谈基于SAN网络存储技术的研究

摘要：本文针对SAN（Storage Area Network）的网络储存技术进行了详细的分析，通过将SAN技术应用于网络存储，能够有效缓解网络数据量日益增大所导致的存储压力。

关键词：SAN网络储存；储存技术

中图分类号：TP333 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 20-0000-02

随着信息技术的不断发展，人们对计算机和网络的依赖越来越强，从节能和环保等因素考虑，越来越多的企业都实现了无纸化办公。计算机应用迅猛发展的同时，计算机存储信息量也不断增长，需要存储大量的数据。如何才能简便、安全、快速地存储这些数据？这对存储管理过程中所涉及的容量和速度是一个严峻的挑战。因此，数据存储成为一个重要的课题，大部分国内外研究机构都在研究和开发专门的数据存储解决方案。网络存储成为主流的存储技术。本文重点探讨基于SAN技术的网络存储。

1 SAN 网络存储技术

SAN（Storage Area Network） ，即存储区域网络。它是随着客户机-服务器（C/S）这一模式的出现而出现的。它的存储解决方案是与传统的局域网（LAN）备份方案并行发展起来的，采用并借鉴了 LAN 的一些技术。SAN 网络存储技术的构成与 LAN 或广域网（WAN）相似。和以前的以主机为中心的存储模式不同，SAN 技术的存储和管理不再是基于集中式的，而是采用分布式的管理和存储技术。以数据存储为中心，采用可伸缩的网络拓扑结构，通过具有高传输速率的光通道的直接连接方式，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。在多种光通道传输协议逐渐走向标准化并且跨平台群集文件系统投入使用后，SAN最终将实现在多种操作系统下，最大限度的数据共享和数据优化管理，以及系统的无缝扩充。

SAN的传输速度要比LAN所支持的传输速度快得多，另外， SAN将LAN从繁重的数据备份工作中解脱了出来，从而优化了LAN的性能，并使用户得到最优化的存储服务和网络使用。

1.1 光纤通道技术（FC）

光纤通道技术是基于美国国家标准协会（ANSI）的 X3.230-1994 标准（ISO14165-1），而创建的基于块的网络方式。该技术详细定义了在服务器、转换器和存储子系统（例如，磁盘列阵或磁带库）之间建立网络结构所需的连接和信号.光纤通道采用光纤、同轴铜质电缆或者双绞合铜质电缆，以 1Gbps、2Gbps、4Gbps 和最新的 10Gbps 速率传输 SAN 数据，同时，延迟时间短，尽量缩短数据请求和发送的迟缓时间。光纤通道技术所提供的服务主要分为以下四种类别：

1.1.1 FC Class-1：专用于连接，全部带宽，发送确认；

1.1.2 FC Class-2：发送确认，但不采用全部带宽；

1.1.3 FC Class-3：发送不作确认，不过管理费用的降低可以明显地改进其性能；

1.1.4 FC Class-4：发送确认，具有诸如虚拟连接和部分带宽的先进特点。

光纤通道技术是结合了通道技术和网络技术的优点开发出来的，采用光纤通道协议（FCP）和网际网络协议（IP），光纤通道技术实现的SAN融合了通道接和网络连接的优点，一种非常可靠的技术。一般而言，主机采用的总线适配器卡（HBA）和交换机的性能非常强大，将设备故障率降到最低。光纤通道 SAN 结构允许多有重连接线路和冗余线路，因此，若某个硬件出现故障或电缆出现问题时，可以找到一条新的通道，这样传输转换到另外一个通道，可以保持存储和应用程序之间的连接（可靠性能会有所下降），直到故障排除。此外，多重连接可以进行合并，以获得更好的带宽。例如，将两个 2Gbps 的连接进行聚合，可以有效地达到一个 4Gbps 数据带宽的性能。这种多重或冗余连接的可行性，能够使SAN可靠性增强，实现负载均衡，并且能够动态地调整数据繁忙通道或瓶颈，有效利用使用较少的通道进行数据传输。

