1、毕业设计(论文)( 2008 届 )论文题目 SAN 和 NAS 存储网络的研究和设计 Scheme of Integrating NAS with SAN SAN 和 NAS 存储网络的研究和设计内容摘要数 据 密 集 应 用 的 飞 速 发 展 促 进 了 信 息 存 储 、 接 收 、 处 理 和 传 送 新 方 法 的 发 展 。 传 统的 服 务 器 附 属 存 储 （ SAS） 结 构 缺 乏 可 测 性 、 可 靠 性 、 带 宽 、 等 待 时 间 以 及 可 管 理 性 ， 因此 无 法 处 理 日 益 发 展 的 数 据 存 储 和 接 收 要 求 。 存 储 的 联 网
2、需 要 打 破 SAS 结 构 的 瓶 颈 。 网络 附 属 存 储 （ NAS） 和 存 储 区 域 网 络 （ SAN） 能 够 更 好 地 处 理 这 一 问 题 。NAS 和 SAN 是 作 为 独 立 的 网 络 存 储 技 术 发 展 的 。 它 们 都 受 到 一 些 问 题 的 影 响 。 SAN 的客 户 无 法 很 容 易 地 通 过 不 同 型 号 的 计 算 机 从 一 个 数 据 图 像 处 分 享 信 息 。 光 纤 通 道 的 SAN 只有 10 公 里 远 。 另 一 方 面 ， NAS 存 储 被 限 制 在 NAS 服 务 上 ， 是 无 法 再 分 配 的
3、 。 NAS 系 统 无 法支 持 那 些 基 于 块 状 的 应 用 ， 需 要 独 立 的 管 理 。 NAS 和 SAN 都 无 法 主 导 网 存 储 技 术 ， 它 们 是互 补 的 ， 当 应 用 适 当 的 时 候 ， 能 够 带 来 无 尽 的 益 处 。 所 以 最 终 的 认 识 是 将 NAS 和 SAN 结 构融 合 起 来 。目 前 ， 有 几 种 将 NAS 融 合 进 SAN 的 方 法 。 NAS 可 以 作 为 SAN 起 作 用 的 前 端 程 序 ， 而SAN 则 可 以 用 作 NAS 存 储 模 块 的 一 种 形 式 。 SAN 还 可 以 为 NA
4、S 提 供 备 份 。 在 每 一 种 情 况 下 ，目 标 都 是 将 NAS 存 储 与 光 纤 通 道 开 关 连 接 起 来 。 这 些 技 术 都 不 是 基 于 各 个 装 置 的 ， 而 是基 于 整 个 的 结 构 。我 们 将 会 呈 现 一 个 将 NAS 和 NAS 融 合 起 来 的 新 方 法 ， 这 是 一 种 基 于 装 置 水 平 的 方 法 。关键词：网络存储，SAN，NAS，融合 ，光纤通道A New Scheme of Integrating NAS with SANABSTRACTThe rapid growth of data intensive ap
5、plications drives the development of new methods forstoring, accessing, managing, and delivering information. Traditional Server Attached Storage(SAS) architecture lacks the scalability, reliability, bandwidth, latency, and manageability, and can not handle the growing data storage and access requir
6、ements. The networking of storage evolves to break the bottlenecks of SAS architecture. Network Attached Storage (NAS) and Storage Area Network (SAN)enable management to realize more benefits.NAS and SAN evolve as separate network storage technologies. They are all impacted by some problems. The cli
7、ent of SAN can not share information easily through heterogeneous computers from a single data image. A fiber channel SAN (FC-SAN)is limited to 10 km. On the other hand, the storage of NAS is fastened behind the NAS server and not re-assignable. An NAS system can not support the block-based applicat
8、ion and requires separate administration. Neither NAS nor SAN can dominate the network storage technology. They are complementary and can provide enormous benefits when properly deployed. The ultimate realization will be in the eventual unification of NAS and SAN architecturesCurrently, there are se
9、veral ways to integrate: VAS into an SAN. NAS can act as the front end for many SAN functions. An SAN can be used as a type of storage module for NAS. An SAN can also provide the backup portion of the NAS. In each case, the objective is to connect the NAS storage to an FC switch . All the methods ar
10、e not based on the device-level, instead, the structure-level.In this paper, we present a new scheme of integrating NAS with SAN, which is based on the device-level.Key words: Network Storage,，SAN，NAS，Uniform，Fibre channel目 录绪 论 .1第一章 网络存储概述 .11.1 网络存储网关支持的两类技术 .11.1.1 IP 存储技术 .11.1.2 光纤通道技术 .11.2 网
11、络存储分类 .11.2.1 DAS .11.2.2 NAS .11.2.3 SAN .11.3 网络存储设备 .11.4 网络存储发展趋势 .1第二章 DAS 存储 .12.1 DAS 存储简介 .12.2 DAS 存储结构 .12.3 DAS 存储方案设计 .12.4 DAS 存储的优缺点 .1第三章 NAS 存储 .13.1 NAS 存储简介 .13.2 NAS 存储结构 .13.3 NAS 存储方案设计 .13.4 NAS 存储优缺点 .1第四章 SAN 存储 .14.1 SAN 存储简介 .14.2 SAN 存储结构 .14.3 SAN 存储方案设计 .14.3 SAN 存储优缺点 .
