网络存储技术白皮书
北京邦诺存储科技有限公司
2005年1月
网络存储解决方案
北京邦诺存储科技有限公司简介
北京邦诺存储科技有限公司（简称“邦诺存储”）是专业从事网络存储技术及产品的研发、生产和销售的高新技术企业，可为用户提供企业级网络存储的系统设计、产品、集成和服务。
邦诺存储拥有一支强大的研发和技术支持队伍，其中多人具有博士、硕士学位和在国外著名的存储技术公司或研究机构从事网络存储技术研发的经验，拥有SNIA（存储网络工业协会）和IEEE（国际电气和电子工程协会）会员资格，多次出席国际存储会议（IEEE NASA/MSST，IEEE ICON）并发表文章，在国际国内存储技术领域享有较高影响和声誉。
邦诺存储凭借自身雄厚的技术实力，成功研制出国内第一套光纤通道存储设备—SMF-100，经国内有关专家及用户测试使用证明，产品性能达到国际同类产品水平，适用性优于国外产品，产品性价比具有很强的市场竞争力。
2004年，邦诺存储把握当今世界存储技术的最新发展及趋势，又在国内率先开发出新一代基于IP的网络存储产品—SMI-100。该产品具有高性能、高可靠性、高扩展性、低成本等特点，由于采用以太网技术进行软件和硬件的开发，全系统无需配备昂贵的光纤通道设备，即可满足高I/O传输速率、高用户访问量、无单一故障点等环境下的使用需要，为广大用户的海量数据存储－备份－容灾提供了一种全新的解决方案。
邦诺存储本着“技术为本，服务领先、用户至上”的经营原则，以“向用户提供经济实用的存储产品和服务”为己任，不断加强产品研发和质量服务渠道体系建设，产品及技术解决方案被政府、军队、金融、电信、能源、交通、教育科研、卫生医疗、广播电视、图书馆、互联网站、中小企业等行业广泛使用，深受用户的欢迎。
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网络存储技术介绍
一、网络存储的系统结构
在当今的网络时代，信息在爆炸性地增长。信息爆炸带给人们的感受，在前几年还只是书籍、报刊和广播电视的大量增加，自从进入数字化和网络时代以后，这种信息爆炸就表现为网络数据的无限蔓延。如何有效地存储、管理这些信息是IT业面临地主要挑战之一。
信息的爆炸性增长给存储技术的发展提供了良好的机遇，人们对存储设备容量、性能的方面的要求越来越高。过去的信息系统基本上都有后台作业时间，而今天的网络数据却需要保证每周7天、每天24小时处于就绪状态。在信息孤岛的时代，存储设备基本上是与特定的计算机系统对应的。而在网络互联时代，数据应该是跨系统、跨部门、甚至是面向全世界的。它不仅要求信息在公司内部共享，也要求在其合作伙伴及用户之间共享，同时，数据的存储只应该受到安全机制的管理，而不应该受到地域空间的约束。而所有的这些，都需要存储架构发生根本性地变革。
网络存储技术正是在这一需求的驱动下而发展起来的。下面我们将描述目前存在的几种主要网络存储架构以及网络存储的发展趋势。
客户客户客户客户客户 DAS (Direct Attached Storage)SAN (Storage Area Network)NAS (Network Attached Storage)I/O 应用服务器I/O 应用服务器文件系统网络2 (FC,Ethernet)OSD 存储管理存储设备存储设备I/O 应用服务器文件管理器网络2 (FC,Ethernet)网络1 (Ethernet)OSD (Object-based Storage Device) 应用服务器I/O 文件系统 存储设备NAS 文件系统存储设备 1. 直连方式存储 (Direct Attached Storage-DAS) 图1 网络存储系统架构的变化与发展 北京邦诺存储科技有限公司 2
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顾名思义，在这种方式中，存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接到服务器。I/O请求直接发送到存储设备。这种方式是连接单独的或两台小型集群的服务器。它的特点是费用低。但对于多个服务器或多台PC的环境，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。所以整体的拥有成本较高。
图2 服务器或PC直连存储器 2. 网络连接存储（Network Attached Storage - NAS）
NAS设备通常是集成了处理器和磁盘/磁盘柜，连接到TCP/IP网络上（可以通过LAN或WAN），通过文件存取协议（例如NFS，CIFS等）存取数据。NAS将文件存取请求转换为内部I/O请求。这种方式是将存储设备连接到基于IP的网络中，不同于DAS和SAN，服务器通过“File I/O”方式发送文件存取请求到存储设备NAS。NAS上一般安装有自己的操作系统，它将File I/O转换成Block I/O，发送到内部磁盘。
