存储系列DAS,SAN,NAS常见网络架构

随着主机、磁盘、网络等技术的发展，对于承载大量数据存储的服务器来说，服务器内置存储空间，或者说内置磁盘往往不足以满足存储需要。因此，在内置存储之外，服务器需要采用外置存储的方式扩展存储空间，今天在这里我们分析一下当前主流的存储架构。

一、DAS

Direct Attached Storage，直接连接存储（直连式存储），最常见的一种存储方式。

意思是存储设备只与一台主机服务器连接，如PC中的磁盘或只有一个外部SCSI接口的JBOD（Just a Band of Disks可以简单理解成磁盘箱）都属于DAS架构。

存储设备与服务器主机之间的通常采用SCSI总线连接。

特点：简单、集中、易用，主要在中小企业应用中。

二、SAN

1、SAN

Storage Area Network，存储区域网络。

SAN的兴起源于上个世纪80年代FC协议的出现，FC是Fibre Channel的缩写，网状通道的意思。

前面我们已经得知DAS是通过SCSI接口总线，而SCSI接口有16个节点的限制，不可能接入很多的磁盘。SCSI并行总线结构，传输距离短，是一种宽而短的电缆结构。

而细长的串行的FC是一种可寻址容量大、稳定性强、速度快（1Gbps~8Gbps，现在成熟的技术已经达到上百G）、传输距离远的网络结构，所以最终替代了SCSI接口和总线，但是SCSI协议或者说SCSI语言仍然载于FC进行传输。

而且FC不仅替代了磁盘阵列前端接口，也替代了后端接口，从而使磁盘阵列真正处于网络之中。

到后来，2001年又提出了SAS传输网络，Serial Attached SCSI，串行SCSI，所以FC协议也属于串行SCSI。所以SAS和FC协议一样跨越OSI七个层次。

紧接着出现了SAS盘，SAS盘接口和SATA盘接口是相同的，SAS协议通过STP（SATA Tuneling Protocol）来兼容SATA协议。而FC自身则无法做到，需要通过一个SCSI-ATA协议转换器。

SAS和FC在磁盘阵列设计中有配合使用，也有单一色的协议。

总之，都是替换了原来的并行SCSI通路技术，将一个个磁盘作为网络上的节点，即彻底变成网络化存储系统了。这样自然阐述了”Storage Area Network，存储区域网络“的概念。

2、IP SAN

IP SAN是随着TCP/IP协议和局域网LAN技术而兴起的，SCSI语言可以通过Internet来传递，SCSI协议运行在TCP/IP之上，即ISCSI，Internet Small Computer System Interface。

ISCSI发起方叫作Initiator，被连接方叫作Target。一般来说Initiator端为主机设备，Target端为提供存储空间的设备，如磁盘阵列。ISCSI标准发布于2004年，RFC3720。

人们把这种ISCSI为代表的TCP/IP作为传输方式的网络存储系统称作IP SAN，基于IP的存储区域网络。

这样IP SAN相对FC SAN取得了不少的优势：可扩展性和低成本。所以FC凭借其速度优势占据高端市场，而IP则以低成本优势占据中低端市场。当然FC和IP协议之间也存在融合，形成了FCIP和IFCP的模式。

因IP SAN是在SAN后产生的，所以SAN默认指FC SAN。

iSCSI SAN是通过iSCSI协议连接的。一般来说SAN可以分为Fc SAN 和IP SAN, 二者的区别在于一个是通过光纤网络连接至SAN, 一个是通过IP网络连接至SAN。iSCSI协议是通过IP协议实现的。因此也可以说iSCSI SAN是IP SAN的一种。像FCIP（FC over IP）等技术也可以划入IP SAN的范畴

