数据存储与备份技术

数 据 存 储 与 备 份 技 术闪 存直 接 外 挂 存 储 （ DAS） 存 储 域 网 络 （ SAN）网 络 附 加 存 储 设 备 （ NAS）存 储 技 术 发 展数 据 备 份 闪 存 是 内 存 的 一 种 ， 闪 存 卡 （ Flash Card） 是 利 用闪 存 （ Flash Memory） 技 术 达 到 存 储 电 子 信 息 的 存 储器 ， 一 般 应 用 在 数 码 相 机 ， 掌 上 电 脑 ， MP3等 小 型 数码 产 品 中 作 为 存 储 介 质 ， 所 以 样 子 小 巧 ， 有 如 一 张 卡片 ， 所 以 称 之 为 闪 存 卡 。 根 据 不 同 的 生 产 厂 商 和 不 同的 应 用 ， 闪 存 卡 大 概 有 ：SmartMedia（ SM卡 ） 、 Compact Flash（ CF卡 ） 、MultiMediaCard（ MMC卡 ） 、 Secure Digital（ SD卡 ） 、Memory Stick（ 记 忆 棒 ） 、 XD-Picture Card（ XD卡 ）和 微 硬 盘 （ MICRODRIVE） 。 Compact Flash的 诞 生 比 较 早 ， 由最 大 的 Flash Memory卡 厂 商 之一 美 国 SanDisk于1994年 首 次 推 出 。意 为 “标 准 闪 存 卡 ”，简 称 “CF卡 ”。 CF卡 与 其 它 存 储 卡 相 比 ， 有 几个 特 点 。 CF卡 使 用 flash作 为 存 储媒 介 ， 无 需 供 电 也 能 保 存 资 料 ， 而且 工 作 时 耗 电 量 也 很 低 ， 它 在3.3V或 者 5V的 电 压 下 工 作 ， 其 耗电 量 只 相 当 于 传 统 存 储 设 备 如 磁 带 、硬 盘 的 3%或 更 低 ， 适 合 用 在 移 动设 备 上 ； 如 上 图 ， CF卡 由 两 个 基本 部 分 组 成 ： 控 制 芯 片 和 闪 存 模 组 ，闪 存 用 于 存 储 信 息 ， 控 制 芯 片 用 来实 现 与 主 机 的 连 接 及 控 制 数 据 在 闪存 模 块 中 的 传 输 。 CF卡 比 闪 盘 之 类 的 存 储 器 更 加接 近 硬 盘 ， CF卡 内 部 控 制 器 设 计完 全 模 拟 硬 盘 ， 而 且 使 用 标 准 的ATA/IDE接 口 界 面 ， 可 以 很 容 易 的通 过 IDE接 口 与 电 脑 连 接 ， 而 且 早已 实 现 无 驱 动 设 计 ， 使 用 非 常 方 便 。CF卡 最 初 一 般 是 配 备 PCMCIA适配 器 在 笔 记 本 电 脑 的 PCMCIA插 槽上 使 用 ， 现 在 还 有 了 许 多 USB、IEEE1394读 卡 器 等 各 种 各 样 的 CF适 配 器 ， 使 CF卡 与 电 脑 之 间 的 信息 传 输 变 得 更 加 方 便 。 SmartMedia是 由 东 芝 公 司 Toshiba America Electronic Components（ TAEC） 在 1995年 11月 发 布 的 Flash Memory存 贮 卡 ， 三 星 公 司 Samsung Electronic Co.在 1996年 购 买 了 生 产 和销 售 许 可 ， 这 两 家 公 司 成 为 主 要 的SmartMedia厂 商 。 SmartMedia采 用 了 东 芝 大 力 鼓 吹 的NAND型 Flash Memory， 因 此 体 积 做 得很 小 ： 45mm x 37mm x 0.76mm，非 常 的 薄 ， 仅 重 1.8克 。 NAND型 Flash Memory的 功 劳 还 使 得 SmartMedia具 有比 较 高 的 擦 写 性 能 ， 成 为 除 了 薄 以 外 的 另一 个 特 点 。 SmartMedia为 了 节 省 自 身 的 成 本 ， 存 贮 卡 上 只 有 Flash Memory模 块 和 接 口 ， 而 并 没 有 包 括 控 制 芯 片 ， 所 以 使 用SmartMedia的 设 备 必 须 自 己 装 置 控 制 机 构 。 但 这 却 带 来 了令 人 头 疼 的 兼 容 性 问 题 ： 由 于 各 家 的 控 制 不 尽 相 同 ， 所 以 存在 着 格 式 互 不 兼 容 的 现 象 ， 如 一 张 SmartMedia在 某 个 MP3播 放 器 上 用 了 ， 往 往 就 不 能 直 接 在 数 码 相 机 上 使 用 。 另 外 旧的 设 备 是 根 据 以 前 的 SmartMedia规 范 来 设 计 的 ， 所 以 当SmartMedia推 出 新 的 升 级 产 品 时 ， 规 范 往 往 会 改 变 ， 以 前的 设 备 很 多 就 无 法 使 用 。 例 如 推 出 新 容 量 SmartMedia时 ，页 /块 大 小 和 其 它 一 些 东 西 都 改 变 了 ， 结 果 新 容 量 的SmartMedia无 法 在 很 多 旧 的 设 备 上 使 用 ， 造 成 不 少 浪 费 。 接 口 方 面 ， SmartMedia采 用 了 22针 的 接 口 ， 我 们 在 卡上 看 到 的 是 遍 平 的 金 手 指 。 MMC即 MultiMediaCard，由 西 门 子 公 司 Siemens（ 现 在 称为 Infineon） 和 首 推 CF的SanDisk于 1997年 推 出 。 1998年 1月 十 四 家 公 司 联 合 成 立 了MMC协 会 （ MultiMediaCard Association简 称 MMCA） ， 现在 已 经 有 超 过 84个 成 员 ， 其 中 更包 括 了 Nokia、 Ericsson、Motorola等 手 机 巨 头 。 