網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)研究

網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)研究

1網(wǎng)絡(luò)存儲的主流技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)攻擊的快速發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⒘坎粩鄶U(kuò)展，對網(wǎng)絡(luò)存儲的需求也在增加。存儲系統(tǒng)不再是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的附屬設(shè)備,而成為互聯(lián)網(wǎng)中與計(jì)算和傳輸設(shè)施同等重要的三大基石之一,網(wǎng)絡(luò)存儲已成長為信息化的核心發(fā)展領(lǐng)域,并逐漸承擔(dān)著信息化核心的責(zé)任。實(shí)際上,信息技術(shù)在任何時候都是處理、傳輸和存儲技術(shù)的三位一體的完美結(jié)合,三者缺一不可。數(shù)據(jù)量的迅速增長為我們提出了新的問題和要求,如何確保數(shù)據(jù)的一致性、安全性和可靠性,如何實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的集中管理,如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)集中訪問,如何實(shí)現(xiàn)不同主機(jī)類型的數(shù)據(jù)訪問和保護(hù)等等。所有這些都對現(xiàn)有的存儲技術(shù)提出了挑戰(zhàn),呼喚著新的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)及其產(chǎn)品的出現(xiàn),也使得網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)迅速崛起。在網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)中,由網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的信息存取和共享服務(wù),其主要特征體現(xiàn)在超大存儲容量、大數(shù)據(jù)傳輸率以及高的系統(tǒng)可用性、遠(yuǎn)程備份、異地容災(zāi)等方面。目前,網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)正在成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),可以說,網(wǎng)絡(luò)存儲將引發(fā)繼信息處理(如CPU)和信息傳輸(如Internet)之后IT領(lǐng)域的第三次技術(shù)浪潮。如何適應(yīng)新的存儲需求,采用什么技術(shù)來突破當(dāng)前存在的存儲服務(wù)的瓶頸,是人們普遍關(guān)心和迫切需要解決的問題。目前,對存儲技術(shù)的研究和應(yīng)用,主要集中在存儲介質(zhì)技術(shù)、存儲體系結(jié)構(gòu)、存儲管理軟件、存儲接口技術(shù)等幾個方面。下面將圍繞網(wǎng)絡(luò)存儲的幾種主流技術(shù)進(jìn)行分析,并通過對這些技術(shù)主要特點(diǎn)、應(yīng)用范圍等進(jìn)行橫向比較、分析和歸類;再簡要介紹當(dāng)前的熱點(diǎn)存儲技術(shù)和幾種全新的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)。最后,簡要介紹各種網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢。2網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的總結(jié)2.1存儲網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)和存儲是以兩個不同的技術(shù)分別發(fā)展起來的。存儲使用發(fā)起方和目標(biāo)方的概念來表達(dá),在相連的設(shè)備之間形成一種主從關(guān)系,而網(wǎng)絡(luò)則更多的是強(qiáng)調(diào)連接設(shè)備之間的對等關(guān)系。存儲技術(shù)的重點(diǎn)主要在于高效的數(shù)據(jù)組織和存放,而網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)主要在于高效的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)就是將“存儲”和“網(wǎng)絡(luò)”結(jié)合起來,通過網(wǎng)絡(luò)連接各存儲設(shè)備,實(shí)現(xiàn)存儲設(shè)備之間、存儲設(shè)備和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的高性能傳輸。