化和市场广泛认可。由于网络接入存储承受 TCP/IP 网络进展数据交换，TCP/IP 是 IT 业界的标准协议，不同厂商的产品效劳器、交换机、NAS 存储只要满足协议标准就能够实现互连互通，无兼容性的要求
7、； 并且 2022 年万兆以太网10000Mbps的消灭和投入商用，存储网络带宽将大大提高 NAS 存储的性能。NAS 需求旺盛已经成为事实。首先 NAS 几乎继承了磁盘列阵的全部优点，可以将设备通过标准的网络拓扑构造连接，摆脱了效劳器和异构化构架的桎梏。其次，在企业数据量飞速膨胀中，SAN、大型磁带库、磁盘柜等产品虽然都是很好的存储解决方案，但他们那贵重的身份和简单的操作是资金和技术实力有限的中小企业无论如何也不能承受的。NAS 正是满足这种需求的产品，在解决足够的存储和扩展空间的同时，还供给极高的性价比。因此，无论是从适用性还是TCO 的角度来说，NAS 自然成为多数企业，尤其是大中小企业
8、的最正确选择。NAS 与 SAN 的分析与比较针对 I/O 是整个网络系统效率低下的瓶颈问题，专家们提出了很多种解决方法。其中抓住症结并经过实践检验为最有效的方法是：将数据从通用的应用效劳器中分别出来以简化存储治理。问题：图 1由图 1 可知原来存在的问题：每个的应用效劳器都要有它自己的存储器。这样造成数据处理简单，随着应用效劳器的不断增加，网络系统效率会急剧下降。解决方法：图 2从图 2 可看出：将存储器从应用效劳器中分别出来，进展集中治理。这就是所说的存储网络Storage Networks。使用存储网络的好处：统一性：形散神不散，在规律上是完全一体的。实现数据集中治理，由于它们才是企业真
9、正的命脉。简洁扩大，即收缩性很强。具有容错功能，整个网络无单点故障。专家们针对这一方法又实行了两种不同的实现手段，即 NASNetwork Attached Storage网络接入存储和 SAN(Storage Area Networks)存储区域网络。NAS：用户通过 TCP/IP 协议访问数据，承受业界标准文件共享协议如：NFS、 、CIFS 实现共享。SAN：通过专用光纤通道交换机访问数据，承受 SCSI、FC-AL 接口。什么是 NAS 和 SAN 的根本不同点？NAS 和 SAN 最本质的不同就是文件治理系统在哪里。如图：图 3由图 3 可以看出，SAN 构造中，文件治理系统FS还是
10、分别在每一个应用效劳器上；而 NAS 则是每个应用效劳器通过网络共享协议如：NFS、CIFS 使用同一个文件治理系统。换句话说：NAS 和 SAN 存储系统的区分是 NAS 有自己的文件系统治理。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。SAN 是将目光集中在磁盘、磁带以及联接它们的牢靠的根底构造。将来从桌面系统到数据集中治理到存储设备的全面解决方案将是 NAS 加 SAN。怎样制定完善的企业网络存储藏份方案企业的运作需要大量的数据的支撑，如今，纸质的数据存储方式一去不复返， 取而代之的是更易于治理和使用便捷的网络存储的形式。然而网络数据存储方式却存在诸多风险，数据被丧失或被
11、破坏都可能会造成企业的日常运作无法正常进行，甚至会给企业带来不行估量的损失，而唯一可以把损失降到最低且又行之有效的方法理当首选进展数据的存储藏份。大局部企业都在企业也正在不断地加大投入，以寻求更具扩展性、安全性和经济性的存储藏份方案，实现“有存无丢，有备无患”的目的。一、企业网络存储藏份的真面目数据存储藏份这个词已被人们所熟知，然而人们由于惯常思维的引导而误会了备份的本质。很多人把备份和拷贝这两个概念简洁的划上等号，甚至把备份单纯的看做是更换磁带、为磁带编序等一个简洁、程序化的操作过程；也有不少人会把双机热备份、磁盘阵列备份以及磁盘镜象备份等硬件备份的内容和数据存储藏份相提并论。实际上，数据的
12、备份除了对原始数据完全全都的复制外，更重要的任务是其治理功能。备份治理是一个全面的概念，它不仅包含备份规章的制定和磁带的治理，而且还涉及到整个存储藏份系统的规划，包括备份技术的选择、备份设备的选择、介质的选择乃至软件技术的选择、存储网络的设计和架设等。此外，双机热备份、磁盘阵列、磁盘镜像、数据库软件的自动复制等功能并不能完全代表数据存储藏份系统，由于硬件备份只是牺牲一个系统、一个设备等来实现另一个系统或另一台设备在肯定时期内的安全，它们往往能解决的只是系统的可用性问 题，而当全部设备由于人为因素的错误、自然灾难、电源故障、病毒入侵等问题而无法正常运行时，数据的恢复也就无从说起了。大体上来说，数