12、1第五章 SAN 和 NAS 的融合 .15.1 SAN 和 NAS 融合简介 .15.1.1 SAN 和 NAS 对比 .15.1.2 SAN 和 NAS 整合的必要性 .15.1.3 SAN 和 NAS 集成优势 .15.2 SAN 和 NAS 融合的几种方法 .15.2.1 SAN 作为 NAS 的一部分 .15.2.2 NAS 通过 SAN 来连接 .15.3 SAN 和 NAS 融合的实际应用 .1第六章 校园 SAN 和 NAS 的存储网络的设计 .16.1 建立存储系统的 3 个目的 .16.1.1 数据保护 .16.1.2 数据管理 .16.1.3 数据利用 .16.2 设计实
13、图 .1致谢 .1参考文献 .1附录 .1浙江传媒学院本科生毕业论文 SAN 和 NAS 存储网络的研究和设计1绪 论随着互联网络的发展和计算机技术的广泛应用，存储技术产品受到业界及专家们的高度重视. 对大多数依靠计算机运行关键商务程序的现代企业来说，信息已经成为一种超越其竞争对手的战略资产，数据的有效使用和管理越来越成为企业。IT 部门的首要任务. 企业在存储设备和存储管理软件上的开销占据了整个网络成本越来越大的比重，并将逐步超过 50% .据 IDC 统计，企业的数据量每六个月就会增长一倍，到 2002 年，企业每年要使用 1.4 百万 TB 的存储容量，这是 1998 年的 12 倍.
14、存储已不再是附属于服务器的辅助设备，而成为了 IT 业最主要的投资花费所在.Gartner Group 预测，2005 年的 IT 硬件市场值在专业市场上将达到 1200 亿美元. 未来的发展重点将放在存储，服务器未来将会低速成长，保持一个比较稳定的态势.由于近年来客户机/ 服务器计算模型的广泛采用，企业中存在很多服务器，而且每个服务器都带有自己的存储系统，企业的信息分散到各个服务器上，形成所谓的“信息孤岛”，不利于企业的信息整合. 企业正面临着前所未有的存储挑战，单一的存储技术，如磁盘、光盘、RAID 技术等已经很难满足需求，他们需要一个全新的存储体系架构.网络存储将网络技术与新兴的存储领域
15、有机地结合起来，能够彻底地解决传统存储方案的弱势，其主要特征体现在超大存储容量、大数据传输率以及高的系统可用性，网络存储非常适合数据量增长迅速、拥有潜在升级数据大的企业.网络数据和信息的急剧增加也自然带来了网络存储市场的迅速增长. 从产品角度来说，国外产品一统天下. 在非整机制造厂商中，专业网络存储设备商 EMC 公司的网络存储产品发展迅猛. 在整机制造厂商中，包括新惠普，IBM，SUN 公司也都有自己的网络存储解决方案，其它包括Cisco，Intel 等国际大公司在网络存储方面也已经推出相关产品.国内网络存储产品还处于空白阶段，但是在科研方面，国内包括华中科技大学和上海交通大学等科研院校在网
16、络存储技术领域已经获得实质性突破.越来越多的证据表明，网络存储将成为继个人计算机（PC）和互联网络（Internet）后第三次IT 浪潮的引导者. 个人计算机引领了第一次 IT 浪潮，互联网络把孤立的主机通过网络互联起来引领了第二次 IT 浪潮. 第一次浪潮和第二次浪潮是以数据计算为中心，而网络存储将引领以数据存储为中心的第三次 IT 浪潮.浙江传媒学院本科生毕业论文 SAN 和 NAS 存储网络的研究和设计2第一章 网络存储概述网络存储将网络技术与新兴的存储领域结合起来，充分利用网络技术的特点，例如：远距离，安全性等，二者的结合可以实现确保数据的一致性、安全性和可靠性，实现不同数据的集中管理
17、，实现网络上的数据集中访问，实现不同主机类型的数据访问和保护等等企业面临的复杂存储问题.1.1 网络存储网关支持的两类技术网络存储网关支持的两类技术：光纤通道技术和 IP 存储技术。IP 存储技术包含：iSCSI、FCIP、iFCP 等；光纤通道技术包含 FC-PH、FCP、FC-SW、FC-FS、FC-FG 等。1.1.1 IP 存储技术iSCSI（Small Computer Systems Interface over IP）是 IETF 提出的基于 IP 协议的技术标准，把 SCSI 命令和数据帧压缩为 IP 帧传输，实现了 SCSI 和 TCP/IP 协议的连接。对于以局域网为网络环