為了充分利用資源,減少投資,存儲作為構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要架構(gòu)之一,就不再僅僅擔(dān)負(fù)附加設(shè)備的角色,逐步成為獨(dú)立的系統(tǒng)。利用網(wǎng)絡(luò)將此獨(dú)立的系統(tǒng)和傳統(tǒng)的用戶設(shè)備連接,使其以高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)存儲單元存在,用戶可以方便地使用諸如瀏覽器這樣的客戶端進(jìn)行訪問和管理,這就是網(wǎng)絡(luò)存儲。2.2存儲體系結(jié)構(gòu)分類(1)按存儲介質(zhì)分類:根據(jù)存儲介質(zhì)不同可分為磁帶存儲技術(shù)、磁盤存儲技術(shù)和光盤存儲技術(shù)。(2)按存儲體系結(jié)構(gòu)分類:根據(jù)存儲體系結(jié)構(gòu)不同可分為直連存儲技術(shù)、附網(wǎng)存儲技術(shù)、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、IP存儲技術(shù)、基于對象的存儲技術(shù)、存儲集群系統(tǒng)、網(wǎng)格存儲技術(shù)、虛擬存儲技術(shù)等。(3)按存儲接口技術(shù)分類:根據(jù)存儲接口技術(shù)不同可分為光纖通道FC(FiberChannel)技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò)存儲、SCSI、iSCSI和Infiniband技術(shù)等。2.3傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)2.3.1存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)sa傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)大致可分為以下三類:(1)直連存儲系統(tǒng)DAS直連存儲系統(tǒng)(DAS,DirectAttachedStorage)是指將存儲設(shè)備通過IDE、SCSI接口或光纖通道FC等I/O總線直接連接到服務(wù)器上的方式,是一種以服務(wù)器為中心的存儲結(jié)構(gòu),用戶在客戶端對存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)訪問首先要通過網(wǎng)絡(luò),再經(jīng)過服務(wù)器,最后經(jīng)過其總線訪問相應(yīng)的存儲設(shè)備。在這里服務(wù)器實(shí)際上起到一種存儲轉(zhuǎn)發(fā)的作用,使用過程和使用本機(jī)硬盤并無太大差別。此外,DAS本身不帶有任何存儲操作系統(tǒng)。DAS的優(yōu)點(diǎn)主要有:(1)存儲容量擴(kuò)展的實(shí)施簡單,投入成本少、見效快;(2)存儲安全由服務(wù)器承擔(dān),用戶不必?fù)?dān)心所存信息的安全;(3)能充分利用服務(wù)器的高性能I/O總線來完成用戶的I/O操作。DAS存在的問題主要是:(1)由于受服務(wù)器總線技術(shù)和所連存儲設(shè)備數(shù)量的限制,使得DAS的可擴(kuò)展性差,難以滿足現(xiàn)代存儲應(yīng)用大容量、高性能、動態(tài)可擴(kuò)展的要求。(2)受服務(wù)器主機(jī)的帶寬和內(nèi)存容量的限制。(3)當(dāng)服務(wù)器發(fā)生故障時,數(shù)據(jù)不可訪問。(4)當(dāng)訪問的用戶數(shù)增多時,服務(wù)器本身會成為整個系統(tǒng)的瓶頸。(5)DAS不具備共享性,每種客戶機(jī)類型都需要一個服務(wù)器,從而增加了存儲管理和維護(hù)的難度。由于上述種種缺陷,DAS難以滿足現(xiàn)今的存儲和用戶的要求,目前已經(jīng)開始逐步淡出網(wǎng)絡(luò)存儲市場。(2)附網(wǎng)存儲系統(tǒng)NAS附網(wǎng)存儲系統(tǒng)(NAS,NetworkAttachedStorage)是可以直接連到網(wǎng)絡(luò)上向用戶提供文件級服務(wù)的存儲設(shè)備。NAS將存儲設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(例如以太網(wǎng)),連接到一群計(jì)算機(jī)上,提供數(shù)據(jù)和文件服務(wù)。NAS利用其自身簡化的實(shí)時操作系統(tǒng),將硬件和軟件有機(jī)地集成在一起,用以提供文件服務(wù)和實(shí)現(xiàn)涉及文件存取及管理的所有功能。NAS的結(jié)構(gòu)是以網(wǎng)絡(luò)為中心,面向文件服務(wù)器的。由于采用了LAN中通用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議(如NFS和CIFS),所以NAS能夠在異構(gòu)的服務(wù)器之間共享數(shù)據(jù)。NAS的主要優(yōu)點(diǎn)有:(1)異構(gòu)平臺下的文件共享。不同操作系統(tǒng)平臺下的多個客戶端可以很容易地共享NAS中的同一個文件。(2)充分利用現(xiàn)有的LAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),保護(hù)現(xiàn)有投資。