13、据存储藏份是用一种容量大、具有先进自动治理功能、以经济性为原则的设备对整个系统，尤其是对整个网络系统的数据进展备份的方 案。实践证明，只有数据存储藏份才能为企业供给最完善的数据安全保护，因此， 在原网络上增加数据存储藏份治理系统和把数据存储藏份治理系统列入到网络 建设方案中是不容有怠的。二、数据存储系统入选“完善”的条件在定制数据存储方案之前，我们应当了解一个完善的数据存储系统应具备怎样的条件，大体来说，应当符合以下的四个条件：1. 具有一个完善的面对应用和数据库的备份与恢复系统，保证在各种意外状况下能够快速恢复数据；2. 要对磁盘阵列上的数据文件供给镜像保护，同时增加数据文件的访问性能，提高
14、数据文件的可治理性；3. 可以通过集群方式保证本地业务的不中断运行；4. 对于环境所造成的系统极端故障，应具有相应的灾难恢复策略等。三、如何数据存储藏份系统方案的定制在定制数据存储藏份方案时，我们应当在下面这些问题的引导下，制定出适合你自己企业的存储藏份方案。1. 、明确目标和条件l 你要存储的是什么，数量有多少，属于哪种类型的数据？l 你打算如何使用这个存储系统？它是一般性存储还是用作备份或者归档？l 你的存储系统是远程存储系统还是灾难恢复系统？l 你正在使用的应用软件有哪些？l 你是否期望系统是自动化治理的？l 系统是否必需具备可调整性？l 速度和性能的重要性如何？2、你想要什么？想要了解
15、你想要什么，建议你制作一张表。表格分三栏，第一栏填写你的存储系统必需获得的特色和功能；其次栏填写想获得的特色和功能；第三栏填写不肯定必需拥有，但是有就更好的特色和功能。例如，必需获得的功能包括“可用性、牢靠性、肯定水平的性能、肯定水平的容量和可调整性”，特别是 RAID 1、RAID 5、RAID 6、失效转移、容错掌握器、自动治理、分级存储、不同种类的驱动器。其次栏和第三栏的功能可包括：重复数据删除、自动精简配置和快照等，这些功能都是格外有用的。接下来，你首先应将重点集中在根本问题上。假设你刚好觉察一个解决方案可以满足你的全部第一栏需求，而且还可以供给局部其次栏和第三栏的功能，那么你就可以配
16、置它。 重点是你想从一个解决方案中获得什么。例如，肯定数量的容量是必需的，那么就集中考虑这一点。 假设合规性是你的最大问题，那么就必需保证你选择的解决方案在合规性上有好的记录。假设想要一个灾难恢复解决方案，那么就把重点集中在这一点上。四、选择适宜的存储藏份模式DAS、NAS 和 SAN在了解了自己需要的网络存储藏份系统之后，就可以据此选择适合的网络存储模式：1. DASDirect Attached Storage，直接连接存储，是指将存储设备通过SCSI 接口或光纤通道直接连接到一台计算机上。DAS 存储的安装便利，本钱较低，当价格是第一考虑因素的时候，DAS 是不错的选择。但 DAS 依靠
17、效劳器主机操作系统进展数据的IO 读写和存储维护治理，数据备份和恢复要 求占用效劳器主机资源包括CPU、系统IO 等，数据流需要回流主机再到效劳器连接着 的磁带机库，数据备份通常占用效劳器主机资源20-30%，因此很多企业用户的日常数 据备份常常在深夜或业务系统不繁忙时进展，以免影响正常业务系统的运行。直连式存储的 数据量越大，备份和恢复的时间就越长，对效劳器硬件的依靠性和影响就越大。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，可是这种连接方式下， 每台PC 或效劳器单独拥有自己的存储磁盘，容量的再安排困难；对于整个环境下的存储系统治理，工作烦琐而重复，没有集
18、中治理解决方案。所以整体的拥有本钱TCO较高。2. NASNetwork Attached Storage，网络附加存储，承受网络TCP/IP、ATM、FDDI技术，通过网络交换机连接存储系统和效劳器主机，建立专用于数据存储的存储私网。由于NAS 脱离了效劳器的操作系统，因此其存储和备份的效率都相对传统备模式有很大提升，使文件访问操作更为快捷；NAS 供给的自动定时备份功能，使得数据的备份和恢复变得格外的简便；同时，NAS 是部件级的存储方法，相当易于部署；满足工作组或部门级机构解决快速增加存储容量的需求的同时，局部NAS 品牌如惠普、IBM、自由遁、巴比禄等品牌可以供给快照和远程容灾等技术。