18、境的用户，只需要不多的投资，就可以方便、快捷的对信息和数据进行交互式传输和管理。iSCSI 标准在 2003 年 2 月 11 日由 IETF（互联网工程任务组）认证通过。iSCSI 继承了两大最传统技术：SCSI 和 TCP/IP 协议。这为 iSCSI 的发展奠定了坚实的基础。 基于 iSCSI 的存储系统只需要不多的投资便可实现 SAN 存储功能，甚至直接利用现有的 TCP/IP 网络。相对于以往的网络存储技术，它解决了开放性、容量、传输速度、兼容性、安全性等问题，其优越的性能使其备受关注与青睐。 iSCSI 的数据包结构： 工作流程： iSCSI 系统由 SCSI 适配器发送一个 SC
19、SI 命令。命令封装到 TCP/IP 包中并送入到以太网络。接收方从 TCP/IP 包中抽取 SCSI 命令并执行相关操作。把返回的 SCSI 命令和数据封装到 TCP/IP 包中，将它们发回到发送方。系统提取出数据或命令，并把它们传回 SCSI 子系统。浙江传媒学院本科生毕业论文 SAN 和 NAS 存储网络的研究和设计3安全性描述： iSCSI 协议本身提供了 QoS 及安全特性。可以限制 initiator 仅向 target 列表中的目标发登录请求，再由 target 确认并返回响应，之后才允许通信；通过 IPSec 将数据包加密之后传输，包括数据完整性、确定性及机密性检测等； iSC
20、SI 的优势：（1）广泛分布的以太网为 iSCSI 的部署提供了基础。（2）千兆/万兆以太网的普及为 iSCSI 提供了更大的运行带宽。（3）以太网知识的普及为基于 iSCSI 技术的存储技术提供了大量的管理人才。（4）由于基于 TCP/IP 网络，完全解决数据远程复制（Data Replication）及灾难恢复（Disaster Recover）等传输距离上的难题。（5）得益于以太网设备的价格优势和 TCP/IP 网络的开放性和便利的管理性，设备扩充和应用调整的成本付出小。 FCIP（ Fibre Channel over IP）是 IETF 与 ANSI 共同提出的基于 IP 的光纤通道
21、方案，采用这种模式，光数据帧被压缩为 IP 帧传输,在两个 SAN 之间通过 IP 网络建立点到点的隧道，构成一个统一的 SAN 环境。 iFCP 在 FC 与 IP 之间建立网关到网关的连接，使 FC 帧可以路由到正确的目的地址。它可以允许每一个互联的 SAN 都拥有自己独立的命名空间。实现起来也比 FCIP 复杂。iSNS 是 Internet Storage Name Service ，提供智能的存储发现和管理业务。iSCSI HBA 相关知识：iSCSI 主机总线适配器的缩写，将硬件 iSCSI initiator 集成到板卡上，利用 TCP/IP 卸载引擎在适配卡上完成数据处理，作用
22、在于减轻主机 CPU 负载，也提供了高可用环境下硬件多通道功能和服务器远程引导功能：接口类型与以太网原有接口完全相同；大多数 iSCSI HBA 卡都具有 TOE 功能；TCP/IP 卸载引擎的缩写，TOE 网卡将 TCP/IP 处理脱离主机 CPU，在 TOE 网卡上由专用芯片完成 TCP/IP 处理和数据包创建，减轻主机 CPU 的负载；iSCSI HBA 也同时具备 TOE 功能，把二者的优点整合在一起。 1.1.2 光纤通道技术FC-0:物理层，定制了不同介质，传输距离，信号机制标准，也定义了光纤和铜线接口以及电缆指标 FC-1:定义编码和解码的标准FC-2:定义了帧、流控制、和服务质
23、量等 FC-3:定义了常用服务，如数据加密和压缩浙江传媒学院本科生毕业论文 SAN 和 NAS 存储网络的研究和设计4FC-4:协议映射层,定义了光纤通道和上层应用之间的接口,上层应用比如:串行 SCSI 协 议,HBA的驱动提供了 FC-4 的接口函数，FC-4 支持多协议,如:FCP-SCSI,FC-IP,FC-VI。FC-PH 定义 FC-0、FC-1 和 FC-2 的级别(物理上)FC-FS 说明 FC 帧格式和光纤通道的基本控制特性FC-GS 定义多种与服务器类似的功能SCSI-FCP 定义使用光纤通道接口的 SCSI-3 指令协议的操作FC-FG 定义光纤通道交换架构的常性FC-S