(3)容易安裝,使用和管理都很方便,實(shí)現(xiàn)即插即用。(4)廣泛的適用性。由于基于IP/Ethernet以及標(biāo)準(zhǔn)的NFS和CIFS,可以適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。(5)總擁有成本較低。NAS存在的問題主要是:(1)存儲只能以文件方式訪問,而不能像普通文件系統(tǒng)一樣直接訪問物理數(shù)據(jù)塊,因此在某些情況下會嚴(yán)重影響系統(tǒng)效率(例如大型數(shù)據(jù)庫就不能使用NAS)。(2)由于存儲數(shù)據(jù)要通過普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸,因此易受網(wǎng)絡(luò)上其它流量的影響,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上有其它大數(shù)據(jù)流量時會嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。此外,還容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)泄露等安全問題。(3)難以對多個NAS設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的集中管理。(3)存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN,StorageAreaNetwork)是一種利用FC等互連協(xié)議連接起來的可以在服務(wù)器和存儲系統(tǒng)之間直接傳送數(shù)據(jù)的存儲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。SAN實(shí)際上是一種專門為存儲建立的獨(dú)立于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)之外的專用高速網(wǎng)絡(luò)(目前SAN一般可提供2~4Gb/s的傳輸速率)。SAN通常由三部分構(gòu)成:(1)存儲和備份設(shè)備(包括磁帶庫、磁盤陣列和光盤庫等);(2)FC網(wǎng)絡(luò)連接部件,包括主機(jī)總線適配卡HBA(HostBusAdapter)和驅(qū)動程序;(3)光纜、集線器、交換機(jī)、光纖通道與SCSI間的橋接器(Bridge)等,應(yīng)用和管理軟件包括備份軟件、存儲資源管理軟件和設(shè)備管理軟件。SAN可以定義為是以數(shù)據(jù)存儲為中心,采用可伸縮的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過具有高傳輸速率的FC直接連接方式,提供SAN內(nèi)部任意節(jié)點(diǎn)之間的多路可選擇的數(shù)據(jù)交換,并且將數(shù)據(jù)存儲管理集中在相對獨(dú)立的存儲區(qū)域內(nèi)。利用SAN,不僅可以提供大容量的存儲數(shù)據(jù),而且地域上可以分散,緩解了大量數(shù)據(jù)傳輸對局域網(wǎng)的影響。SAN的結(jié)構(gòu)允許任何服務(wù)器連接到任何存儲陣列,不管數(shù)據(jù)置放在哪里,服務(wù)器都可直接存取所需的數(shù)據(jù)。SAN的主要優(yōu)點(diǎn)是:(1)高性能、高速存取。目前FC可提供2Gbps的帶寬,新的10Gbps的標(biāo)準(zhǔn)也正在制定之中。(2)高可用性。網(wǎng)絡(luò)用戶可以通過不止一臺服務(wù)器訪問存儲設(shè)備,當(dāng)一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障時,其他服務(wù)器可以接管故障服務(wù)器的任務(wù)。(3)集中存儲和管理。通過整合各種不同的存儲設(shè)備形成一個統(tǒng)一的存儲池,向用戶提供服務(wù),存儲容量可以很容易地擴(kuò)充。(4)可擴(kuò)展性高。服務(wù)器和存儲設(shè)備相分離,兩者的擴(kuò)展可以獨(dú)立進(jìn)行。(5)支持大量的設(shè)備,理論上具有1500萬個地址。(6)數(shù)據(jù)備份不占用LAN帶寬。(7)支持更遠(yuǎn)的距離。此外,通過FC網(wǎng)卡、集線器、交換機(jī)等互連設(shè)備,用戶可根據(jù)需要靈活地配置服務(wù)器和存儲設(shè)備。SAN存在的主要問題有:(1)設(shè)備的互操作性較差。目前采用最多的SAN互連技術(shù)還是FC,對于不同的制造商,FC協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)是不同的,這在客觀上造成不同廠商的產(chǎn)品之間難以互相操作。(2)SAN需要單獨(dú)建立光纖網(wǎng)絡(luò),異地擴(kuò)展較困難。(3)構(gòu)建和維護(hù)SAN需要受過專門訓(xùn)練的人員,這也增加了SAN的構(gòu)建和維護(hù)費(fèi)用。(4)連接距離受限(限制在10km左右)。