MMC的 发 展 目 标 主 要 是 针 对 数 码 影 像 、 音 乐 、 手 机 、 PDA、 电 子 书 、玩 具 等 产 品 ， 号 称 是 目 前 世 界 上 最 小 的 Flash Memory存 贮 卡 ， 尺 寸 只有 32mm x 24mm x 1.4mm。 虽 然 比 SmartMedia厚 ， 但 整 体 体 积 却比 SmartMedia小 ， 而 且 也 比 SmartMedia轻 ， 只 有 1.5克 。 MMC存 贮 卡 可 以 分 为 MMC和 SPI两 种 工 作 模 式 ， MMC模 式 是 标 准 的 默 认模 式 ， 具 有 MMC的 全 部 特 性 。 而 SPI模 式 则 是 MMC存 贮 卡 可 选 的 第 二 种 模 式 ，这 个 模 式 是 MMC协 议 的 一 个 子 集 ， 主 要 用 于 只 需 要 小 数 量 的 卡 （ 通 常 是 1个 ） 和 低 数 据 传 输 率 （ 和 MMC协 议 相 比 ） 的 系 统 ， 这 个 模 式 可 以 把 设 计 花费 减 到 最 小 ， 但 性 能 就 不 如 MMC。 MMC被 设 计 作 为 一 种 低 成 本 的 数 据 平 台 和 通 讯 介 质 ， 它 的 接 口 设 计 非常 简 单 ： 只 有 7针 ！ 接 口 成 本 低 于 0.5美 元 ， 相 比 之 下 SmartMedia和Memory Stick的 接 口 成 本 都 要 高 于 1美 元 。 在 接 口 中 ， 电 源 供 应 是 3针 ，而 数 据 操 作 只 用 3针 的 串 行 总 线 就 搞 定 了 （ SPI模 式 再 加 上 1针 用 于 选 择 芯片 ） ， 真 是 简 单 得 不 能 再 简 单 了 。 SD卡 可 以 说 是 相 当 新 的 产 品 ， SD的 意 思 是 Secure Digital。 这 个 产品 由 松 下 电 器 Matsusa Electric Industrial Co., Ltd、 东 芝Toshiba Corp.和 SanDisk联 合 推 出 ，1999年 8月 才 首 次 发 布 。 SD卡 数 据 传 送 和 物 理 规 范 由 MMC发 展 而 来 ， 大 小 和 MMC差 不 多 ， 尺寸 为 32mm x 24mm x 2.1mm。 长 宽和 MMC一 样 ， 只 是 厚 了 0.7mm， 以 容纳 更 大 容 量 的 存 贮 单 元 。 SD卡 与 MMC卡 保 持 着 向 上 兼 容 ， 也 就 是 说 ， MMC可 以 被 新 的 SD设 备存 取 ， 兼 容 性 则 取 决 于 应 用 软 件 ， 但 SD卡 却 不 可 以 被 MMC设 备 存 取 。（ SD卡 外 型 采 用 了 与 MMC厚 度 一 样 的 导 轨 式 设 计 ， 以 使 SD设 备 可 以 适合 MMC） SD接 口 除 了 保 留 MMC的 7针 外 ， 还 在 两 边 加 多 了 2针 ， 作 为 数 据 线 。至 于 在 存 贮 单 元 方 面 ， 当 然 也 是 采 用 了 东 芝 大 力 倡 导 的 NAND型 Flash Memory， 基 本 上 和 SmartMedia的 一 样 ， 所 以 性 能 也 不 俗 ， 平 均 数 据传 输 率 能 达 到 2MB/s， 不 久 更 将 提 高 到 10MB/s。 也 许 是 被 SmartMedia不 兼 容 性 弄 怕 了 ， 这 次 SD把 控 制 器 集 成 到 了 卡 里 ， 希 望 在 推 出 新 规格 的 SD卡 时 ， 不 会 再 有 不 兼 容 的 情 况 发 生 了 。 另 外 SD和 Memory Stick一 样 ， 也 带 了 物 理 写 保 护 开 关 。 Memory Stick被 很多 人 称 为 香 口 胶 存 贮 卡 ，因 为 其 尺 寸 确 实 像 一 条香 口 胶 ： 50mm x 21.5mm x 0.28mm， 重 4克 。 采 用 精 致 醒 目 的 蓝色 外 壳 （ 新 的 MG为 白色 ） ， 并 具 有 写 保 护 开关 。 Memory Stick由Sony在 日 本 的 工 厂 生 产 ，但 存 贮 单 元 模 块 却 并 不是 由 Sony自 己 生 产 的 ，而 是 由 第 三 方 厂 商 提 供 。 和 很 多 Flash Memory存 贮 卡 不 同 ， Memory Stick规 范 是 非 公 开 的 ， 没 有 什 么 标 准 化 组 织（ Sony认 为 没 有 必 要 进 行 行 业 标 准 化 ） 。 这 个香 口 胶 采 用 了 Sony自 己 的 外 型 、 协 议 、 物 理 格式 和 版 权 保 护 技 术 ， 要 使 用 它 的 规 范 就 必 须 和Sony谈 判 签 定 许 可 。 目 前 所 知 道 的 是 Memory Stick也 包 括 了 控 制 器 在 内 ， 采 用 10针 接 口 ， 数据 总 线 为 串 行 ， 最 高 频 率 可 达 20MHz， 电 压 为2.7伏 到 3.6伏 ， 电 流 平 均 为 45mA。 可 以 看 出 这个 规 格 和 差 不 多 同 一 时 间 出 现 的 MMC颇 为 相 似 。 XD卡 全 称 为 XD-PICTURE CARD， 是 由富 士 和 奥 林 巴 斯 联 合推 出 的 专 为 数 码 相 机使 用 的 小 型 存 储 卡 ，采 用 单 面 18针 接 口 ，是 目 前 体 积 最 小 的 存储 卡 。 XD取 自 于“ Extreme Digital”，是 “ 极 限 数 字 ” 的 意思 。 XD卡 是 较 为 新 型 的 闪 存 卡 ， 相 比 于 其 它 闪 存 卡 ，它 拥 有 众 多 的 优 势 特 点 。 