計算機網絡系統從服務器/客戶機模式到今天的網絡計算環境，再到今后的移動計算環境，對數據的請求不再受時間和空間的限制。隨著計算機能力的不斷提高，數據量也在不斷膨脹。數據是網絡中最寶貴的資源，因數據問題導致的損失可能使一個企業破產。隨著信息化的不斷推進，日常業務對網絡的依賴越來越強，數據呈指數級增長，數據管理和維護工作日益繁雜。
網絡存儲系統是制約網絡I/O吞吐量的瓶頸，合理地設計和規劃網絡存儲系統，會最大限度地降低總體擁有成本，使網絡性能得到充分發揮。
本文對網絡存儲結構NAS、SAN和iSCSI進行了分析，根據存儲服務質量的各項評價指標，對其進行綜合評價。研究結果表明，iSCSI是NAS和SAN兩種技術在TCP/IP網絡上的融合，通過把面向數據塊的SCSI協議封裝在TCP/IP包中，以便在TCP/IP網絡上傳送，可以達到較好的存儲性價比。
1 NAS
1.1 NAS結構
網絡附加存儲NAS（Network Attached Storage）將存儲設備連接到現有的網絡上，提供數據和文件服務。NAS服務器一般由存儲硬件、操作系統以及其上的文件系統等幾個部分組成。它基于TCP/IP協議實現文件級數據的存取服務。
NAS將存儲設備通過標準的網絡拓撲結構連接，可以無需服務器直接上網，不依賴通用的操作系統，而是采用一個面向用戶設計的、專門用于數據存儲的簡化操作系統，內置了與網絡連接所需的協議，因此使整個系統的管理和設置較為簡單。NAS的體系結構如圖1所示。
圖 1 NAS的體系結構
1.2 NAS的特性
NAS是精簡型服務器，在硬件架構上只需CPU、內存、硬盤、網卡和主機板等。在軟件方面，操作系統也是精簡型系統，有些甚至是免費的Linux。采用磁盤陣列技術，NAS可保證硬件設備和數據的安全與完整。通過網絡共享數據，即使相應的應用服務器不再工作，仍然可以讀取數據。所采用的嵌入式操作系統具有很強的穩定性和可靠性，網絡管理員可方便地設置用戶或用戶組對NAS服務器的訪問權限。
NAS只適用于較小網絡規模或者較低數據流量的網絡數據備份。NAS仍使用網絡進行備份和恢復，LAN除了處理正常的最終用戶傳輸流外，還必須處理包括備份的存儲磁盤請求。
2 SAN
存儲區域網絡SAN（Storage Area Network）是一種在服務器和外部存儲資源或獨立的存儲資源之間實現高速可靠訪問的專用網絡。SAN采用可擴展的網絡拓撲結構連接服務器和存儲設備，每個存儲設備不隸屬于任何一臺服務器，所有的存儲設備都可以在全部的網絡服務器之間作為對等資源共享。SAN網絡結構如圖2所示。
圖2 SAN體系結構
SAN作為網絡存儲設施，旨在提供靈活、高性能和可擴展的存儲環境，擅長在服務器和存儲設備之間傳輸大塊數據，特別適于以下應用場合：
（1）對響應時間、可用性和可擴展性要求高的關鍵任務數據庫應用；
（2）對性能、數據完整性和可靠性要求高的集中存儲備份，以保證關鍵數據的安全，可極大地提高企業數據備份和恢復操作的可靠性和可擴展性；
（3）海量存儲的應用環境，如圖書館、銀行、證券、中大型企業或組織的數據中心；
（4）支持服務器及其連接設備之間提供光纖通道高性能和擴展的距離。
3 iSCSI
Internet小型機系統接口協議iSCSI（Internet Small Computer System Interface）是一種端到端的協議，用于在IP網絡中傳輸和存儲I/O數據塊。該協議被用于服務器、存儲設備和協議傳輸網關設備。iSCSI使用標準的以太網交換機和路由器，將數據從服務器轉移到存儲設備。它還使得IP和以太網基礎設施可以被用于對SAN存儲系統的擴展訪問，跨過任意距離完成對SAN的擴展接入。
iSCSI協議整合了存儲和IP網絡，使通過IP網絡完成存儲數據塊的傳輸成為現實。它建立在兩個已被廣泛應用的技術之上—為存儲而建立的SCSI命令以及為網絡化而建立的IP協議。iSCSI協議層次模型如圖3所示。
圖3 iSCSI協議層次模型
iSCSI協議定義了在TCP/IP網絡發送、接收block(數據塊)級的存儲數據的規則和方法。發送端將SCSI命令和數據封裝到TCP/IP包中再通過網絡轉發，接收端收到TCP/IP包之后，將其還原為SCSI命令和數據并執行，然后將返回的SCSI命令和數據再封裝到TCP/IP包中再傳送回發送端。而整個過程在用戶看來，使用遠端的存儲設備就像訪問本地的SCSI設備一樣簡單。支持iSCSI技術的服務器和存儲設備能夠直接連接到現有的IP交換機和路由器上。
4 iSCSI同NAS,SAN的比較與分析
4.1 網絡存儲效率比較
研究問題:iSCSI是NAS和SAN兩種技術在TCP/IP網絡上的融合，通過把面向數據塊的SCSI協議封裝在TCP/IP包中，以便在TCP/IP網絡上傳送。現在對6個數據量大小不同的樣本分別使用3種方式進行數據存儲，得到的綜合評價為:隨著數據量的增大，NAS的存儲效率逐漸降低，最后變得不可用，SAN受到很小的影響，而iSCSI則逐漸趨向穩定。分析結果如圖4所示。
圖4 不同存儲結構針對不同數據塊的存儲效率
結果表明，NAS只適用于較小網絡規模或者較低數據流量的網絡數據備份，當數據量增多時，NAS的存儲效率將急劇下降;SAN提供高性能和擴展的存儲環境，擅長在服務器和存儲設備之間傳輸大塊數據;相對于NAS,iSCSI帶寬高、功能強(特別是遠程復制和災難恢復)、可用性強，能夠處理大塊數據的傳輸。
4.2 存儲成本的比較和分析
NAS投資成本較高(后期擴容成本高)，而可靠度不高，一般文件服務器沒有高可用配置，存在單點故障;SAN應用在對性能、數據完整性和可靠性要求高的集中存儲備份，以保證關鍵數據的安全，但實現成本極高。iSCSI連接距離更長，突破FC/SAN目前10 km的局限，其利用現有的TCP/IP基礎設施來構筑SAN，網絡部署成本相對較低。
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