SAN主要用于存儲量大的工作環(huán)境(如ISP、銀行等),其應(yīng)用主要可以歸納為以下幾個方面:(1)構(gòu)造集群環(huán)境,利用存儲局域網(wǎng)可以很方便地通過FC把各種服務(wù)器、存儲設(shè)備連接在一起構(gòu)成一個具有高性能、高數(shù)據(jù)可用性和擴(kuò)展性強(qiáng)的集群環(huán)境。(2)可以做到無服務(wù)器的數(shù)據(jù)備份,數(shù)據(jù)也可以后臺的方式在SAN上傳遞,大大減少了網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器上的負(fù)載,因此可以很方便地實(shí)現(xiàn)諸如磁盤冗余、關(guān)鍵數(shù)據(jù)備份、遠(yuǎn)程集群、遠(yuǎn)程鏡像等許多防止數(shù)據(jù)丟失的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù);(3)可以方便地進(jìn)行兩個存儲設(shè)備之間的數(shù)據(jù)遷移以及遠(yuǎn)程災(zāi)難恢復(fù)。2.3.2傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的性能比較根據(jù)上述分析,表1總結(jié)了這三種網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的主要區(qū)別和性能比較。3其他新網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)3.1在網(wǎng)絡(luò)與存儲方面的應(yīng)用根據(jù)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)存在的不足,出現(xiàn)了一些在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)存儲新技術(shù),典型的有NASGateway技術(shù)。此外,還有各種基于IP的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù),原則上也可看成是在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)。NAS網(wǎng)關(guān)與NAS專用設(shè)備不同,它不是直接與安裝在專用設(shè)備中的存儲相連接,而是經(jīng)由外置的交換設(shè)備,通過FC連接到存儲陣列上。故NAS網(wǎng)關(guān)可以訪問SAN上連接的多個存儲陣列中的存儲資源。它使得IP連接的客戶機(jī)可以以文件的方式訪問SAN上的存儲部件,并通過標(biāo)準(zhǔn)的文件共享協(xié)議(如NFS和CIFS)處理來自客戶機(jī)的請求。當(dāng)網(wǎng)關(guān)收到客戶機(jī)請求后,便將該請求轉(zhuǎn)換為向存儲陣列發(fā)出的塊數(shù)據(jù)請求。存儲陣列處理這個請求,并將處理結(jié)果發(fā)回給網(wǎng)關(guān)。然后網(wǎng)關(guān)將這個塊信息轉(zhuǎn)換為文件數(shù)據(jù),再將它發(fā)給客戶機(jī)。對于終端用戶而言,整個過程是無縫和透明的。NAS網(wǎng)關(guān)技術(shù)使得管理人員能夠?qū)⒎稚⒌腘AS文件整合在一起,增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性與可伸縮性,為企業(yè)升級文件系統(tǒng)、管理后端的存儲陣列提供了方便。NAS網(wǎng)關(guān)具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)能使NAS和SAN互連,直接連到IP網(wǎng)絡(luò),具有NAS的靈活性和容易使用的優(yōu)點(diǎn),同時具有SAN在IP網(wǎng)絡(luò)上可擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)。(2)增加了FC存儲設(shè)備可到達(dá)的范圍,突破了FC拓?fù)涞南拗?允許FC設(shè)備在IP網(wǎng)絡(luò)中使用,實(shí)現(xiàn)了交換機(jī)、RAID控制器和磁盤RAID的互連。(3)平衡了FC投資的代價,減少了光纖設(shè)備的訪問成本,允許訪問未得到充分利用的SAN存儲空間,能夠使異構(gòu)的文件在SAN上得到服務(wù),實(shí)現(xiàn)異構(gòu)的文件共享。(4)集群環(huán)境和故障屏蔽,并可提供數(shù)據(jù)保護(hù)等。3.2基于ip的網(wǎng)絡(luò)存儲網(wǎng)絡(luò)存儲的發(fā)展產(chǎn)生了一種新型的基于IP的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù),IP網(wǎng)絡(luò)存儲是指計(jì)算機(jī)可以通過IP網(wǎng)絡(luò)共享IP網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備的存儲資源。對于基于IPSAN的計(jì)算機(jī),其部分?jǐn)?shù)據(jù)甚至于全部數(shù)據(jù),均可集中存儲于網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備上。這樣用戶就可隨心所欲地使用IP網(wǎng)絡(luò)上的存儲資源,而不受本地存儲資源的限制。