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儲存網路技術的現狀與發展

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儲存網路技術的現狀與發展

當今所說的“儲存”是包含傳統儲存介質在內,結合網路、通訊等相關技術,向著虛擬化、網路化方向發展的一個全新概念。附網儲存(Network Attached Storage,NAS)、儲存區域網(Storage Area Network,SAN)和IP—SAN是網路儲存技術的三個主要方向。本文將就網路儲存技術的關鍵概念、關鍵技術、研究結果和應用,以及未來發展趨勢進行介紹。

  一、國內外研究現狀

NAS和SAN是網路儲存中的兩大關鍵技術,圍繞這兩大技術,當今網路儲存技術的發展方向主要有:NAS和SAN的整合技術、IP儲存技術、網格儲存技術、虛擬化儲存技術、物件儲存技術、儲存機群系統、基於光纖通道的SAN(FC—SAN)和基於IP的SAN(IP-SAN)(在IP_SAN中,iSCSI是應用最廣泛的技術)、分散式異構儲存網路、網路儲存裝置、網路儲存整合技術研究、序列SAS(Serial Attach SCSI)。NAS解決方案:NetApp FAS270C;SAN解決方案:DELL,EMC AX1O0。

  二、關鍵概念與關鍵技術介紹

  (一)儲存虛擬化技術

儲存虛擬化的核心工作是將物理儲存裝置對映到單一邏輯資源池。為使用者和應用程式提供虛擬磁碟或虛擬卷,隱藏具體物理裝置的物理特性。從而實現對儲存系統的集中管理,使客戶的儲存系統容納更多資料,更多的使用者共享同一個系統,儲存管理操作(例如系統升級、建立和分配虛擬磁碟、改變RAID級別、擴充儲存空間等)變得更為簡便。

根據資料與控制資訊是否使用同一通道傳輸,儲存虛擬化可以分為In—Band和Out—of-Band兩種實現模型。In—Band模型是最常用的虛擬化形式,通過主機伺服器和儲存裝置之間的儲存區域在資料路徑中插入儲存抽象層,用虛擬儲存控制裝置中的管理軟體來管理和配置儲存裝置,資料和控制資訊使用同一條通路。這種方法可以節省硬體投資,但是在虛擬儲存控制裝置處容易造成網路擁塞而形成系統瓶頸,降低效能。在實際應用中這種結構常採用冗餘配置,以避免單點故障。Out—of--Band模型中,資料和控制資訊使用不同的傳輸通道,應用伺服器的I/0命令先通過專用命令通路傳送至專用的元資料伺服器或控制器,獲得元資料和資料檢視後,再直接通過資料通路得到所需資料。因此減少了網路延遲,增加了頻寬的可升級性,從而提高了系統性能。這種結構可避免系統的單點故障和瓶頸,但是在一定程度上增加了使用者的投資。

儲存虛擬化可以在伺服器、儲存裝置或在專用裝置上實現。基於伺服器端的實現是將虛擬化層放在應用伺服器上,通過改造作業系統或者加上虛擬層來實現對映工作,這種方法不需要額外硬體。基於儲存裝置的方案是將虛擬化層放在儲存裝置的介面卡或控制器,這種方法在理論上效能最優,能充分考慮儲存裝置的物理特性,並將應用伺服器從虛擬化儲存的實現工作中徹底解放出來,方法簡單。

由於儲存網路本身是系統中的一個專用的網路,所以可通過在儲存區域網路這一級採用智慧化的儲存路由器、儲存交換機,或者增加一個元資料伺服器等來實現虛擬化的工作。

  (二)IP儲存技術

2003年2月11日通過了由IBM、思科共同發起的iSCSI標準。iSCSI是一個供硬體裝置使用的,可以在IP協議的上層執行的SCSI指令集。使其能夠在諸如高速千兆乙太網上進行路由選擇,能夠通過標準網際網路協議(IP)傳輸資料和資訊。

