网络存储：SAN与NAS和谐统一

SAN与NAS和谐统一 

　　两年前那场关于用户应该采用SAN还是NAS的争论，使大家对两种技术有了更全面的了解，也促使了后来共识的达成—用户使用SAN或者NAS应该根据不同的需求而区别对待，有些应用适合使用NAS，有些应用适合使用SAN，而且NAS与SAN的融合是一个必然的趋势。 

　　如今，这一趋势早已变成了现实。众多厂商推出了融合NAS与SAN的集成解决方案，更好地满足了用户的存储需求。 

　　对广大用户来说，如果要评判一个SAN与NAS结合方案的优劣，或者是真正部署一个融合的方案，首先要站在两者技术特性的基础上去理解他们之间的应用互补。 

SAN的主要特点 

　　要正确理解SAN，我们最好还是从物理架构来定义它。从图1我们可以看出，高性能的光纤通道交换机和光纤通道网络协议是SAN的关键。我们把以光纤通道交换机为骨干的网络拓扑结构称为“SAN Fabric”。而光纤通道协议是SAN的另一个本质特征。SAN正是利用光纤通道协议上加载SCSI协议来达到可靠的块级数据传输。为了实现最大的灵活性，某些公司还对其产品进行了专门设计，以便支持现有和新研制的协议，比如基于IP的光纤通道协议、iSCSI和InfiniBand等，符合开放式行业标准以及全面的互用性测试，有助于实现可靠的多厂商SAN解决方案。 

　　SAN以光纤通道交换机和光纤通道协议为主要特征的本质决定了它的诸多优点，我们可以简单地概括为性能、距离、管理等方面。首先，在一些关键应用中，传输块级数据要求必须使用SAN——尤其是多个服务器共同向大型存储设备进行读取。由于在数据传输时被分成小段，使SAN对服务器处理的依赖较少，可以有效地传送爆发性的块数据，SAN的性能及可靠性就得到了充分的发挥。其次，通过城域网（MAN），SAN可以实现远程灾难恢复。一般地，使用E3信道，SAN可以在不降低性能的同时将部件间的距离增加至150km。第三，很重要的一点，SAN的管理是集中而且高效的。用户可以在线添加/删除设备、动态调整存储网络以及将异构设备统一成存储池等。 

　　由于上述SAN的种种技术特色使得其可以广泛胜任于用户各类关键应用。博科通信（北京）公司技术总监司马聪先生介绍说，对于用户的某些关键应用，例如紧急任务数据库应用，如果不采用SAN就很难满足数据的存储需求。 

　　当然，在长期的采访中，我们也经常从集成商和用户那里听到这样的声音：由于光纤通道技术的一些原因，SAN发展相对较为缓慢。这些原因包括：光纤通道设备的互操作性差；采用光纤通道技术的系统造价非常昂贵；管理基于光纤通道技术的SAN非常昂贵等。 

NAS 的主要特点 

　　我们对NAS的定义同样可以通过物理架构来看（见图2）。NAS使用了传统以太网和IP协议，当进行文件共享时，则利用了NFS和CIFS以沟通NT和Unix系统。由于NFS和CIFS都是基于操作系统的文件共享协议，所以NAS的性能特点是进行小文件级的共享存取。 

　　从NAS的简单机制可引申出它的一些明显的优缺点。优点方面，NAS的部署非常简单，只须与传统交换机连接即可；其次，它的成本较低，因为NAS的投资仅限于一台NAS服务器，而不像SAN是整个存储网络，同时，NAS服务器的价格往往是针对中小企业定位的；第三，NAS服务器的管理非常简单，它一般都支持Web的客户端管理，对熟悉操作系统的网络管理人员来说，其设置既熟悉又简单。在简单易用的背后，NAS的缺点也非常明显。从性能上看，由于与应用使用同一网络，NAS会增加网络拥塞，反过来，NAS性能也严重受制于网络传输数据能力; 其次，从数据安全性看，NAS一般只提供两级用户安全机制，虽然这能简化使用，但还需要用户额外增加适当级别的文件安全手段。

