融合NAS和SAN的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)研究

張堯++姚永++徐馳

摘 要

NAS和SAN作為主流網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)，二者均存在一定的不足，為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要，本文提出了新型存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其在IP協(xié)議下融入的NAS和SAN，充分發(fā)揮了二者優(yōu)點(diǎn)，大幅度增強(qiáng)了系統(tǒng)的開放性、擴(kuò)展性、經(jīng)濟(jì)性及兼容性。

【關(guān)鍵詞】NAS SAN 存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò) 設(shè)計(jì)研究

隨著IT技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)利用處理技術(shù)迅速普及，在其廣泛應(yīng)用情況下，通過傳輸技術(shù)，推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。在信息化與數(shù)字化環(huán)境下，關(guān)于存儲(chǔ)技術(shù)的研究愈加深入，當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)形式有兩種，分別為NAS與SAN，但二者均未能滿足IT技術(shù)持續(xù)發(fā)展的需求，其缺點(diǎn)日漸凸顯，在此情況下，急需開發(fā)新的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，本文介紹了NAS與SAN的概況，重點(diǎn)闡述了USN系統(tǒng)，旨在促進(jìn)其發(fā)展。

1 NAS和SAN的概況

根據(jù)SNIA可知，NAS即附網(wǎng)存儲(chǔ)，SAN即存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)，前者是指直接利用網(wǎng)絡(luò)，提供文件級(jí)服務(wù)；后者是指借助互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器與存儲(chǔ)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的直接傳送。NAS屬于存儲(chǔ)設(shè)備，其通過實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，有效集成了軟硬件，保證了文件服務(wù)的共享性、開放性與擴(kuò)展性；SAN是憑借專用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，通常為光纖通道協(xié)議，其中的存儲(chǔ)網(wǎng)和LAN相互獨(dú)立，從而提高了其性能，更為便捷地遷移或備份數(shù)據(jù)，當(dāng)前，其在企業(yè)存儲(chǔ)方面的應(yīng)用較為普遍。

但二者存在的不足不容忽視，特別是在數(shù)字化、海量式信息發(fā)展環(huán)境下，其難以滿足實(shí)際發(fā)展的需要，以NAS為例，具體缺點(diǎn)如下：傳輸速度慢，其僅提供文件級(jí)服務(wù)，未能提供塊級(jí)服務(wù)；性能較低，數(shù)據(jù)備份時(shí)需要占用一定的網(wǎng)絡(luò)寬帶，降低了I/O性能；管理不足，其管理對象過于單一，面對多個(gè)NAS時(shí)，未能實(shí)現(xiàn)集中管理；以SAN為例，其缺點(diǎn)為：互操作性差，源于不同廠家的設(shè)備難以融合，增加了操作難度；成本偏高，通過調(diào)查可知，僅有大型企業(yè)擁有SAN，其常因主要為其構(gòu)建成本偏高，同時(shí)，對管理與維護(hù)人員的綜合素質(zhì)要求較高，需要聘請專門人員或者對相關(guān)人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，從而增加了企業(yè)發(fā)展壓力；共享性低，SAN的共享僅為存儲(chǔ)空間內(nèi)，如果為異構(gòu)環(huán)境，則難以實(shí)現(xiàn)共享。

為了充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，彌補(bǔ)其不足，通過研究與實(shí)踐提出了多種新型的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，常見的有基于IP的SAN技術(shù)與對象存儲(chǔ)技術(shù)等，但各技術(shù)仍存在不足，制約著其普及與推廣，在此情況下，本文融合了NAS與SAN，提出了USN，彰顯了二者優(yōu)勢，規(guī)避了其不足。

2 USN的概況

2.1 總體結(jié)構(gòu)

USN真正統(tǒng)一了NAS、SAN，存在兩種設(shè)備、兩種協(xié)議。它的硬件結(jié)構(gòu)包括NAS、SAN與iSCSI設(shè)備及各類服務(wù)器，用戶可利用文件I/O方式對NAS、SAN設(shè)備進(jìn)行訪問，也可借助塊I/O方式對SAN與iSCSI設(shè)備進(jìn)行訪問。它為用戶提供了雙通道，分別為服務(wù)器通道與附網(wǎng)高速通道，前者可完成元數(shù)據(jù)與小數(shù)據(jù)，后者則滿足了大數(shù)據(jù)的需求，在此基礎(chǔ)上，保證了系統(tǒng)速度，減少了服務(wù)器瓶頸問題。它借助IP對既有存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了有效的兼容，也保證了添加、刪除存儲(chǔ)設(shè)備的便捷性，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性及有效性。

