【摘要】本文介绍了几种典型的网络存储系统结构，包括直接连接存储DAS、附网存储NAS和存储区域网SAN，并对近年来发展迅速的基于对象的存储系统和云存储相关技术进行了探讨分析。
论文关键词：网络存储,直接连接存储DAS,附网存储NAS,存储区域网SAN,面向对象存储OBS,云存储
网络存储技术就是将“存储”和“网络”结合起来，通过网络连接各存储设备，实现存储设备之间、存储设备和服务器之间的数据在网络上的高性能传输。为了充分利用资源，减少投资，存储作为构成计算机系统的主要架构之一，就不再仅仅担负附加设备的角色，逐步成为独立的系统。利用网络将此独立的系统和传统的用户设备连接，使其以高速、稳定的数据存储单元存在用户可以方便地使用诸如浏览器这样的客户端进行访问和管理，这就是网络存储[1]。
2. 三种典型的网络存储系统结构
基本的网络存储系统结构包括直接连接存储DAS、附网存储NAS、存储区域网SAN。
2.1直连存储DAS
DAS是指将存储设备通过IDE、SCSI接口或光纤通道FC等I/O总线直接连接到服务器上的方式，是一种以服务器为中心的存储结构。由于受服务器总线技术和所连存储设备数量的限制，使得DAS的可扩展性差，难以满足现代存储应用大容量、高性能、动态可扩展的要求，而且服务器本身为整个系统的瓶颈。目前已经开始逐步淡出网络存储市场。
2.2附网存储NAS
NAS是可以直接连到网络上向用户提供文件级服务的存储设备。NAS将存储设备通过标准的网络拓扑结构（例如以太网），连接到一群计算机上，提供数据和文件服务。NAS利用其自身简化的实时操作系统，将硬件和软件有机地集成在一起，用以提供文件服务和实现涉及文件存取及管理的所有功能。NAS的结构是以网络为中心，面向文件服务器的。由于采用了LAN中通用的数据传输协议（如NFS和CIFS），所以NAS能够在异构的服务器之间共享数据[2]。
NAS存在的问题主要是：①存储只能以文件方式访问，而不能像普通文件系统一样直接访问物理数据块，因此在某些情况下会严重影响系统效率（例如大型数据库就不能使用NAS）。②由于存储数据要通过普通数据网络传输，因此易受网络上其它流量的影响，当网络上有其它大数据流量时会严重影响系统性能。
2.3存储区域网SAN
SAN真正地将存储子系统从服务器上分离出来独立地连接在高速专用网上的，是一种以网络为中心的存储结构，目前典型两种结构是基于光纤通道的FC-SAN和基于IP网络的IP-SAN。
FC-SAN提供2Gb/S到4Gb/S的传输数率，同时SAN网络独立于数据网络存在，因此存取速度很快、扩展性很强，另外SAN一般采用高端的RAID阵列，使SAN的性能在几种专业存储方案中傲视群雄。但是，它也存在一些缺点: ①价格昂贵，不容易被小型商业企业所接受的; ②需要单独建立光纤网络。
IP-SAN即基于IP的存储区域网络，利用iSCSI技术，通过普通的TCP/IP网来传输本来用FC网络来传输的SCSI数据块。这样，就使得IP-SAN的可扩展性变成了无限，它可以扩展到世界任何一个有Internet网络接入的地方。部署IP-SAN的成本只有FC-SAN的成本的十分之一或十几分之一。随着千兆网的普及，万兆网也逐渐的进入主流，使得IP-SAN的速度相对FC-SAN来说并没有太大的劣势。为了更好的适应市场需求，成功的将FC协议和TCP/IP协议进行了融合，生成了IFCP技术和FCIP技术[3]。
3. 两种新型网络存储技术
近年来发展迅速的两种新型的网络存储技术是基于对象的存储系统和云存储。这里，对这两种技术的研究现状和发展趋势进行了探讨分析。
3.1 基于对象的存储OBS
基于对象存储中最基本的概念就是对象（Object），它是一种数据的逻辑组织形式，是容纳了长度可变的数据块和可扩展的存储属性的基本容器，提供与文件类似的访问方式，例如打开、关闭、读/写等。
OBS采用对象接口，大小动态可变，吸收了NAS与SAN的优点，既有“块”接口的快速，又有“文件”接口的便于共享；同时克服了NAS与SAN的不足，削弱了影响性能提升的环节，系统具有较高的性能与可扩展性。OBS最显著的特点就是把数据存储的物理视图下放到对象存储设备（OSD，Object-Based Storage Device）上，元数据服务器上只负责维护全局逻辑视图，用户在进行数据传输时，直接与OSD通信，元数据服务器没有直接干预，从而大大减轻了元数据服务器的负担，弱化了系统中的瓶颈环节[4]。
基于对象存储系统的最基本思想就是将存储系统中的数据交互分为数据通路与控制通路两部分，是一种带外传输方式，由客户、MDS与OSD组成了三方架构。其中的控制通路负责数据的控制、管理功能，由MDS实现；数据通路负责数据的存储管理功能，数据的存储管理功能被分离出来交由智能的OSD实现。通过数据通路与控制通路的分离，将元数据服务器与存储设备分离，大大减轻了读写过程中元数据服务器的负担。客户进行文件访问时，首先通过控制通路从MDS得到该文件在OSD集群上的分布信息与访问授权命令，之后通过数据通路直接访问OSD。系统通过高速网络连接起来，共同协作为用户提供服务，不存在明显的瓶颈环节。
图1 MDS、OSD与客户端之间的交互
如图1，M D S、O S D与客户端之间的交互过程为：
（1）用户将文件读写请求提交客户端，客户端将要访问的文件名、数据长度等信息以一定的格式传递给MDS；
（2）MDS收到客户端请求，对客户进行安全检测，通过后，将该次访问涉及到的元数据与授权证书发送给客户；
（3）MDS通知OSD有客户即将与其进行数据传输，做好数据发送或接收的准备，并将相关的安全认证信息告诉此OSD；
（4）客户使用MDS反馈的元数据和安全授权，与相应服务器直接进行数据交换；
（5）文件访问结束，OSD向MDS通知数据传输完毕，并提交对象更新信息，MDS进行相应元数据的更新。
基于对象的存储系统具有性能高、可扩展性好等诸多优点，它的设计理念一经提出，便成为学术界与工业界关注的热点。
3.2 云存储
云存储（Cloud Storage）是在云计算（Cloud Computing）概念上延伸和发展而来的。与云计算类似，它是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过虚拟化软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能[5]。
图2 云状的网络结构
云存储具有相对较低的价格，而且具备可扩展性、灵活性、访问便利性和厂商选择性多等优点。例如，目前企业级存储区域网SAN的存储设备每GB成本约为20美元，相比之下，云计算存储设备每GB的成本仅为1美元，其成本也远低于EMC的Symmetrix或者Clariion阵列、IBM DS8000、DS4000和NetApp阵列等的存储设备。
1/2 1 2 下一页 尾页 |