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　由此可以看出，NAS主要应用于文件共享任务：在典型的如Unix环境下的 NFS 和在 Windows NT 环境下的 CIFS 提供了高水平的文件同时存取保护。 

　　另外，在某些情况下，用户可以在数据库应用中谨慎使用 NAS 解决方案，这类情形通常限于以下条件：大多数数据存取为只读方式、数据库小、存取量低、且不指定预定性能。某集成商告诉记者，在这种情况下，NAS解决方案对减少用户整体存储成本有很大帮助。 

　　概括来说，SAN对于高容量块状级数据传输具有明显的优势，而NAS则更加适合文件级别上的数据处理。尽管二者存在根本特性上的差异，但SAN和NAS实际上也是能够相互补充的存储技术。例如，SAN擅长块数据传输、极易扩展且管理设备有效。用户可以使用 SAN运行关键应用，比如数据库、备份等，以进行数据的集中存取与管理；而NAS 支持若干客户端之间文件共享，所以用户可以使用NAS作为日常办公中需要经常交换小文件的地方，比如存储网页等。SAN和NAS在实际情况中是可以并存在一个系统中。例如，SAN更多与NAS联合使用，可以为NAS设备提供高性能、大容量的存储设备，同时许多SAN通常驻留在NAS应用中。 

融合的原因 

　　具体分析，用户要求建设SAN和NAS融合系统主要有如下原因。 

　　扩展性 

　　以光纤为接口的存储网络SAN提供一个高扩展性、高性能的网络存储机构。光纤交换机、光纤存储阵列同时提供高性能(200Mbps)和更大的服务器扩展空间。这是以SCSI为基础的系统所缺乏的。网络存储NAS可以是已经配置好的，完整的并可追加至数个至数十个TB的网络存储设备。由于NAS设备是基于目前的TCP/IP网络，远距离存储设备是完全可以实现。一套融合SAN和NAS的解决方案全面获得应用光纤通道的能力，从而让用户获得更大的扩展性、远程存储和高性能等优点。 

　　存储管理 

　　SAN存储网络提供一个存储系统、备份设备和服务器相互连接的架构。他们之间的数据不再在以太网络上流通从而大大提高以太网络的性能。正由于存储设备与服务器完全分离，用户获得一个与服务器分开的存储管理理念。我们现在可以对企业的数据和存储作特殊和专业的管理，不用再像以前那样把数据管理与服务器管理混为一谈。复制、备份、恢复数据和安全的管理可以以中央的控制和管理手段进行。加上把不同的存储池以网络方式连接，用户可以以任何他们需要的方式访问他们的数据，并获得更高的数据完整性。 

　　可用性 

　　SAN的高可用性是基于它对灾难恢复、在线备份能力和对冗余存储系统和数据的时效切换能力而来。NAS应用成熟的网络结构提供快速的文件存取时间和高可用性，数据复制(在存储系统层面)等功能可以保护和提供稳固的文件级存储。一个融合SAN和NAS技术的存储解决方案全面提供一套在以块(Block)和文件(File)I/O为基础的高效率平衡方案从而全面增强数据的可用性。应用光纤通道的SAN和NAS，整个存储方案提供对主机的多层面的存储连接，高性能、高可用和容易维护等优点全由一个网络架构提供。 

　　服务器联合 

　　在一个SAN系统中，服务器完全连接到一个数据网络，增加了对用户共有存储阵列的连接。高效率和经济的存储分配可以通过聚合的和高磁盘使用率获得。一个NAS系统包含在一台NAS服务器中的文件系统并通过以太网接口连接到以太网内，同时使用用户的存储空间。由于服务器的增长和存储的增长不一样，开放的服务器可以基于数据处理作为组合和管理基础，不受存储限制。一套融合SAN和NAS的存储系统全面提高Unix和Windows服务器对存储设备的使用率达到75%或者更高。 

　　NAS和SAN是互补技术 

　　一些其他的信息技术趋势已经驱使融合网络的采用，其中包括：一些分散式的应用和用户要求访问相同的数据；对提供更高的性能、高可靠性和更低的拥有成本的专有功能系统的高增长要求；以成熟和习惯的网络标准包括TCP/IP, NFS和CIFS为基础的操作；一个全面降低管理成本和复杂性的需求；一个不需要增加任何人员的高扩展存储系统；一套可以通过重新规划的系统以维持目前拥有的硬件和管理人员的价值等。 