1.2 基于 SAN 的网络备份技术

网络数据备份是一套比较成熟的备份方案，其基本设计思想是利用一台服务器连接合适的备份设备加上备份软件，实现对整个网络系统各主机上关键业务数据的自动备份管理。在有些特殊环境下，也可以在网络上数据量比较大的几个服务器上同时安装备份软件，由主控服务器统一管理，其它服务器作为受控服务器。通过合理的设备连接可以减少数据备份时对网络产生的过重负载。数据备份设备一般都采用磁带存储设备，包括磁带机和磁带库。在部门级和企业级数据备份系统中一般都采用磁带库，实现自动备份操作。磁带库是由多台磁带驱动器、一个或两个机械手和数十或数百个磁带槽组成大型存储设备，主要用于大数据量文件备份、归档等应用。磁带库的性能主要取决于其内置的磁带驱动器。随着磁盘技术的发展，容量越来越大，价格也不断的降低，我们也可以采用磁盘阵列的方式对数据的存储与备份，磁盘的优点是比磁带读取速度快，效率高，缺点是不能实现离线存储。

1.3 集群存储技术

现在已有许多种成功的集群产品。其中 Digital 为 VAX 系统开发的 VMS 集群相当成功， IBM 的 Parallel Sysplex 计算环境也很好。多年以来 IBM 一直在出售大型主机时宣称小型系统的集群无法与一台大型多处理机系统相比。但后来，费用和可扩展性问题使得 IBM 不得不转向另一种处理器基础技术（用 CMOS代替双极管），并且在连接这些处理器时采用了集群方法。在开放系统领域，包括PC 领域，实际上每个系统供应商和系统软件供应商都有了一定数量和类型的集群产品。

2 基于SAN的存储结构

要正确理解SAN，我们可以从物理架构上来理解它，SAN的管理是集中而且高效的，它脱离了普通的局域网，自已是一个独立的网络。在传统的服务器与存储系统的连接通常难于更新或集中管理，每台服务器必须关闭才能增加和配置新的存储。相比较而言，SAN不必中断与服务器的连接即可增加存储容量，用户可以在线添加、删除设备、动态调整存储网络，将异构设备统一纳入SAN的管理范围。SAN的集中管理数据的特点大大降低了企业的总体拥有成本和管理效率。

3 SAN的优点

3.1 SAN具有出色的可扩展性，不必中断与服务器连接即可增加存储。

3.2 可集中管理数据，从而降低总体拥有成本。

3.3 利用光纤通道技术，SAN可以高效率的传输数据块，传统上用于数据备份的网络带宽可以节约下来用于其他应用。

3.4 SAN克服了传统上与SCSI相连的线缆限制，极大地拓展了服务器和存储设 备之间的距离，从而增加了更多连接的可能性。

3.5 在数据传送过程中，SAN在通信结点（尤其是服务器）上的处理费用开销更少，因为数据在传送时被分成更小的数据块。因此，光纤通道SAN在传送大数据块时非常有效，这使得光纤通道协议非常适用于存储密集型环境。

4 结束语

总之，SAN是一种基于存储网络的解决方案。SAN在物理布局上与普通的局域网的类似，都是在服务器和存储设备之间通过专用的集线器、网关和光纤交换机建立连接的。但普通的局域网以Ethernet为接口，而SAN以FC接口和iSCSI接口等为主在传送大数据块时非常有效，并且具有出色的可扩展性，不必中断与服务器连接即可增加存储。可见，它具有高速度、可靠性、可扩展性。通过将SAN技术应用于网络存储，能够有效缓解网络数据量日益增大所导致的存储压力。

参考文献：

[1]法利（美）著，孙功星等译.SAN存储区域网络（第2版）.机械工业出版社，2007.

[2]谢长生，傅湘林.一种基于iSCSI的SAN的研究与实现[J].计算机研究与发展，2008（40），5.