在各種基于IP的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)中,IP-SAN是以IP為基礎(chǔ)的SAN存儲方案,是一種可共同使用SAN與NAS,并遵循各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的純軟件解決方案。IP-SAN可讓用戶同時使用千兆以太網(wǎng)、SCSI與FC,建立以IP為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)存儲基本架構(gòu),在IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的塊級存儲,以IP協(xié)議替代FC協(xié)議,可用于網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)用戶和服務(wù)器的連接,隨著基于IP協(xié)議計(jì)算機(jī)的速度不斷提高及千兆以太網(wǎng)的應(yīng)用,基于IP協(xié)議的存儲網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方案成為SAN的最佳選擇。IP-SAN不僅成本低,而且可以解決FC的傳播距離有限、互操作性較差等問題。目前主流的基于IP的存儲方案包括:互聯(lián)網(wǎng)小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口iSCSI(InternetSmallComputerSystemInterface)、互聯(lián)網(wǎng)光纖通道協(xié)議iFCP(InternetFiberChannelProtocol)和基于IP的光纖通道(FCIP)方案。這三種IP存儲方案都有成本低、靈活性強(qiáng)、可管理性好、距離適中以及對以太網(wǎng)技術(shù)有良好支持的特點(diǎn)。3.2.1iiicssi技術(shù)原理iSCSI是一種在IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn),是一個供硬件設(shè)備使用的可在IP協(xié)議上層運(yùn)行的SCSI指令集。簡單地說,iSCSI可以在IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行SCSI協(xié)議,使其能夠在諸如高速千兆以太網(wǎng)上進(jìn)行路由選擇。能夠通過標(biāo)準(zhǔn)IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)和信息。該技術(shù)重要的貢獻(xiàn)體現(xiàn)在:第一,SCSI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是被廣泛采用的存儲設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn);第二,TCP/IP是目前Internet最通用和成熟的協(xié)議,也是Internet事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),且IP網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)建設(shè)非常完善,這些都為iSCSI的無限擴(kuò)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。iSCSI技術(shù)的出現(xiàn)對于以局域網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的用戶來說,它只需要較少的投資,就可方便、快捷地對信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行交互式傳輸和管理,它解決了開放性、容量、傳輸速度、兼容性、安全性等問題。iSCSI技術(shù)原理是將SCSI協(xié)議映射到TCP/IP之上,即將主機(jī)的SCSI命令封裝成TCP/IP數(shù)據(jù)包(包括TCP/IP頭、iSCSI識別包和SCSI數(shù)據(jù)三部分內(nèi)容),在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸,到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后,這三部分內(nèi)容分別被順序地解開并恢復(fù)成封裝前的SCSI命令,從而實(shí)現(xiàn)SCSI命令在IP網(wǎng)絡(luò)上的直接、透明傳輸。iSCSI的工作流程如圖1所示。目前iSCSI配置有三種方式:第一種稱為“獨(dú)立的iSCSI配置方式”,其配置存儲設(shè)備是一單個磁盤,客戶端通過IP網(wǎng)絡(luò)直接訪問存儲設(shè)備;第二種稱為“擴(kuò)展到SAN的iSCSI配置”,其配置存儲設(shè)備是SAN,客戶端通過IP網(wǎng)絡(luò)和iSCSI網(wǎng)關(guān)訪問SAN中的存儲設(shè)備;第三種稱為“有NAS功能的iSCSI網(wǎng)關(guān)配置”,其配置同第二種類似,只是iSCSI網(wǎng)關(guān)中融合有NAS網(wǎng)關(guān)的成分,客戶端可以以NAS方式訪問SAN,也可以用iSCSI的方式訪問SAN。