　　NetApp公司中国区总经理陈文俊指出，从用户应用的角度来划分，必须采用SAN或者NAS的都是少数，绝大多数的应用需求采用SAN或者NAS都能满足，而采用SAN与NAS融合的方案作到了最好的满足（如图3所示）。 

　　有集成商这样告诉笔者，对“网络存储”概念的正确解释应该是“一个统一的SAN和NAS组成的基础架构，实现服务器、存储和人员的整合，真正做到整个网络的存储而不是部分网络存储”。以往与客户打交道，集成商做得最多的事情之一就是解答SAN与NAS的区别，现在很少有这种问题了，客户们只说“我有这么多东西，你帮我整合到一起”。集成商也不需再表白自己有NAS还是SAN，而只需说“你把需求拿出来，我给你一个Total的方案”。 

　　融合的方案 

　　目前，众多公司已经推出了融合NAS与SAN的存储解决方案。每家的方案都会有独特的一面，然而，从总体上看，这些方案大致可分为两类——“NAS头”与“统一存储系统”。 

　　NAS头的概念实际上相当简单。NAS头由专为提供文件服务而优化的部件构成，这种部件也叫文件管理器(filer)。这些NAS头连接到后端上的SAN存储上，使IT可以以类似于利用SAN存储为其他应用提供存储容量的方式，为NAS头提供存储容量。这就使NAS头后面的存储设备可以根据环境的需求扩展到非常大的容量。

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　　近来包括IBM、HP、Auspex在内的一些公司先后推出了与其SAN产品相结合的NAS头产品。 

　　惠普网络存储产品部技术中心经理朱圣瑜告诉笔者，融合的方案其实很简单，惠普早就为用户提供了SAN与NAS相结合的集成解决方案。作为企业级的NAS存储系统，惠普NAS8000能够通过虚拟SAN来存储NAS数据与传统的SAN数据，实现了对NAS和SAN体系结构的集成。 

　　与惠普的作法相类似，Auspex公司的产品NSc3000的前端通过传统的IP网络与客户端相连，后端通过FC SAN与网络存储设备相连。NSc3000向其客户端提供传统的服务，如NFS或CIFS。客户端将所有的请求送给NSc3000，其系统相应也通过NSc3000送还给用户。通过NSc3000这样的NAS头，NAS系统与SAN系统可以共享存储空间。 

　　NAS头系统虽然在一定程度上解决了NAS与SAN系统的存储设备级的共享问题，但在文件级的共享问题上却与传统的NAS系统遇到了同样的可扩展性问题。当一个文件系统负载很大时，NAS头很可能成为系统的瓶颈。笔者在前些时候《前进中的NAS》一文中也介绍了一些解决此类问题的方法，如NAS群集技术等。 

　　在NAS与SAN融合的过程中，“NAS头”方案主要的工作在NAS一端，NAS产品增加了可与SAN相连的“接口”，在融合的方案中往往也是“既有NAS，又有SAN”。而在“统一存储系统”中，整个系统只有一个用户接口。 

　　EMC公司在2001年推出HighRoad MultiPlex File System。HighRoad系统中包含一个或多个名为Celerra的系统服务器、多个Unix和Windows的客户端，以及多个名为Symmetrix的网络存储设备。系统服务器和客户端都是通过光纤通道与存储设备相连，而系统服务器与客户端则通过传统的IP网络连接。在HighRoad系统中，系统服务器是惟一需要理解文件系统结构的部分，其他的系统组成部分都与文件系统无关。系统服务器通过IP网络向客户端提供文件元数据服务；客户端在获取元数据信息之后，通过光纤通道直接访问网络存储设备。文件的数据位置信息和并发文件访问都是通过FMP（File Mapping Protocol）协议实现的。一个HighRoad系统中可以含有多个文件系统，但每个文件系统必须与一个系统服务器相对应。 