24、W 描述光纤通道交换架构的交换组件FC-AL 是仲裁环路拓扑结构标准FC HBA 相关知识： 光纤信道主机总线适配器的缩写，主要用于主机与 FC 设备之间的连接；FC HBA 卡使用的传输介质可以分为光缆和铜缆两种；光缆分为单模长波和多模短波两种，单模长波最大传输距离十公里，多模短波最大传输距离 500 米（直径 50 微米）、175 米（直径 62.5 微米）；铜缆最大传输距离 30米。光缆接口分为 SC、LC 两种，分别为 1Gb 和 2Gb 接口。铜缆接口分为 DB9 和 HSSDC 两种，其中DB9 为 1Gb 接口，HSSDC 分为 1Gb 和 2Gb 两种；Fibre Channe
25、l 还包括三种独立于介质的接口：Gigabit Link Modules将并行信号转换为串行信号，包括串行编码和串行解码功能；Gigabit Interface Converters提供一个串行编码和串行解码的串行接口，可以热插拔，常见接口为 SC 和 DB9 两种；铜缆接口分为 DB9 和 HSSDC 两种，其中 DB9 为 1Gb 接口，HSSDC 分为 1Gb 和 2Gb 两种； Fibre Channel 还包括三种独立于介质的接口：Gigabit Link Modules将并行信号转换为串行信号，包括串行编码和串行解码功能；Gigabit Interface Converters提供
26、一个串行编码和串行解码的串行接口，可以热插拔，常见接口为 SC 和 DB9 两种； HBA 卡主要厂商为 Emulex、Qlogic、LSI、Adaptec、JNI、Agilent（安捷伦）等； 1.2 网络储存的分类目前磁盘存储市场上，存储分类（如下表一）根据服务器类型分为：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 等服务器，开放系统指基于包括 Windows、UNIX、Linux等操作系统的服务器；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根据连接浙江传媒学院本科生毕业论文 SAN 和 NAS 存储网络的研究和设计5的方式分为：直连式存储（Direc
27、t-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根据传输协议又分为：网络接入存储（Network-Attached Storage，简称 NAS）和存储区域网络（Storage Area Network，简称 SAN）。由于目前绝大部分用户采用的是开放系统，其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行论述说明。 表一： 今天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）。1.2.1 DASDAS 即直连方式存储
28、，英文全称是 Direct Attached Storage。中文翻译成“直接附加存储”。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）直接到服务器的。I/O（输入/输入）请求直接发送到存储设备。DAS，也可称为 SAS（Server-Attached Storage，服务器附加存储）。它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。1.2.2 NASNAS的定义是:“NAS是一个存储单位,连接在网络上提供文件访问服务”。NAS系统拥有一个专用的服务器,服务器上安装着一个优化的文件系统和瘦操作系统,该操作系统专门服务于文件请求。NAS实现了操作系统和文件服务器功能的专门化,为网络存储提供了最优的价格和性能。1.2.3 SAN