3.2.2ifcp網(wǎng)分布式iFCP是基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò),運(yùn)行在FC上的通信標(biāo)準(zhǔn),并具備網(wǎng)關(guān)功能,它能將FC、RAID陣列、交換機(jī)以及服務(wù)器連接到IP存儲網(wǎng),而不需要額外的基礎(chǔ)架構(gòu)投資。FC在iFCP網(wǎng)關(guān)處終止,信號轉(zhuǎn)換后存儲通信在IP網(wǎng)中進(jìn)行,這樣iFCP就打破了傳統(tǒng)FC的距離(約10公里)限制。當(dāng)不同的FC互連時,每個iFCP網(wǎng)關(guān)域都能作為一個自治系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)作,它的操作配置對整個IP網(wǎng)和其它iFCP網(wǎng)關(guān)域都是透明的。當(dāng)位于iFCP網(wǎng)關(guān)的兩節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行存儲數(shù)據(jù)通信時,首先運(yùn)行內(nèi)部FC協(xié)議,然后被封裝進(jìn)iFCP,然后映射到不同IP地址,數(shù)據(jù)即可通過IP網(wǎng)進(jìn)行交換或路由傳輸了。在安全性方面,iFCP整合了基本的分區(qū)、邏輯單元號隱蔽和分區(qū)隔離技術(shù),并運(yùn)用IPSec自動密鑰管理協(xié)議IKM(InternetKeyManagement)進(jìn)行密鑰安全創(chuàng)建和管理。3.2.3fcip技術(shù)簡介對于將ip作FCIP是一種IP存儲聯(lián)網(wǎng)技術(shù),利用IP網(wǎng)絡(luò)通過數(shù)據(jù)通道在SAN設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)FC協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸,把真正的全球數(shù)據(jù)鏡像與FC-SAN的靈活性、IP網(wǎng)絡(luò)的低成本相結(jié)合,降低遠(yuǎn)程操作的成本,從而把成本節(jié)省和數(shù)據(jù)保護(hù)都提升到了一個新的高度。在同一個SAN范圍內(nèi),TCP/IP數(shù)據(jù)包再封裝成FC通信命令和數(shù)據(jù),從而在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸FC通信命令和數(shù)據(jù)。FCIP可用來克服FC目前存在的距離限制因素,具有實(shí)現(xiàn)糾錯和檢錯的優(yōu)點(diǎn),為用戶有效管理業(yè)務(wù)連續(xù)系統(tǒng)提供了各種更為靈活的方式。FCIP技術(shù)原理是將FC幀封裝到IP數(shù)據(jù)包中,再通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硗庖粋€FC的SAN;目的SAN接收到這個IP包后,將其解包使其恢復(fù)成封裝之前的FC幀。通過FCIP協(xié)議可以方便地實(shí)現(xiàn)兩個距離較遠(yuǎn)的SAN在Internet網(wǎng)絡(luò)上相互通信。3.2.4infini東南角網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)InfiniBand是被用來取代PCI總線的新I/O體系結(jié)構(gòu)。InfiniBand將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到I/O體系中,形成一個I/O交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),主機(jī)系統(tǒng)通過一個或多個主機(jī)通道適配器(HCA,HostChannelAdapter)連接到I/O交換網(wǎng)上,存儲器、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備通過終端通道適配器(TCA,TerminalChannelAdapter)連接到該I/O交換網(wǎng)上。InfiniBand是一種可簡化和加快服務(wù)器之間的連接以及服務(wù)器與其他相關(guān)系統(tǒng)(諸如遠(yuǎn)程存儲和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)之間連接的全新輸入/輸出技術(shù)。它通過一套中心機(jī)構(gòu)(中心InfiniBand交換機(jī))在遠(yuǎn)程存儲器、網(wǎng)絡(luò)以及服務(wù)器等設(shè)備之間建立一個單一的連接鏈路,并由中心InfiniBand交換機(jī)來指揮流量,由于它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得非常緊密,大大提高了系統(tǒng)的性能、可靠性和有效性,能緩解各硬件設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流量擁塞。