袖 珍 的 外 形 尺 寸 ， 外 形 尺 寸为 20mm 25mm 1.7mm， 总 体 积 只 有 0.85立 方 厘 米 ，约 为 2克 重 ， 是 目 前 世 界 上 最 为 轻 便 、 体 积 最 小 的 数字 闪 存 卡 。 优 秀 的 兼 容 性 ， 配 合 各 式 的 读 卡 器 ， 可 以方 便 的 与 个 人 电 脑 连 接 。 超 大 的 存 储 容 量 ， XD卡 的 理论 最 大 容 量 可 达 8GB， 具 有 很 大 的 扩 展 空 间 。 目 前 市场 上 见 到 的 XD卡 有 16MB、 32MB、 64MB、 128MB、 256MB等 不 同 的 容 量 规 格 。 微 硬 盘 （ Microdrive） 最早 是 由 IBM公 司 开 发 的 一 款 超级 迷 你 硬 盘 机 产 品 。 其 最 初 的容 量 为 340MB和 512MB， 而 现 在的 产 品 容 量 有 1GB、 2GB以 及4GB等 。 与 以 前 相 比 ， 目 前 的微 硬 盘 降 低 了 转 速 （ 4200rpm降 为 3600rpm） ， 从 而 降 低 了功 耗 ， 但 增 强 了 稳 定 性 。 可 以 使 用 CF卡 的 大 多 数 设 备 大 都 可 以 直 接 使 用 Microdrive，如 数 码 相 机 、 手 持 电 脑 、 MP3播 放 器 等 。 笔 记 本 电 脑 则 通 过PCMCIA适 配 器 转 接 ， 由 于 Microdrive比 起 CF卡 略 厚 ， 所 以 需 要设 备 符 合 CFII标 准 ， 大 容 量 的 Microdrive(4GB)要 求 设 备 支 持FAT32文 件 系 统 。 与 CF相 比 ， Microdrive的 最 大 优 势 是 单 位 存 储容 量 的 价 格 更 低 。 Microdrive采 用 的 是 硬 盘 技 术 ， 具 有 低 成 本高 容 量 的 特 点 ， 可 以 成 为 采 用 固 态 存 储 技 术 存 贮 器 的 替 代 品 。 目 前 柯 达 、 三 洋 、 富 士 通 、 爱 普 生 等 公 司 ， 已 经 开 始 设 计 支持 Microdrive使 用 的 数 码 相 机 产 品 。 未 来 可 以 预 见 的 是 ， 包 括数 码 相 机 或 其 它 计 算 机 外 设 产 品 ， 会 陆 续 加 入 支 持 Microdrive的 行 列 。 TCP/IPNetworkAttachedStorage ServerServer Data Storage Data StorageFileServerStorageAreaNetwork ServerServerServer Data StorageData StorageFibreSwitch DirectlyAttachedStorageDevice ServerServer Data StorageData Storage 直 接 外 挂 存 储 （ DAS） DAS（ Direct Attached Storage直 接 连 接 存 储 ） 是 指 将 存 储设 备 通 过 SCSI接 口 或 光 纤 通 道 直 接 连 接 到 一 台 计 算 机 上 。 DAS的适 用 环 境 为 ： 1） 服 务 器 在 地 理 分 布 上 很 分 散 ， 通 过 SAN或 NAS在它 们 之 间 进 行 互 连 非 常 困 难 时 (商 店 或 银 行 的 分 支 便 是 一 个 典 型的 例 子 )； 2） 存 储 系 统 必 须 被 直 接 连 接 到 应 用 服 务 器 （ 如Microsoft Cluster Server或 某 些 数 据 库 使 用 的 “ 原 始 分 区 ” ） 上时 ； 3） 包 括 许 多 数 据 库 应 用 和 应 用 服 务 器 在 内 的 应 用 ， 它 们 需要 直 接 连 接 到 存 储 器 上 ， 群 件 应 用 和 一 些 邮 件 服 务 也 包 括 在 内 。 当 服 务 器 在 地 理 上 比 较 分 散 ， 很 难 通 过 远 程 连 接 进 行 互 连 时 ，直 接 连 接 存 储 是 比 较 好 的 解 决 方 案 ， 甚 至 可 能 是 唯 一 的 解 决 方 案 。利 用 直 接 连 接 存 储 的 另 一 个 原 因 也 可 能 是 企 业 决 定 继 续 保 留 已 有的 传 输 速 率 并 不 很 高 的 网 络 系 统 。 存 储 域 网 络 （ SAN） 存 储 域 网 络 （ Storage Area Network） 的 支 撑 技 术 是 Fibre Channel(FC)技 术 ， 这 是 ANSI为 网 络 和 通 道 I O接 口 建 立 的 一 个 标 准 集 成 。 支 持 HIPPI，IPI， SCSI， IP， ATM等 多 种 高 级 协 议 ， 它 的 最 大 特 性 是 将 网 络 和 设 备 的 通讯 协 议 与 传 输 物 理 介 质 隔 离 开 这 样 多 种 协 议 可 在 同 一 个 物 理 连 接 上 同 时传 送 ， 高 性 能 存 储 体 和 宽 带 网 络 使 用 单 I/O接 口 使 得 系 统 的 成 本 和 复 杂 程度 大 大 降 低 。 如 通 过 Switch扩 充 至 交 换 仲 裁 复 用 结 构 则 可 将 用 户 扩 至 很 多 。FC使 用 全 双 工 串 行 通 讯 原 理 传 输 数 据 ， 传 输 速 率 高 达 1062.5Mbps， Fibre Channel的 数 据 传 输 速 度 为 100MB S， 双 环 可 达 200MB S， 使 用 同 轴 线传 输 距 离 为 30米 ， 使 用 单 模 光 纤 传 输 距 离 可 达 10公 里 以 上 。 