由於iSCSI技術是基於IP協議的,能容納所有IP協議網路中的部件,因此,使用者可以在任何需要的地方建立實際的SAN網路,而不需要專門的光纖通道網路在伺服器和儲存裝置之間傳送資料。同時,因為沒有光纖通道對傳輸距離的限制。IPSAN使用標準的TCP/IP協議,資料即可在乙太網上進行傳輸。

採用iSCSI技術組成的IPSAN可以提供和傳統FcSAN相媲美的解決方案。而且普通伺服器或PC機只需要具備網絡卡,即可共享和使用大容量的儲存空間。與傳統的FC SAN相比,IP SAN技術簡單、低成本的特色相當明顯。在10Gb乙太網環境下,完全可以與FcSAN在交換效能上一爭高低。

  (三)儲存集群系統

叢集儲存系統的基本原理是,所有的裝置被整合到一個虛擬的儲存池,組成一個透明化的全域性檔案系統,整個集群系統只能分配到一個驅動器碟符。這樣不僅可以提高磁碟資源的利用率;還增加了伺服器共享資料的能力,避免了因相同檔案被重複備份而造成的不必要的資源浪費。

兩臺控制器耦合在一起,互為冗餘。如果其中一臺裝置發生了故障,另一臺將會自動頂替上,維持業務的連續性,這就是最簡單的叢集形式。active—passive工作模式的冗餘雙控制器配置方案,兩臺控制器中總有一臺一直處於備用狀態,從控制器並不會分擔主控制器的工作負載,而且系統容量是無法擴充套件的。active—active工作模式下,在兩臺控制器之間可以實現雙向的失效切換和負載均衡分配。

儲存叢集主要有兩大類:一類是叢集檔案系統。一類是建立在叢集的架構之上的獨立硬體裝置。目前,開發叢集檔案系統軟體有IBM、Ibrix、PolyServe、Red Hat、SGI和Vefitas等公司。它們都是基於主機的應用軟體,可將SAN網路中分佈的伺服器叢集在一起,提供一個統一的管理介面。從而能夠支援多廠商的儲存裝置,保護使用者的`原有投資。相比之下,如果採用硬體集群系統的話,就需要添置新的硬體裝置,費用比較大。

  (四)網格儲存技術

網格儲存是網格技術發展的重要組成部分。它將儲存和儲存引擎整合成內部相連的網格,通過網路以一種靈活的、透明的方式分配資源,依照單位的儲存策略和程式高效地管理儲存資源,以保護大容量資訊資產的安全。

網格儲存具有以下特點:1.模組化儲存陣列;2.共通管理,可以處理所有節點上資料資源,包括資料保護、資料行動化與移植以及供應與需求的分配;3.共通虛擬層,這是邏輯資源池,可支援使用者的各種動態互動服務;4.簡化平臺與管理架構。總之,網格儲存能很好地解決各類資源的自動優化,自動配置,自我保護和自動恢復等功能。這顯然是媒體資產管理中所追求的目標。

網格儲存是以節點之間的備份為基礎,可以在多重節點上進行內容管理與儲存,也可以在儲存環境上的多重節點進行資料轉移與傳輸。既可應用於SAN環境,又可應用於NAS環境。可以將不同的管理工具、不同的儲存應用融合在一起,相容不同的網路協議,支援不同的系統平臺,在各個分佈系統上執行而且同步。對於容量、效能、服務質量和連線協議的可升級性,遠遠超出當前有限的虛擬化實現途徑。

  三、結論:

市場的需求帶動了商業的發展,從而也大大促進了技術的更新。例如:思科提出的自防禦網絡概念、智慧儲存網路;IBM提出的儲存網路容災備份解決方案;安捷倫科技為儲存網路推出4Gbit/s PCI Express 光纖通道控制器、業內第一款4GB/S光纖通道控制器晶片。網路儲存也正朝著虛擬化、叢集化的方向發展,但還沒有得到推廣與完善。尚待解決的問題有:NAS儲存效能較低、儲存量過大、降低區域網的效能、SAN的實際侷限和地理範圍拓展的矛盾等。