三、NAS

Network Attached Storage，网络附加存储。

NAS是随着网络文件系统的出现而出现的，网络文件系统也是OS中的一种文件系统。微软的叫做CIFS，Common Internet File Syetem，意思是Internet范围的文件系统。Linux和UNIX系统使用的NFS，Network File System，网络文件系统。两者都是应用层协议，都是基于TCP/IP协议进行的传输。但是，CIFS开销非常大，远大于NFS！

这种文件系统逻辑不是在本地运行，而是在网络上的其他节点运行，调用远程的文件系统模块，即远程式调用文件系统，Remote Procedure Call File System，简称RPC FS。

人们把这种带有集中式文件系统功能的磁盘阵列，叫做NAS。所以相对于SAN来说，不仅是磁盘或卷在远程节点上，连文件系统功能也搬运到了远程节点上。

NAS产品是真正即插即用的产品。NAS设备一般支持多计算机平台，用户通过网络支持协议可进入相同的文档，因而NAS设备无需改造即可用于混合Unix/Windows NT局域网内，同时NAS的应用非常灵活。

但NAS有一个关键性问题，即备份过程中的带宽消耗。就是说LAN除了必须处理正常的最终用户传输流外，还必须处理包括备份操作的存储磁盘请求。

最后，从广义上说，各种存储架构都可以称为”SAN“，因为就算是直接连到主板上的IDE通道也可以连接两个磁盘，也可以认为是一个2节点网络。而且NAS和SAN也可以融合，NAS也可以看成是SAN的一种分支架构。

四、三种架构分析和应用

1、存储分类和结构

上图展示了存储分类，以及其发展过程：从上到下（更详细一点应该是：FC SAN到NAS，再到IP SAN）、从左到右。

封闭系统主要指大型机。

开放系统指基于包括Windows、UNIX、Linux等操作系统的服务器。由于目前绝大部分用户采用的是开放系统，其外挂存储占有目前磁盘存储市场的70%以上。

如果把数据比喻成仓库，三大架构经历了从DAS供自己使用，到SAN出租仓库给其他用户使用，再到NAS集中式理货服务外包的过程。如果最后扩展到分布式存储，则可以比喻成物流系统。

而下图则展示了三者的结构图：



DAS：通过SCSI总线或者前端FC协议后端SCSI总线访问数据，采用SCSI接口。

SAN：通过专用光纤通道交换机或者TCP/IP协议访问数据，采用FC-AL接口、以太网。

NAS：用户通过TCP/IP协议访问数据，采用网络文件系统NFS、CIFS实现共享。

2、SAN和NAS区别

（1） 最主要的区别：SAN是一个网络上的磁盘，NAS是一个网络上的文件系统；SAN基于磁盘级别的存储系统，NAS基于文件级别的存储系统。

（2）SAN是将目光集中在磁盘、磁带以及联接它们的可靠的基础结构；NAS是将目光集中在应用、用户和文件以及它们共享的数据上。

（3）SAN通过光纤比NAS通过以太网速度快很多；但光纤通道比以太网通道的网络更加复杂、成本更高，所以NAS更容易部署、更低成本和更易于扩展。而随着IP SAN的出现，这些缺陷也就不成为SAN的劣势。

（4）文件系统逻辑通过CPU运算和占用内存做缓存，所以NAS可以解放主机服务器上的CPU和内存资源，即瘦服务器主机；所以NAS更适合于CPU密集型的应用环境。

（5）SAN因其传输速度快，对于大块数据的CPU运算要求也不高，所以适合于大块IO密集的环境。

最后，随着万兆以太网的出现和发展使得NAS和IP SAN在与FC SAN竞争时不会再逊色于传输带宽。

3、三种存储架构的应用场景

DAS虽然比较古老了，但是还是很适用于那些数据量不大，对磁盘访问速度要求较高的中小企业；

NAS多适用于文件服务器，用来存储非结构化数据，虽然受限于以太网的速度，但是部署灵活，成本低；

SAN则适用于大型应用或数据库系统，缺点是成本高、较为复杂。