19、然而NAS 存储的可扩展性受到设备容量大小的限制，增加NAS 可简易地解决这一问题。3. SANStorage Area Network，存储区域网络，它是一种通过光纤集线器、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效劳器连接起来的高速专用子网，在该网络中供给了多主机连接，但并非通过标准的网络拓扑。SAN 以数据存储为中心，承受可伸缩的网络拓扑构造，通过具有高传输速率的光通道的直接连接方式，SAN 具有精彩的可扩展性。 SAN 便于集成，能改善数据可用性及网络性能，而且还可以减轻治理作业。但 SAN 往往只能作到NT 与有限的UNIX 平台间的互操作。而且 SAN 中不
20、同操作系统间文件系统和数据格式不同所带来的不兼容性，SAN 往往只能作到NT 与有限的UNIX 平台间的互操作，不同操作系统间文件系统和数据格式不同会带来的不兼容性。五、小结当企业意识到数据的重要性之后，不断地加大投入资金，实现更好的数据存储藏份解决方案便成为可能。固然，建设一个高效、牢靠、易于治理的存储藏份系统所需要投入的资金也格外多，企业当“量财而行”，选择适宜的、经济的方案，以确保企业数据的安全。附：DAS 与 NAS 比较表格网络备份存储治理系统网络数据存储治理系统是指在分布式网络环境下，通过专业的数据存储治理软件，结合相应 的硬 件和存储设备，来对全网络的数据备份进展集中治理，从而实
21、现自动化的备份、文件归档、数据分级存储以及灾难恢复等。为在整个网络系统内实现全自动的数据存储治理，备份效劳器、备份治理软件与智能存储设备的有机结合是这一目标实现的根底。网络数据存储治理系统的工作原理是在网络上选择一台应用效劳器固然也可以在网络中另配一台效劳器作为专用的备份效劳器作为网络数据存储治理效劳器，安装网络数据存储治理效劳器端软件，作为整个网络的备份效劳器。在备份效劳器上连接一台大容量存储设备磁 盘阵列或磁带库、光盘库。在网络中其他需要进展数据备份治理的效劳器上安装备份客户端软件，通过局域网将数据集中备份治理到与备份效劳器连接的存储设备上。网络数据存储治理系统的核心是备份治理软件，通过备
22、份软件的打算功能,可为整个企 业建立一个完善的备份打算及策略,并可借助备份时的呼叫功能,让全部的效劳器备份都能在同一时间进展。备份软件也供给完善的灾难恢复手段，能够将备份硬件的优良特性完全发挥出来,使备份和灾难恢复时间大大缩短，实现网络数据备份的全自动智能化治理。备份策略日常备份制度描述了每天的备份以什么方式、使用什么备份介质进展，是系统备份方案的具体实施细则。在制订完毕后，应严格依据制度进展日常备份，否则将无法到达备份方案的目标。数据备份有多种方式：全备份、增量备份、差分备份、按需备份等。全备份：备份系统中全部的数据增量备份：只备份上次备份以后有变化的数据差分备份：只备份上次完全备份以后有变
23、化的数据按需备份：依据临时需要有选择地进展数据备份全备份所需时间最长，但恢复时间最短，操作最便利，当系统中数据量不大时，承受全备份最牢靠；但是随着数据量的不断增大，我们将无法每天做全备份，而只能在周末进展全备份，其它时间我们承受所用时间更少的增量备份或承受介于两者之间的差分备份。各种备份的数据量不同：全备份差分备份增量备份。在备份时要依据它们的特点敏捷使用。灾难恢复灾难恢复措施在整个备份制度中占有相当重要的地位。由于它关系到系统在经受灾难后能否快速恢复。灾难恢复操作通常可以分为两类。第一类是全盘恢复，其次类是个别文件恢复，还有一种值得一提的是重定向恢复。A、 全盘恢复 全盘恢复一般应用在效劳器
24、发生意外灾难导致数据全部丧失、系统崩溃或是有打算的系统升级、系统重组等，也称为系统恢复。B、 个别文件恢复 由于操作人员的水平不高，个别文件恢复可能要比全盘恢复常见得多，利用网络备份系统的恢复功能，我们很简洁恢复受损的个别文件。只需扫瞄备份数据库 或名目，找到该文件，触动恢复功能，软件将自动驱动存储设备，加载相应的存储媒体，然后恢复指定文件。C、 重定向恢复 重定向恢复是将备份的文件恢复到另一个不同的位置或系统上去，而不是进展备份操作时它们当时所在的位置。重定向恢复可以是整个系统恢复也可以是个别文件恢复。重定向恢复时需要慎重考虑，要确保系统或文件恢复后的可用性。为了防范数据丧失，我们需要做好具