光 纤 通 道 支 持 多 种 拓 扑 结 构 ， 主 要 有 ： 点 到 点 （ Links） 、 仲 裁 环（ FC-AL） 、 交 换 式 网 络 结 构 （ FC-XS） 。 点 对 点 方 式 的 例 子 是 一 台 主 机 与一 台 磁 盘 阵 列 透 过 光 纤 通 道 连 接 ； 其 次 为 光 纤 通 道 仲 裁 环 (FC-AL)， 在 FC-AL的 装 置 可 为 主 机 或 存 储 装 置 。 第 三 种 FC-XS交 换 式 架 构 在 主 机 和 存 储 装 置 之 间 透 过 智 能 型 的 光 纤 通 道 交 换 器 连 接 ， 使 用 交 换 架 构 需 使 用 存 储 网 络的 管 理 软 件 。 Finance SalesNetwork ClientsOracle Exchange SAP Finance SalesNetwork ClientsOracle Exchange SAPSAN CLARiiON FC4700File Servers CLARiiON IP4700 NAS SANSymmetrixFile Servers Celerra NAS CONSOLIDATION FUNCTIONALITYHubs n High availabilityn Departmental and data center locationsn Rack mountable n Redundant everythingn Non-blocking I/On Data center locationsn Maximum scalabilityED-64MED-1032DS-8B DS-16BDS-32MDS-16M （ 1） 既 具 有 单 通 道 的 特 点 ， 又 具 有 网 络 的 特 点 ， 它 是 把 设 备 连接 到 网 络 结 构 上 的 一 种 高 速 通 道 。 而 这 种 网 络 结 构 描 述 了 连 接 两 套 设备 的 单 条 电 缆 以 及 连 接 许 多 设 备 的 交 换 机 产 生 网 状 结 构 。 （ 2） 光 纤 通 道 最 大 优 点 是 速 度 快 ， 它 可 以 给 计 算 机 设 备 提 供 接近 于 设 备 处 理 速 度 的 吞 吐 量 。 （ 3） 协 议 无 关 性 ， 它 有 很 好 的 通 用 性 ， 是 一 种 通 用 传 输 机 制 。适 用 范 围 广 ， 可 提 供 多 性 价 比 的 系 统 ， 从 小 系 统 到 超 大 型 系 统 ， 支 持存 在 的 多 种 指 令 集 ， 如 IP、 SCSI、 IPI。 光 纤 通 道 规 范 定 义 的 速 率 最 高 可 到 4Gbps， 目 前 T11工 程 组 对10Gbps传 输 速 度 的 FC规 范 也 在 紧 锣 密 鼓 的 制 定 之 中 。 FC技 术 具 有 以 下 优 越 性 FC是 一 种 分 层 结 构 ， 每 个 层 次 定 义 为 一 个 功 能 级 ， 但 是 所 分 的 层不 能 直 接 映 射 到 OSI模 型 的 层 上 。 FC通 道 的 五 层 定 义 为 ： 物 理 媒 介 和传 输 速 率 、 编 码 方 式 、 帧 协 议 和 流 控 制 、 公 共 服 务 以 及 上 级 协 议（ ULP） 接 口 。 1) FC-0： FC-0是 物 理 层 底 层 标 准 。 FC-0层 定 义 了 连 接 的 物 理 端 口 特 性 ， 包括 介 质 和 连 接 器 （ 驱 动 器 、 接 收 机 、 发 送 机 等 ） 的 物 理 特 性 、 电 气 特性 和 光 特 性 、 传 输 速 率 以 及 其 它 的 一 些 连 接 端 口 特 性 。 物 理 介 质 有 光纤 、 双 绞 线 和 同 轴 电 缆 。 带 有 ECL的 铜 芯 同 轴 电 缆 ， 用 于 高 速 、 短 距离 传 输 。 双 绞 线 用 于 25MB/s数 据 传 输 ， 距 离 可 达 50米 。 带 有 激 光 和LED传 导 的 光 纤 ， 用 于 长 距 离 的 传 输 ， 光 纤 通 道 的 数 据 误 码 率 低 于10E-12， 它 具 有 严 格 的 抖 动 容 许 规 定 和 串 行 I/O电 路 能 够 进 行 正 常 管理 的 其 他 一 些 电 气 条 件 。 FC分 层 结 构 2) FC-1（ 传 输 协 议 ） FC-1根 据 ANSI X3 T11标 准 ， 规 定 了 8B/10B的 编 码 方 式 和 传 输 协 议 ，包 括 串 行 编 码 、 解 码 规 则 、 特 殊 字 符 和 错 误 控 制 。 传 输 编 码 必 须 是 直 流平 衡 以 满 足 接 收 单 元 的 电 气 要 求 。 特 殊 字 符 确 保 在 串 行 比 特 流 中 出 现 的是 短 字 符 长 度 和 一 定 的 跳 变 信 号 ， 以 便 时 钟 恢 复 。 8B/10B码 在 现 实 中 的应 用 是 稳 定 和 简 单 的 。 3) FC-2（ 帧 协 议 ） ： FC-2层 定 义 了 传 输 机 制 、 包 括 帧 定 位 、 帧 头 内 容 、 使 用 规 则 以 及 流量 控 制 等 。 光 纤 通 道 数 据 帧 长 度 可 变 ， 可 扩 展 地 址 。 用 于 传 输 数 据 的 光纤 通 道 数 据 帧 长 度 最 多 达 到 2K， 因 此 非 常 适 合 于 大 容 量 数 据 的 传 输 。 帧头 内 容 包 括 控 制 信 息 、 源 地 址 、 目 的 地 址 、 传 输 序 列 标 识 和 交 换 设 备 等 。64字 节 可 选 帧 头 用 于 其 它 类 型 网 络 在 光 纤 通 道 上 传 输 时 的 协 议 映 射 。 光纤 通 道 依 赖 数 据 帧 头 的 内 容 来 引 发 操 作 ， 如 把 到 达 的 数 据 发 送 到 一 个 正 确 的 缓 冲 区 里 。 