USN的軟件結(jié)構(gòu)主要為全局多協(xié)議文件系統(tǒng)（GMPFS）與自主存儲(chǔ)代理文件系統(tǒng)（ASA），前者支持不同協(xié)議用戶的訪問，擴(kuò)展了系統(tǒng)的原數(shù)據(jù)，借助啟發(fā)式方法，有效收集的用戶的相關(guān)信息，在此基礎(chǔ)上，為其提供了便捷、統(tǒng)一、合理的存儲(chǔ)訪問接口及方案；后者可自動(dòng)發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)中不同的存數(shù)設(shè)備及資源，并可對其展開統(tǒng)一管理與優(yōu)化，再結(jié)合應(yīng)用需求，選取適合的存儲(chǔ)設(shè)備，此時(shí)的設(shè)備性能及等級(jí)等均具有較強(qiáng)的針對性，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)資源的優(yōu)化配置，改進(jìn)了系統(tǒng)性能。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

USN具有一定的復(fù)雜性，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需要借助多種技術(shù)，其中較為核心與關(guān)鍵的為GMPFS、ASA與iSCSI系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，三者設(shè)計(jì)具體內(nèi)容如下：

2.2.1 GMPFS

它的優(yōu)點(diǎn)為靈活與高效，可支持不同協(xié)議用戶訪問，其不僅提供了文件存取方法與文件目錄結(jié)構(gòu)，還提供了相應(yīng)的存儲(chǔ)模式，其包括元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作接口、功能函數(shù)集、優(yōu)化方法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。以文件卷為例，其存儲(chǔ)模式構(gòu)成應(yīng)有操作函數(shù)與文件目錄結(jié)構(gòu)；以分區(qū)卷為例，其存儲(chǔ)模式應(yīng)適應(yīng)特定分區(qū)類型需求。GMPFS涉及的接口有協(xié)議轉(zhuǎn)換、啟發(fā)式數(shù)據(jù)管理、擴(kuò)展操作、本地文件系統(tǒng)及ASA遠(yuǎn)程存儲(chǔ)接口等，同時(shí)還包括邏輯界面、數(shù)據(jù)組織、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序及通訊模塊等。

2.2.2 ASA

它的一端為海量存儲(chǔ)系統(tǒng)，其常見的存儲(chǔ)系統(tǒng)由DAS、SAN與NAS等，它可對存儲(chǔ)設(shè)備、資源等進(jìn)行自主發(fā)現(xiàn)、管理、優(yōu)化與運(yùn)用，其結(jié)合不同應(yīng)用需求，為其提供針對性的存儲(chǔ)設(shè)備，從而提高了其可用性與可靠性，同時(shí)也保證了資源的最優(yōu)配置；它的另一端為應(yīng)用程序，其擴(kuò)展了存儲(chǔ)系統(tǒng)中的元數(shù)據(jù)，通過啟發(fā)式方法，了解了用戶應(yīng)用信息，在此基礎(chǔ)上，其提供的存儲(chǔ)訪問接口、存儲(chǔ)方案等均具有了明顯的統(tǒng)一性與便捷性。

2.2.3 iSCSI

它是SCSI到TCP/IP的映射，其通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸封裝后的IP數(shù)據(jù)包，待其達(dá)到目的地后，再恢復(fù)為SCSI命令，以此保證了該命令的直接與透明傳輸，它有效整合的既有的主流協(xié)議，保證了融合的無縫性與有效性。根據(jù)應(yīng)用實(shí)踐可知，用戶可利用命令級(jí)交互，實(shí)現(xiàn)了對遠(yuǎn)程SCSI設(shè)備的訪問，其速度相對較快，同時(shí)，通過對NAS、SAN技術(shù)的改進(jìn)，促進(jìn)了二者融合。當(dāng)前，iSCSI的實(shí)現(xiàn)方法主要分為純軟件、智能網(wǎng)卡與HBA卡三種，本文設(shè)計(jì)時(shí)采用了第一種方式，日后研究中應(yīng)以HBA卡應(yīng)用為目標(biāo)。

3 總結(jié)

綜上所述，本文介紹了NAS、SAN的含義、優(yōu)缺點(diǎn)等，為了適應(yīng)發(fā)展需求，對二者進(jìn)行了融合，提出了新型存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，即：USN，對其設(shè)計(jì)內(nèi)容展開了探討，它為社會(huì)發(fā)展提供適合的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，易于推廣與普及。

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作者單位

天津航天長征火箭制造有限公司 天津市 300462