25、体的灾难恢复打算，同时还要定期进展灾难演练。每过一段时间，应进展一次灾难演习。可以利用淘汰的机器或多余的硬盘进展灾难模拟，以 娴熟灾难恢复的操作过程，并检验所生成的灾难恢复软盘和灾难恢复备份是否牢靠 。三、 相关技术介绍1、 分级存储治理HSM技术HSM(Hierarchical Storage Management，分级存储治理)系统是一个适宜的在线备份解决方案。它利用硬盘、可擦写磁光盘、磁带进展三层式存储治理。所谓分级存储治理系统是一套自动化的网络存储治理设备，会自动推断硬盘中资料的使用频率，自动将不常用的资料移 至速度较慢的光盘，而最不常用的资料则移到磁带中，这些都由系统治理员自行设定。
26、在线 的资料经过一段时间的搬移后，即可到达最正确化。在单机运行环境中，由于数据量有限，因而数据的存储藏份也相对简洁。但随着网络的普及和数据量的巨增，简洁的备份已经无法满足需求，分级存储治理HSM也就应运而生。HSM 主要是用于对海量数据的存储藏份，当系统中有很多数据以至于不能经济有效地将它们都存放在硬盘上时，就需要使用分级存储藏份技术。通常，HSM 是一个将硬驱、磁带驱动器和光驱组合起来的自动存储系统。其根本原则是把绝大局部最常用到的数据保存在硬盘上，而将很少使用的数据存储到数据库中或磁带和光盘上。系统随时监视文件和数据的使用状况，并且依据卷、名目对其进展实时跟踪。当数据使用率较低时，系统自动
27、将其转移到中间存储媒介，然后存放到专用的存储介质中进展长期保存。一般状况下，直接访问硬盘上的数据文件所需时间不超过几微秒，而从磁盘或磁带库中读取数据大约需要 1 分种。HSM 系统不仅使数据的存储藏份更加简洁，而且也将数据检索的时间削减到最低限度。2、 存储区域网SAN技术SAN 是随着光纤通道技术的消灭而产生的一代磁盘共享系统。实际上，SAN 就是通过集线器或交换器，把两个或更多的存储系统连接到两个或更多的效劳器上。这肯定义对使 用什么样的互连技术、软件的功能和网络节点间必需使用什么样的协议没有进展规定。一般 说来，SAN 拥有三种主要部件：接口包括SCSI、光纤通道等、互连设备如路由器、交
28、换器、集线器等和交换光纤。SAN 的迷人之处在于它能够对一个存储网络设备中的带宽进展集中、多路复用和分散使用并且将对这个数据的访问扩展到多个平台。在SAN 环境中，SAN 将取代效劳器实施对整个存储过程的治理和掌握，效劳器仅负责监视工作。SAN 的前端设备只进展文件传输， 从而使用户能获得更高的传输速率。例如，通过光纤通道可获得100Mbps 的速率，而通过传统的SCSI 连接只能得到 40Mbps 的速率。四、 数据备份方案选择时依据的目标1、集中式治理方案应利用集中式治理工具对整个网络的数据进展治理。系统治理员可对全网的备份策 略进展统一治理，备份效劳器可以监控全部机器的备份作业，也可以修
29、改备份策略，并可即 时扫瞄所知名目。全部数据可以备份到同备份效劳器或应用效劳器相连的任意一台磁盘阵列内。2、全自动的备份网络备份能够实现定时自动备份，能依据用户的实际需求，定义需要备份的数据，然后 以图形界面方式依据需要设置备份时间表，备份系统将自动启动备份作业，无需人工干预。3、支持数据库备份和恢复4、在线式的索引备份系统应为每天的备份在效劳器中建立在线式的索引，当用户需要恢复时，只需点取在线式索引中需要恢复的文件或数据，该系统就会自动进展文件的恢复。5、归档治理用户可以按工程、时间定期对全部数据进展有效的归档处理。供给统一的Open Tape Format 数据存储格式从而保证全部的应用数据由一个统一的数据格式来作永久的保存，保证数据的永久可利用性。6、系统灾难恢复网络备份方案应能够备份系统的关键数据，在网络消灭故障甚至损坏时，能够快速地恢复网络系统。7、多平台支持备份软件必需能支持多平台系统，当网络上连接上其它的应用效劳器时，对于网络存储 治理系统来说，只需在其上安装支持这种效劳器的客户端软件即可将数据备份到磁盘阵列或带库中。