FC分 层 结 构 4) FC-3（ 公 共 服 务 ） ： 提 供 高 级 特 性 的 公 共 服 务 ， 即 端 口 间 的 结 构 协 议 和 流 动 控 制 ， 它 定义 了 三 种 服 务 ： 条 带 化 （ Striping） 、 搜 索 组 （ Hunt Group） 和 多 播（ Multicast） 。 条 带 化 的 目 的 是 为 了 利 用 多 个 端 口 在 多 个 连 接 上 并 行 传输 ， 这 样 I/O传 输 带 宽 能 扩 展 到 相 应 的 倍 数 。 搜 索 组 用 于 多 个 端 口 去 响 应一 个 相 同 名 字 地 址 的 情 况 ， 它 通 过 降 低 到 达 占 线 的 端 口 的 概 率 来 提 高效 率 。 多 播 用 于 将 一 个 信 息 传 递 到 多 个 目 的 地 址 。 5) FC-4（ ULP映 射 ） ： 它 是 光 纤 通 道 标 准 中 定 义 的 最 高 等 级 ， 固 定 了 光 纤 通 道 的 底 层 跟 高层 协 议 （ ULP） 之 间 的 映 射 关 系 以 及 与 现 行 标 准 的 应 用 接 口 ， 这 里 的 现行 标 准 包 括 现 有 的 所 有 通 道 标 准 和 网 络 协 议 ， 如 SCSI接 口 和 IP、 ATM、HIPPI等 。 FC分 层 结 构 FC分 层 结 构 SAN 是 架 构 在 Fibre Channel Standard 的 储 域 网 络 ， Fibre Channel 改 善了 许 多 SCSI 的 限 制 。FC与 SCSI比 较Fibre Channel SCSI 100 MB/sec per loop 20 MB/s200MB/sec per array 40 MB/s per array 4 wire cable structure 68 wire cable 500 meter cabling 25 meter cabling 30km with Optical Link extender 25 meter maximum 127 devices per loop 15 devices per bus Easy HA cabling Complex HA cabling Non-disruptive (N.D.) expansion N.D. not supported No termination Terminators required Signal isolation No signal isolation Storage and networking protocol transfers Storage only protocols Hubs, switches, connectivity No interconnection SAN以 数 据 存 储 为 中 心 ， 采 用 可 伸 缩 的 网 络 拓 扑 结 构 ， 通 过 具 有 较 高传 输 速 率 的 光 通 道 连 接 方 式 ， 提 供 SAN内 部 任 意 节 点 之 间 的 多 路 可 选 择的 数 据 交 换 ， 并 且 将 数 据 存 储 管 理 集 中 在 相 对 独 立 的 存 储 区 域 网 内 。 SAN的 特 点 是 将 数 据 的 存 储 移 到 了 后 端 ， 采 用 了 一 个 专 门 的 系 统 来 完 成 ， 并进 行 了 RAID数 据 保 护 。 SAN解 决 方 案 a.分 享 资 源 存 取 与 设 备 - Disk and Tape。 b.高 速 度 、 距 离 长 ， 可 提 高资 料 的 可 使 用 率 。 c.可 作 Remote Mirror增 加灾 难 防 御 力 及 重 建 速 度 。 d.透 过 SAN 备 份 ， 降 低 经过 LAN备 份 的 Traffic负 载 。 e.集 中 管 理 与 整 合 储 存 设 备资 源 。 f.FC-Loop 可 连 接 127 个Device， 不 需 要 Shutdown Server ， 即 可 扩 充 储 存 容 量 ，SAN解 决 方 案 具 备 良 好 扩 充 性 。 SAN的 优 点 如 果 储 存 资 料 的 成 长 率 持 续 增 高 ， 近 两 年 内 可 能 成 长至 1 TB以 上 ， 建 议 规 划 SANReady 的 储 存 设 备 ， 包 括 RAID 及 Tape Library， 因 为 资 料 量 扩 增 ， 必 定 增 加 硬盘 数 量 ， 但 SCSI 的 RAID 有 ID 及 Cable 长 度 的 种 种限 制 ， 在 扩 充 性 来 说 ， 无 法 达 到 需 求 及 稳 定 度 的 要 求 ， 而且 当 资 料 量 愈 来 愈 大 ， 可 能 分 享 给 更 多 Client， 绝 不 容许 机 器 有 Shutdown的 时 间 ， 而 SAN Ready 的 RAID 可 以 让 机 器 在 不 Shutdown 的 状 况 下 扩 充 硬 盘 容 量 ， 维持 系 统 不 停 的 正 常 运 作 。 什 么 样 的 环 境 需 要 SAN ? a.Host Bus Adapter - 依 连 接 的 作 业 平 台 选 择 Fibre Channel Card 的 种 类 ， 装 置 在 主 机 中 ， 连 接 Storage、 Fibre Channel Hub 或 Switch。 b.Fibre Channel Hub - 可 将 储 存 设 备 分 享 给 多 台 服 务 器 。 c.Fibre Channel Switch - 如 果 要 将 储 存 设 备 分 享 给 不 同 平 台的 操 作 系 统 ， 或 要 作 SAN 的 Security 进 阶 控 管 及 连 接 多 个 Fibre Channel Hub， 须 购 买 此 设 备 及 控 管 软 件 。 