　　业内另一实现“统一存储系统”的是NetApp的FAS（统一网络存储）系统。这种实现方式和在SAN前加NAS头正好相反，不是SAN到NAS的支持，而是NAS到SAN的支持，即在原有的NAS基础上，增加对FCP协议的支持。由于NAS具有自己的操作系统和文件系统，因此增加的FCP和原有的NFS、CIFS、HTTP一样，仅是一个协议的支持。同一网络存储可以通过不同的接口卡完成对SAN和NAS的同时支持，如通过以太网卡提供NAS的访问服务，而同时又可以通过HBA卡提供SAN的访问服务。至于NAS和SAN则可以共同地有效使用所有虚拟化的空间。同时，可以看到这种实现的模型其管理还是原有的NetApp的产品，因此管理复杂度没有大幅度的改动。换言之，这种统一网络存储也给SAN的存储带来了一种简单化管理的实现方式。 

产品链接 

　　Auspex NSc3000 

　　NSc3000具有以下几大特点：首先，它采用虚分区技术，可将多个LUN集成到一个逻辑卷中，在多条文件访问途径的协助下，可大为改善存储性能；其次，利用SnapShot提供基于时间点的文件系统备份，有助于单个文件和整个文件系统的恢复；再有，在SAN数据大集中环境下，NSc3000既可实现异构系统间共享文件和文件系统，又可完成SAN服务器和客户端文件间的共享，使得数据可被多个应用服务器和客户端所共享，并可在同一时间内被访问。 

　　EMC Celerra NS600 

　　作为Celerra系列网络服务器的最新成员，NS600将Celerra系列的高可用性、高性能与易管理性与强大的第6代CLARiiON存储融会在一套NAS解决方案中。 

　　NS600提供了内置高可用性架构、卓越的性价比。采用Celerra NS600产品，用户可以在集中式管理的信息存储系统中获得分布式文件服务，能够通过多协议文件存取方式动态地扩展、共享并通过高效的方式管理文件系统。充分利用同时对NFS和CIFS协议的支持，让Unix和Windows客户机共享使用Celerra系列先进的文件锁定机制的文件。 

　　惠普NAS8000 

　　作为一款企业级的NAS产品，惠普的NAS8000无论在连接性、可用性还是扩展性上都有了新的突破，既免去了SAN在异构环境下难以实现文件共享的难题，又用独特的设计保证了网络的安全性，让用户在节省成本的情况下轻松解决网络问题。 

　　NAS8000可以将存储增加到15.4TB，用户可以通过在机架上添加一些NAS单元，使存储容量超前于预期的要求，这样既不会因为采购超支而遇到财务问题，也不会陷入系统无法扩展的困境。同时，用户还可以通过将存储附加到磁盘阵列上，并将更多的容量附加到XP阵列和SAN上，从而最大限度地增加了单位面积的TB数。为了保证系统的可用性，NAS8000提供了两路集群、冗余、热插拔电源和风扇，以及热插拔硬盘驱动器，从而提高系统的正常运行时间。 

　　IBM NAS300g 

　　NAS300g是软件和应用性能经过优化处理的专用设备，提供对现有存储的访问并支持资源的高效使用。它允许IP网络上的客户机和服务器访问存储区域网（SAN），而不需要每个服务器或客户机都单独连接光纤通道；可以使用250个持久的数据的真实映像视图中的任何一个来实现优异的备份功能；采用Tivoli SANergy配置后，会易于操作和实现光纤通道的速度；双节点可以帮助确保关键任务过程的持续运行；提供对多个SAN存储设备的访问，支持灵活的配置和容量的增加。在访问存储时使用符合工业标准的协议和硬件。NAS300g专为实现低初始投资、低总拥有成本而设计。 

　　NetApp FAS960 

　　NetApp最高性能的服务器FAS960在简单、可靠、灵活和可管理的系统中提供行更高的性能。NetApp FAS960已并入了集成但独立的管理处理器，支持进行连续的系统运行情况监控，甚至可以提供更长的正常运行时间。根据设计，FAS960适合于数以千计的独立用户以及大型的、高带宽的应用程序。由于FAS960能够在一个系统中管理24TB的数据并且能够在一个文件系统中管理8TB的数据，因此它可以更好满足众多企业的存储需求。