NAS系统有较低的成本，易于实现文件共享。但由于它是采用文件请求的方式，相比块请求的设备性能差；并且NAS系统不适合于不采用文件系统进行存储管理的系统，如某些数据库。
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图3 直接挂接在以太网上的NAS 3. 存储区域网络（Storage Area Network - SAN）
存储区域网络SAN（Storage Area Network-SAN），是一种类似于普通局域网的高速存储网络，它通过专用的集线器、交换机和网关建立起与服务器和磁盘阵列之间的直接连接。SAN不是一种产品而是配置网络化存储的一种方法。这种网络技术支持远距离通信，并允许存储设备真正与服务器隔离，使存储成为可由所有服务器共享的资源。SAN允许各个存储子系统，如磁盘阵列和磁带库，无需通过专用的中间服务器即可互相协作。服务器和存储设备间可以任意连接，I/O请求可以直接发送到存储设备。
图4 存储区域网络
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¾ 服务器和存储设备之间更远的距离 ¾ 高可靠性及高性能；
¾ 多个服务器和存储设备之间可以任意连接
¾ 集中的存储设备替代多个独立的存储设备，支持存储容量共享；
¾ 通过相应软件使得SAN上的存储设备表现为一个整体，因此有很高的扩展性； ¾ 可以通过软件集中管理和控制SAN上的存储设备，提供数据共享
由于SAN通常是基于光纤通道的解决方案，需要专用的光纤通道交换机和管理软件，所以SAN的初始费用比DAS和NAS高。
如果SAN是基于TCP/IP的网络，则通过iSCSI技术，实现IP-SAN网络。这种方式是将服务器和存储设备通过专用的网络连接起来，服务器通过“Block I/O”发送数据存取请求到存储设备。 4. 三种结构的比较
上述几种存储方式的优点：
DAS SAN
费用低；适合于单独的服务器连接
高性能，高扩展性；光纤连接距离远；可连接多个磁盘阵列或磁带库组成存储池，易于管理；通过备份软件，可以做到Server-Free和LAN-Free备份，减轻服务器和网络负担
NAS
安装过程简单；易于管理；利用现有的网络实现文件共享；高扩展性
涉及到网络存储有以下几种连接介质：
以太网 Ethernet
带宽可以是10Mbps，100Mbps或1Gbps，可以是双绞线或光纤介质。通常的传输协议是TCP/IP
光纤通道
带宽是100MBps或200MBps，光纤介质。
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Fiber Channel 传输协议是SCSI。 SCSI
带宽是40MBps（UltraSCSI），80MBps（Ultra2SCSI）或160MBps（Ultra160SCSI）。最大限制是距离不能超过25米，适合直连方式存储。
几种常用的网络存储传输协议如下：
SCSI
被称作“Block I/O”，因为SCSI命令指定存取存放在某一磁盘块（Block）或磁带的数据。最早是通过SCSI连接发送命令，现在可以通过光纤、SSA和以太网（iSCSI）。
NFS
被称作“File I/O”，用在UNIX环境下，实现文件级的数据共享。通过TCP/IP网络传输。
CIFS
同样是“File I/O”，用在Windows操作系统环境
二、基于以太网的iSCSI存储网络
1. iSCSI 存储网络概述
这是通过TCP/IP网络传送SCSI命令（SCSI over IP）的标准，类似光纤通道。iSCSI在实现上有不同的方式。假设服务器上安装了iSCSI设备驱动，可以通过iSCSI协议传送I/O请求。这时，目标存储设备可以直接连接到iSCSI 局域网上，例如北京邦诺的 BN-1000和SMI-100；另一种方式是连接到路由器（Router），通过路由器连接到基于光纤通道的存储设备，例如Cisco 5420加IBM ESS。
iSCSI和NAS的根本区别在于iSCSI是基于块级Block I/O的，而NAS是基于文件级File I/O的。 iSCSI和光纤通道(FC) 的根本区别在于iSCSI是通过IP网络传输的，而光纤通道是通过FC专用网络来进行数据传输的。
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iSCSI适合基于IP网络的数据库应用环境，不通过文件系统直接存取磁盘系统；另外的应用环境是通过操作系统的逻辑卷管理器放置数据到特定的磁盘位置。
2. 低成本的解决方案
