NAS存储技术方式解析

一、网络存储技术发展背景
自从1951年莫克利和埃克特设计的第一台通用自动计算机UNIVAC-I采用磁带机作为外存储器，到1956年第一台硬盘存储器在IBM诞生，再到如今，我们的计算机所使用的存储环境都是DAS(Direct Attached Storage直接存储)的形式。这种情形一直延续到上个世纪90年代。
传统的DAS存储系统尽管使用方便，但这种模式是直接将存储设备连接到服务器上的。一方面，当存储容量增加时，这种方式很难扩展;另一方面，当服务器出现异常时，会使数据不可获得，容错性差;再者，存在着存储数据无法被其他服务器共享，扩充容量则需要关闭整个系统，远程管理不方便等诸多缺陷。于是存储届掀起了一场网络存储的革命，更先进的存储技术应用到各个存储领域，DAS在存储领域的龙头地位开始动摇。
二、网络存储技术分类
网络存储主要可分为SAN(Storage Area Network存储区域网)和NAS(Network Attached Storage，网络附加存储)两种形式。SAN凭借其卓越的性能、出色的稳定性及近乎无限的扩展能力获得了高端领域用户的好评。而NAS也凭借着清晰的市场定位和高性价比获得了越来越多企业用户的青睐。
三、NAS技术分析
NAS的全称为Network-Attached Storage，人们通常称之为“网络附加存储”或“网络存储设备”。NAS开始作为一种开放系统技术是由Sun公司于上个世纪80年代中期推出的NFS开始的。它是一种向用户提供文件级服务的专用数据存储设备，直接连到网络上，不再挂接服务器后端，避免给服务器增加I/O负载。
1.NAS所使用的协议
NAS目前采用的协议是NFS和CIFS。NFS(Network File System)协议是1985年由Sun公司开发的基于Unix环境下的网络文件系统。它采用TCP/IP，其主、从连线可覆盖整个互联网。也就是说，处在不同区域的NFS客户机也可通过互联网分享相隔万里的另一台NFS服务器的文件档案。NFS是Unix系统间实现磁盘文件共享的一种方法，支持应用程序在客户端通过网络存取位于服务器磁盘中数据的一种文件系统协议。相比之下，SAN采用的网络文件系统，作为高层协议，需要特别的文件服务器来管理磁盘数据，客户端以逻辑文件块的方式存取数据，文件服务器使用块映射存取真正的磁盘块，并完成磁盘格式和原数据管理。
CIFS(Common Internet File System)则是由微软开发，用于连接Windows客户机和服务器的通用互联网文件系统。后来经过Unix服务器厂商的重新开发后，它可用于连接Windows客户机和Unix服务器，执行文件共享和打印等任务。它最早的由来是NetBIOS，这是微软开发的在局域网内实现基于Windows名称资源共享的API。之后，产生了基于NetBIOS的NetBEUI协议和NBT(NetBIOS OVER TCP/IP)协议。NBT协议进一步发展为SMB(Server Message Block Potocol)和CIFS协议。其中，CIFS用于Windows系统，而SMB广泛用于Unix和Linux，两者可互通。SMB协议还被称作LanManager协议。CIFS可籍由与支持SMB的服务器通信而实现共享。
2.NAS的构成和拓扑结构
对于NAS网络存储设备自身而言，它是直接连接到网络上，而不需像通常的存储设备那样挂接在服务器后，这样可最大程度减小服务器的I/O负载。下图是NAS的结构图。
(图01，NAS结构图)
NAS从结构上可以分解为存储设备、网络部分、控制器部分三部分。
存储设备可是磁盘和磁带，或是RAID磁盘阵列。因为NAS的市场定位，在SAN中采用的FC(Fiber Channel)技术和Fabric交换技术由于其成本较高，在中低端几乎没有选用。而SCSI技术则是在中端和部分高端NAS中广泛采用的技术。另外，iSCSI给存储带来了一个崭新的发展方向，SATA和SATA300等IDE技术也有用在低端NAS的存储设备上。这类存储设备拥有一个共有的特点就是低成本优势。
网络部分可支持各种网络技术，支持多种网络拓扑。虽然NAS理论上可支持各种拓扑结构和网络协议，但由于以太网技术是目前最普遍的一种局域网技术，特别是快速以太网络技术，数据传输率已经达到了1Gbps，且正在推出10Gbps的标准和技术，这些都确定了以太网技术的霸主地位，因此以太网是NAS设备通常采用的技术。
控制器部分从结构和功能上讲就像是一个有着自己的CPU和自己的操作系统的瘦服务器(Thin Server)，NAS实际上是一个专用的网络文件服务器。
NAS网络存储设备是直接通过数据网络向客户段提供文件共享的，它所连接的网络介质可以是局域网、广域网。下图是一种比较典型的NAS拓扑结构。
(图02，典型的NAS拓朴结构)
NAS与传统的以太网相连，使用的是TCP/IP协议，当需进行文件共享和访问时则利用NFS和CIFS以沟通Windows NT或Unix系统。NAS的这种结构奠定了它自身的优点，那就是配置灵活、管理方便，另外成本较低，不需要配置额外的网络配件。但因为NAS是直接与网络相连的，无疑在数据传输时会增加网络负担，一旦发生网络拥塞，其性能会大幅下降。所以NAS自身要受到网络传输能力的制约。
3.NAS的核心操作系统
NAS作为一种专用的网络文件服务器，就像其他服务器或PC一样需要核心操作系统的支持。NAS操作系统通常需要实现4个方面的功能:设备驱动功能、设备管理功能、文件共享服务功能和应用系统功能。
应用系统
CIFS服务器,NFS服务,其他文件共享服务,
本地文件系统,卷管理器,,
TCP/IP驱动程序,存储设备驱动,,
目前，NAS操作

小广  发表于: 2009-12-11