InfiniBand體系結(jié)構(gòu)將IP網(wǎng)絡(luò)和存儲網(wǎng)絡(luò)合二為一,以交換機(jī)互連和路由器互連的方式支持系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。服務(wù)器端通過HCA連接到主機(jī)內(nèi)存總線上,突破了PCI的帶寬限制,存儲設(shè)備端通過TCA連接到物理設(shè)備上,突破了SCSI和FCIP的帶寬限制。InfiniBand技術(shù)目前主要被較大的數(shù)據(jù)中心所采用。3.2.5采用緩沖器的直接傳輸DAFS(DirectAccessFileSystem,直接訪問文件系統(tǒng))的基本原理是通過縮短服務(wù)器讀寫文件時的數(shù)據(jù)路徑來減少和重新分配CPU的計(jì)算任務(wù)。它提供內(nèi)存到內(nèi)存的直接傳輸途徑,使數(shù)據(jù)塊的復(fù)制工作不需要經(jīng)過應(yīng)用服務(wù)器和文件服務(wù)器的CPU,而是在這兩個物理設(shè)備預(yù)先映射的緩沖區(qū)中直接傳輸。即文件可以直接由應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)酱鎯Ψ?wù)器內(nèi)存,而不必先填充各種各樣的系統(tǒng)緩沖區(qū)和網(wǎng)絡(luò)接收器。DAFS相當(dāng)于通過TCP協(xié)議棧直接與遠(yuǎn)程服務(wù)器的存儲設(shè)備建立一個訪問機(jī)制,降低了時延。3.3基于osd的對象存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)能否成功,必須有效解決以下三個主要問題:第一,提供高性能的存儲,在I/O級和數(shù)據(jù)吞吐率方面能滿足成百上千臺規(guī)模的集群服務(wù)器聚合訪問需求;第二,提供安全的共享數(shù)據(jù)訪問,便于集群應(yīng)用程序的編寫和存儲的負(fù)載均衡;第三,提供強(qiáng)大的容錯能力,確保存儲系統(tǒng)的高可用性。對象存儲(ObjectStorage)技術(shù)正是在這種背景下發(fā)展起來的。對象存儲技術(shù)提供了具有高性能、高可靠性、跨平臺以及安全的數(shù)據(jù)共享的存儲體系結(jié)構(gòu)。對象存儲包括對象(Object)、對象存儲設(shè)備OSD(Object-basedStorageDevice)、文件系統(tǒng)、元數(shù)據(jù)服務(wù)器MDS(MetaDataServer)和網(wǎng)絡(luò)連接等幾個組成部分。每個OSD都是一個智能設(shè)備,具有自己的存儲介質(zhì)、處理器、內(nèi)存以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等,負(fù)責(zé)管理本地的Object,是對象存儲系統(tǒng)的核心。OSD的主要功能包括數(shù)據(jù)存儲和安全訪問。MDS為客戶端提供元數(shù)據(jù),主要是文件的邏輯視圖,包括文件與目錄的組織關(guān)系、每個文件所對應(yīng)的OSD等。在對象存儲系統(tǒng)中,由于每次操作只有一次對元數(shù)據(jù)的訪問,具體的數(shù)據(jù)傳輸都由OSD和客戶端通過直接連接進(jìn)行,大大減少了元數(shù)據(jù)的操作,降低了元數(shù)據(jù)服務(wù)器的負(fù)擔(dān),從而為系統(tǒng)的擴(kuò)展提供了可能性。一個存儲對象是存儲設(shè)備上多個字節(jié)的邏輯集合,包括訪問數(shù)據(jù)的屬性、屬性描述、數(shù)據(jù)特征和阻止非授權(quán)用戶訪問的安全策略等。對象的大小可以變化,它可以存放整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),如文件、數(shù)據(jù)庫表、醫(yī)學(xué)圖像或多媒體數(shù)據(jù)等。存儲對象具有文件和塊二者的優(yōu)點(diǎn):像數(shù)據(jù)塊一樣在存儲設(shè)備上被直接訪問;通過一個對象接口,能像文件一樣,在不同操作系統(tǒng)平臺上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。目前,對象存儲越來越成為網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)中的熱點(diǎn)。特別是將對象存儲和主動存儲結(jié)合起來能更好地發(fā)揮存儲設(shè)備的智能性。謝雨來等通過將對象存儲和主動存儲結(jié)合起來,在基于對象的存儲設(shè)備上集成的具有強(qiáng)大處理能力和對外輸出表達(dá)力的對象接口可以使基于對象的存儲設(shè)備方便地實(shí)現(xiàn)主動存儲。對象存儲系統(tǒng)綜合了SAN的高速直接訪問和NAS的數(shù)據(jù)共享等優(yōu)點(diǎn),其中的對象包含數(shù)據(jù)和屬性,屬性用于描述對象的特征、對象的動態(tài)和靜態(tài)信息、期望的讀寫速率、最可能的訪問模式(串行或隨機(jī))、對象的期望生存時間(用于生命周期管理)、對象的數(shù)據(jù)布局方式(RAID的級別)、以及服務(wù)質(zhì)量QoS等。