d.Fibre Channel Cable 及 GBIC - 依 主 机 及 储 存 设 备 的 连 接长 度 选 购 Cable， Cable 有 分 Optical 及 Copper 两 种 线 材 ， 决 定使 用 哪 一 种 Cable 后 再 选 择 GBIC 的 种 类 ， 以 符 合 Cable Connector 的 连 接 型 态 。 e.Fibre Channel /SCSI Conventer - 若 有 些 储 存 设 备 是 SCSI界 面 ， 要 连 接 上 SAN的 ， 则 需 购 买 FC/SCSI的 讯 号 转 接 器 。 SAN 的 产 品 组 成 SAN 的 产 品 组 成 网 络 附 加 存 储 设 备 （ NAS） 网 络 附 加 存 储 设 备 （ Network Attached Storage， NAS） 是 一 种 专 业 的网 络 文 件 存 储 及 文 件 备 份 设 备 ， 或 称 为 网 络 直 联 存 储 设 备 、 网 络 磁 盘 阵 列 。NAS是 基 于 LAN的 ， 按 照 TCP/IP协 议 进 行 通 信 ， 面 向 消 息 传 递 ， 以 文 件 的I/O方 式 进 行 数 据 传 输 。 在 LAN环 境 下 ， NAS已 经 完 全 可 以 实 现 异 构 平 台 之间 的 数 据 级 共 享 ， 比 如 NT、 UNIX等 平 台 的 共 享 。 但 是 ， 在 10/100M的 带宽 条 件 下 ， 只 有 其 中 的 30 左 右 可 以 用 做 存 储 ， 所 以 NAS无 法 发 挥 其 应 有的 性 能 ， 这 就 需 要 等 待 G/T比 特 级 以 太 网 络 的 大 规 模 普 及 应 用 。 一 个 NAS包 括 处 理 器 ， 文 件 服 务 管 理 模 块 和 多 个 的 硬 盘 驱 动 器 用 于 数据 的 存 储 。 NAS 可 以 应 用 在 任 何 的 网 络 环 境 当 中 。 主 服 务 器 和 客 户 端 可以 非 常 方 便 地 在 NAS上 存 取 任 意 格 式 的 文 件 ， 包 括 SMB格 式 （ Windows）NFS格 式 (Unix, Linux)和 CIFS格 式 等 等 。 NAS 系 统 可 以 根 据 服 务 器 或 者 客户 端 计 算 机 发 出 的 指 令 完 成 对 内 在 文 件 的 管 理 。 另 外 的 特 性 包 括 ： 独 立 于操 作 系 统 ， 不 同 类 的 文 件 共 享 ， 交 叉 协 议 用 户 认 证 ， 浏 览 器 界 面 的 操 作 / 管 理 ， 和 增 加 和 移 除 服 务 器 不 会 中 断 网 络 服 务 ， NAS是 在 RAID的 基 础 上 增加 了 存 储 操 作 系 统 ， 因 此 ,NAS的 数 据 能 由 异 类 平 台 共 享 。 General Purpose File Serversn High availabilityn Moderate functionn Moderate scale n Continuous availabilityn Maximum functionn Maximum scaleCLARiiONIP4700 Celerra SECONSOLIDATION FUNCTIONALITY Celerra SE SymmerixCelerraSymmetrix Celerra (CFS14)EMC High-End NAS EMC Midrange NASCLARiiON IP4700 NAS的 结 构 NAS 结 构 和 SAN最 大 的 区 别 就 在 于 NAS有 文 件 操 作 和 管 理 系 统 ， 而 SAN却 没 有 这 样 的 系 统 功 能 ， 其 功 能 仅 仅 停 留 在 文 件 管 理 的 下 一 层 ， 即 数 据 管理 。 从 这 些 意 义 上 看 ,SAN和 NAS的 功 能 互 为 补 充 ， 同 时 SAN的 服 务 器 访 问数 据 的 时 候 不 会 占 LAN的 资 源 ， 但 是 NAS结 构 的 服 务 器 都 需 要 和 文 件 服 务 器进 行 交 互 ， 以 取 得 自 己 请 求 的 数 据 ， 因 此 ， NAS结 构 在 速 度 慢 的 LAN（ 如10/100M网 络 ） 上 几 乎 不 具 有 任 何 优 势 和 意 义 。 NAS的 特 点 无 人 值 守 。 随 着 信 息 系 统 规 模 的 膨 胀 ， 基 本 设 备 的 数 量 将 变 得 非常 庞 大 。 如 果 还 是 像 现 在 这 样 每 台 服 务 器 派 专 人 管 理 ， 那 么 管 理 成 本会 不 可 控 制 ， 成 为 一 个 天 文 数 字 。 所 以 这 些 基 本 设 备 必 须 实 现 无 人 值守 ， 在 长 时 间 没 有 专 职 人 员 对 其 管 理 维 护 的 情 况 下 仍 然 可 以 稳 定 高 效的 工 作 。 具 有 高 度 智 能 化 。 要 实 现 无 人 值 守 这 一 特 性 ， 就 需 要 设 备 本 身 具有 高 效 的 自 我 维 护 功 能 ， 自 动 完 成 目 前 由 管 理 员 负 责 的 日 常 维 护 工 作 。这 就 需 要 一 套 智 能 化 很 高 的 专 家 系 统 运 行 在 设 备 中 。 性 能 稳 定 。 无 人 值 守 的 服 务 器 对 性 能 稳 定 性 的 要 求 可 想 而 知 ， 目前 大 多 数 服 务 器 的 稳 定 性 对 这 一 特 性 来 说 ， 显 得 力 不 从 心 。 功 能 单 一 化 。 目 前 所 使 用 服 务 器 的 功 能 强 大 实 际 上 是 以 软 硬 件 系统 复 杂 的 结 构 、 庞 大 的 规 模 为 代 价 的 。 