要求IT部门在不增加总体经营成本的前提下支持每年超过60%的存储增长速度似乎绝无可能。这种要求已经使那些负责存储的管理人员感到极度紧张。因为一天的时间是有限的，而一个人在一天里能够从事的工作也是有限的。同样，上述要求也对IT预算带来了无法想象的压力。
按照计算机世界杂志2001年5月的一篇报告，每花费1美元在磁盘或磁带存储上，就要有额外的4到7美元花在对它的管理上。综合起来的结果是，有70%的存储是采用的直接连接存储（按照IDC的统计），而这些存储的利用率还不到50% （按照Gartner集团的说法）。以上的结果导致IT部门过量采购存储设备，并花费过多的人力物力完成对存储的管理。对这一问题的解决方案就是采用iSCSI SAN。
2.1 SAN存储整合
iSCSI SAN是为降低存储的资金和运作投入而特别设计的。实现这一目标的关键措施是完成存储的集中与整合。完成存储集中与整合的目的是提高存储利用率，同时降低所需存储设备的数量和管理存储的人力成本。多次行业调查已经证实了这一点。
KPMG在文件中指出，从直接连接存储（DAS）转为SAN存储的整合能够将存储的利用率提高到平均80%以上。而Gartner-Dataquest 的报告认为，基于SAN的存储整合可以使管理人员的管理能力提高4到10倍。
基于SAN的存储整合使IT部门得以将准备在存储上的大量投资延后。他们不必提前采购存储余量以备不时之需。存储的购买和部署完全可以做到零储备，随时随地按需供应。有了这一保障，就能够从每个季度硬盘市场10%的价格浮动中获得好处，进一步减少存储资本投入。
2.2 整合后的存储管理
整合带来的更大一笔节省是管理上的投入。由于存储系统整合在SAN中，管理变得更加简单。过去需要在每个DAS上多次执行的任务对整合后的SAN存储来说，只需完成一
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次。这方面最好的例子就是磁带或磁盘备份工作。在DAS环境中每个存储系统都要单独进行备份。而进行SAN整合后，采用集中控制，备份次数少了，花在这些工作上的时间也少了。
2.3 TCO and ROI
透过对基于SAN存储的总体用户成本（TCO）及其巨大节省的研究， 我们看到了不同寻常的投资回报率（ROI）。KPMG的研究结果表明，ROI可以在最短3个月的时间里达到最大300%。ROI随不同企业而变化，但大多数的企业报告其在一年内即收回了投资。这就是为什么在存储销售平平的同时SAN的销售呈指数增长的主要原因。对许多DAS用户，以上这些还不足以打动他们转而采用SAN的主要原因就是光纤通道。光纤通道对他们来说是一项全新技术，要面临一堆新的行话，要掌握新的技术。即使他们有时间、有兴趣，学习上也是要走弯路的。错误总是难免，而出错意味着一笔费用和引起恐慌。解决这些问题的方法依然是iSCSI SAN。
2.4 iSCSI SAN的成本优势
iSCSI SAN的最底层基础是千兆以太网技术。在实施和使用iSCSI SAN的过程中，恐惧和费用皆不存在。首先也是最重要的，就是其容易程度。工作人员对它的知识已普遍了解，不必在学习上走弯路。它利用我们已经在使用的交换机和管理手段，而更是利用了“以太网”经济来降低资本投入。以太网经济来自于我们对GigE压倒一切的普及程度。普及程度越高，意味着用更少的硬盘、电缆、接口、交换机、和软件等等。
iSCSI SAN拥有光纤通道SAN所拥有的所有优点，还包括它所不具备的简单和成本优势。而iSCSI的优势还远不止如此。
2.5 iSCSI SAN的其它关键优势
距离不是约束iSCSI SAN的因素。距离已不再受十或几十公里的限制，而是用上千甚至上万英里来考量。
安全性已经通过TCP和GigE技术的使用建立在iSCSI中，如IPSEC。
互操作性不是也永远不成问题。IETF为以太网制订了牢靠的互操作性标准。iSCSI SAN 正是建立在这些标准之上的。没有任何商家能把自己的客户锁进屋里，把竞争者锁到物外。
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投资保护是与生俱有的。以太网的设计虽然不断加快、不断翻新，但保持向下兼容。您可以看到10/100的接口与千兆网共同工作。10GigE将在未来几年投入使用，而我们知道今天的iSCSI SAN可以与之共存，这是何等重要。 扔掉重换不是我们可接受的方案。
3. 总结与结论
iSCSI SAN通过整合存储资源，和DAS相比降低了存储的资本和运营投入。它再进一步通过降低SAN的资本和运营投入提高用户的投资回报率。最后，iSCSI SAN延伸了SAN所能触及的范围，增强了它的安全性，消除了互操作性的壁垒，并为我们提供了真正的投资
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