對象是可變長的,可包含任何類型的數(shù)據(jù)(如文件、數(shù)據(jù)庫記錄、圖像以及多媒體視頻音頻等)。至于包含何種數(shù)據(jù)類型則由應(yīng)用決定。由于這種系統(tǒng)能提供很高的性能,又加之其體系結(jié)構(gòu)的靈活性等優(yōu)勢,使之成為近期研究的熱點(diǎn)。3.4分布式集群存儲模式存儲集群系統(tǒng)的基本原理是,所有的設(shè)備被整合到一個虛擬的存儲池,組成一個透明化的全局文件系統(tǒng),整個集群系統(tǒng)只能分配到一個驅(qū)動器盤符。這樣不僅可以緩解存儲管理壓力,而且可以提高現(xiàn)有磁盤資源的利用率;同時還增加了服務(wù)器共享數(shù)據(jù)的能力,避免了因相同文件被重復(fù)備份而造成的不必要的資源浪費(fèi)。在分布式集群中,所有的物理存儲資源都被整合到一個虛擬的存儲池內(nèi),管理員只需要留意一下存儲設(shè)備與服務(wù)器的連接方式,以及它所運(yùn)行的應(yīng)用程序類型就可以了,諸如配置存儲資源之類的瑣碎事情都由系統(tǒng)自動處理,不需要管理員插手。存儲集群主要有兩大類:一類是集群文件系統(tǒng),一類是建立在集群的架構(gòu)之上的獨(dú)立硬件設(shè)備。目前,集群文件系統(tǒng)之所以受到用戶青睞,主要是因?yàn)樗鼈兡軌蛑С侄鄰S商的存儲設(shè)備,保護(hù)了用戶的原有投資。相比之下,如果采用硬件集群系統(tǒng)的話,就需要添置新的硬件設(shè)備,費(fèi)用比較大。3.5“網(wǎng)格存儲”的特點(diǎn)網(wǎng)格存儲是通過網(wǎng)絡(luò)以一種靈活的、透明的方式分配資源,依照單位的存儲策略和程序,高效地管理存儲資源,以保護(hù)大容量信息資產(chǎn)的安全。網(wǎng)格存儲是以節(jié)點(diǎn)之間的備份為基礎(chǔ),可以在多重節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行內(nèi)容管理與儲存;也可以在存儲環(huán)境上的多重節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資料轉(zhuǎn)移與傳輸。正因?yàn)檫@樣,它可以將NAS和SAN兩種不同的技術(shù)、不同的管理工具、不同的存儲應(yīng)用融合在一起。網(wǎng)格存儲使存儲簡單化,兼容不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,支持不同的系統(tǒng)平臺,在各個分布系統(tǒng)上運(yùn)行而且同步。網(wǎng)格存儲具有以下特點(diǎn):(1)模塊化存儲數(shù)組;(2)共同管理,可以處理所有節(jié)點(diǎn)上數(shù)據(jù)資源,包括數(shù)據(jù)保護(hù)、資料行動化與移植,以及供應(yīng)與需求的分配;(3)共虛擬層,這是邏輯資源池,可支持用戶的各種動態(tài)交互服務(wù);(4)簡化平臺與管理架構(gòu)。總之,網(wǎng)格存儲能很好地解決各類資源的自動優(yōu)化,自動配置,自我保護(hù)和自動恢復(fù)等功能。這顯然是媒體資產(chǎn)管理中所追求的目標(biāo)。4網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的發(fā)展趨勢4.1國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)用戶意識任何一項(xiàng)成功的信息技術(shù),其歷史趨勢都是朝著功能融合、系統(tǒng)增強(qiáng)以及性價比不斷提高的方向發(fā)展。光纖存儲網(wǎng)絡(luò)在速率等各方面均占優(yōu)勢,而且發(fā)展?jié)摿薮?未來肯定仍然是SAN的主流?；ミB的SAN代表了主流的發(fā)展方向,而由光纖構(gòu)成的高速全球性網(wǎng)絡(luò)帶來的以存儲為中心的計(jì)算卻更有前景。由DAS→NAS、SAN孤島→廣域SAN→未來的全球性寬帶存儲網(wǎng)絡(luò),將是網(wǎng)絡(luò)存儲發(fā)展模式的技術(shù)路線。和信息處理及信息傳輸技術(shù)的發(fā)展一樣,未來的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的發(fā)展趨勢將朝著功能不斷增強(qiáng)、各種技術(shù)相互融合和滲透,智能化更強(qiáng),效率更高的方向發(fā)展。4.2存儲的虛擬化和智能4.2.1實(shí)現(xiàn)了用戶動態(tài)存儲虛擬存儲實(shí)際上并不是一種新的存儲管理技術(shù),但虛擬存儲技術(shù)發(fā)展迅速,潛力很大,正逐步成為共享存儲管理的主流技術(shù)。存儲虛擬化將不同接口協(xié)議的物理存儲設(shè)備整合成一個虛擬存儲池,根據(jù)需要為主機(jī)創(chuàng)建并提供等效于本地邏輯設(shè)備的虛擬存儲卷。通過動態(tài)地管理存儲空間,虛擬存儲技術(shù)避免存儲空間被無效占用,從而提高了存儲設(shè)備利用率。從專業(yè)角度看,虛擬存儲實(shí)際上是邏輯存儲,是一種智能、有效地管理存儲數(shù)據(jù)的方式;從