结 构 和 规 模 都 是 和 性 能 的 稳 定性 成 反 比 。 为 了 实 现 性 能 的 稳 定 和 管 理 的 简 易 ， 最 容 易 想 到 的 方 法 是 把 通 用 服 务 器 的 各 种 功 能 分 离 出 来 ， 利 用 嵌 入 式 技 术 ， 设 计 出 功 能 单一 ， 结 构 简 单 ， 性 能 稳 定 的 专 用 瘦 服 务 器 。 NAS与 SAN比 较 SAN和 NAS并 不 是 相 互 冲 突 的 ， 是 可 以 共 存 于 一 个 系统 网 络 中 的 ， 但 NAS通 过 一 个 公 共 的 接 口 实 现 空 间 的 管理 和 资 源 共 享 ， SAN仅 仅 是 为 服 务 器 存 储 数 据 提 供 一 个专 门 的 快 速 后 方 通 道 ， 在 空 间 的 利 用 上 ， SAN和 NAS也 有截 然 不 同 之 处 ， SAN是 只 能 独 享 的 数 据 存 储 池 ， NAS是 共享 与 独 享 兼 顾 的 数 据 存 储 池 。 因 此 ， NAS与 SAN的 关 系 也可 以 表 述 为 ： NAS是 Network-attached（ 网 络 外 挂 式 ） ，而 SAN是 Channel-attached（ 通 道 外 挂 式 ） 。 SAN和 NAS体 系 的 主 流 厂 商 及 技 术 体 系 列 表 EMC SAN (基 于 FC)和 NAS(基 于 IP) CLARiiON FC4700 Network Appliance NAS Filer IBM Open SAN CompaQ Open SAN (VersaStor技 术 ) Veritas 数 据 存 储 管 理 软 件 （ NAS和SAN） Backup Exec SUN SAN和 NAS StorEdge HP SAN XP512 HDS SAN （ SWAN） Lightning 9900 Nishan Systems、 Dell、 Quantum、 Siemens、 Sun SoIP（ Storage over IP） Brocade、 Gadzoox、 Lucent、 McData、 Qlogic FCIP(FC Over IP) OptiStar EdgeSwitch （ Lucent） Quantum、 Adaptec、 Cisco、 HP、 IBM、 iSCSI( SCSI Over IP) SAN和 NAS体 系 列 表 SAN和 NAS并 不 是 相 互 冲 突 的 ， 是 可 以 共 存 于 一 个 系统 网 络 中 的 ， 但 NAS通 过 一 个 公 共 的 接 口 实 现 空 间 的 管理 和 资 源 共 享 ， SAN（ 网 络 外 挂 式 ） ， 而 SAN是 Channel-attached（ 通 道 外 挂 式 ） 。 SAN和 NAS的 综 合 SAN和 NAS并 不 是 相 互 冲 突 的 ， 是 可 以 共 存 于 一 个 系统 网 络 中 的 ， 但 NAS通 过 一 个 公 共 的 接 口 实 现 空 间 的 管理 和 资 源 共 享 ， SAN（ 网 络 外 挂 式 ） ， 而 SAN是 Channel-attached（ 通 道 外 挂 式 ） 。 TCP/IPFile Serverdatadatadata data data datadatadata data data data NAS SANMPFSMPFS MPFS = Multi-path file system“Highroad” Channels IPFileBlock Web ContentAd Server ContentBLOBs, Flat FilesSAN switchServersIP Network SymmetrixNetwork Infrastructure Network request, channel or network deliveryDelivery optimizationPerformance and sharingBest of both worldsDataFibre ChannelControl and DataCelerraNAS Intelligent Data Delivery Channels IPFileBlock NASDistanceSharing SANPerformance ControlMPFSPerformanceSharing Consolidation Collaboration Distribution SAN = Storage Area Network, NAS = Network Attached Storage SAN + NAS = Networked StorageUser environment determines technology choice:Application mixPerformance requirementsLocation of computing resources DAS SANSANSymmetrix NASCelerraDAS = Direct Attached StorageSAN = Storage Area NetworkNAS = Network Attached StorageMPFS = SAN and NAS sharing User network FC4700DASFC4700SANSANIP4700NAS EMC CLARiiONEMCs MIDRANGE SOLUTIONOR ORMPFS 数 据 存 储 技 术 现 状 从 1999年 开 始 ， EMC、 IBM、 Compaq、 Sun、HP等 公 司 相 继 推 出 自 己 的 SAN产 品 ， 使 SAN成 为 存储 领 域 的 一 个 新 星 ， 整 个 业 界 都 在 围 绕 SAN大 做 文章 。 (1) SAN的 互 操 作 性 问 题 存 储 的 互 操 作 性 分 为 两 个 方 面 ： 一 是 存 储 设 备 支持 不 同 的 服 务 器 系 统 。 这 个 问 题 已 经 得 到 了 很 好 的解 决 ， 存 储 供 应 商 的 存 储 设 备 都 能 够 做 到 支 持 主 流操 作 系 统 ， 或 者 是 其 中 的 某 些 版 本 。 目 前 ， 多 服 务器 平 台 的 SAN解 决 方 案 是 一 个 发 展 趋 势 。 互 操 作 性 的 另 一 个 方 面 是 如 何 支 持 多 厂 商 的 存 储 系 统 ，这 就 是 Open SAN解 决 方 案 的 核 心 问 题 。 Open SAN的 目 标是 支 持 任 何 应 用 程 序 、 操 作 系 统 、 文 件 系 统 、 服 务 器 平 台 、存 储 系 统 、 磁 带 库 以 及 客 户 所 要 求 的 互 连 设 备 ， 解 决 棘 手的 设 备 兼 容 问 题 ， 使 网 络 设 备 发 挥 最 大 的 效 率 。 在 这 个 方面 ， 采 用 开 放 式 的 标 准 是 大 势 所 趋 。 据 权 威 调 查 机 构 IT Centrix的 存 储 网 络 调 查 表 明 ： 只 有 不 到 30%的 用 户 会 选 择专 有 存 储 解 决 方 案 来 满 足 企 业 需 求 。 因 此 ， 企 业 迫 切 需 要Open SAN。 2000年 7月 ， Compaq与 IBM共 同 在 Open SAN方 面 投 资 10亿 美 元 ， 开 发 各 自 存 储 软 硬 件 产 品 的 相 互 支 持功 能 并 销 售 对 方 的 主 要 存 储 产 品 ， 以 共 同 促 进 客 户 采 用 开放 式 存 储 区 域 网 络 解 决 方 案 。 (2) 数 据 存 储 标 准 之 争 的 问 题 SAN采 用 的 是 专 门 的 协 议 ， 而 NAS使 用 的 是 IP协 议 ，而 目 前 ， 为 了 维 持 对 现 有 的 SAN的 兼 容 性 ， 出 现 了 几 大存 储 技 术 流 派 ， 整 个 存 储 技 术 市 场 形 成 了 百 花 齐 放 的 局面 ： Internet工 程 任 务 组 （ IETF） 提 出 的 基 于 TCP的SCSI（ iSCSI） 方 案 、 IETF与 ANSI（ 美 国 国 家 标 准 机 构 ）共 同 提 出 的 基 于 IP的 光 纤 方 案 、 ANSI提 出 的 光 纤 骨 干 网方 案 。 各 种 方 案 互 不 相 让 。 无 论 如 何 ， 一 个 存 储 网 方 案的 出 台 ， 其 标 准 的 主 体 定 义 必 须 完 整 细 致 ， 不 然 将 难 以推 广 运 用 。 以 下 是 这 几 种 方 案 的 简 单 介 绍 ： iSCSI（ SCSI over TCP） ： iSCSI方 案 由 Adaptec、 Cisco、 HP、 IBM、 Quantum等 公 司 共 同倡 导 。 它 提 供 基 于 TCP传 输 、 将 数 据 驻 留 于 SCSI设 备 的 方 法 。 在 千 兆以 太 网 出 现 以 前 ， 要 传 输 这 种 类 型 的 块 数 据 ， LAN的 速 度 是 无 法 胜 任的 ； 现 在 ， 10G以 太 网 即 将 登 台 ， 这 种 基 于 IP传 输 块 数 据 的 方 案 无 疑更 具 吸 引 力 。 iSCSI并 不 改 变 传 统 标 准 通 信 方 案 和 网 络 基 础 架 构 的 设 置 ， 但 需要 额 外 的 千 兆 光 纤 以 太 网 路 由 器 及 复 杂 的 相 关 路 由 器 软 件 来 支 撑 ， 透过 网 络 ， 以 IP数 据 形 式 实 现 存 储 设 备 中 SCSI数 据 的 传 输 。 iSCSI是 基 于 IP协 议 的 技 术 标 准 ， 实 现 了 SCSI和 TCP/IP协 议 的 连 接 ，对 于 以 局 域 网 为 网 络 环 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的 产 生 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 自 发 布 之 始 便 受 到 市 场 的 关 注 与 青 睐 。 FC over IP: 基 于 IP的 光 纤 通 道 方 案 ， 由 Brocade通 信 系 统 公 司 、Gadzoox网 络 、 Lucent科 技 、 McData及 Qlogic公 司 共 同提 出 。 采 用 这 种 模 式 ， 意 味 着 在 千 兆 以 太 网 、 SONET或ATM LAN、 WAN或 城 域 网 (MAN)中 ， 光 数 据 帧 被 压 缩 为 IP帧 传 输 。 虽 然 基 于 IP的 光 纤 规 范 尚 在 完 善 中 ， 但 现 在 一 些 厂商 已 开 始 销 售 这 类 产 品 ， 用 来 连 接 在 地 域 上 分 离 的 存 储局 域 网 （ SAN） ， 他 们 声 称 这 些 产 品 可 在 规 范 形 成 时 ，运 用 软 件 进 行 升 级 。 同 时 ， Brocade与 Gadzoox也 是 向 ANSI提 交 “ 光 纤 骨干 网 方 案 ” 的 厂 商 。 光 纤 骨 干 网 方 案 较 基 于 IP的 光 纤 方案 而 言 ， 支 持 更 广 地 域 ， 性 能 也 更 高 。 (3)基 于 纯 IP的 存 储 方 案 登 台 亮 相 基 于 IP的 存 储 方 案 ， 事 实 上 是 iSCSI和 基 于 IP的 光 纤 方 案 的 扩 展 。 最 初 由 Ni