云计算探索-DAS、NAS与SAN存储技术演进及其应用比较

1，介绍

随着信息技术的飞速发展，数据存储的需求日益增长，各种存储技术也应运而生。在众多的存储解决方案中，直接附加存储（Direct Attached Storage，简称DAS）、网络附加存储（Network Attached Storage，简称NAS）和存储区域网络（Storage Area Networks，简称SAN）是三种最为常见的存储类型。它们各自具有独特的特点和适用场景，下面将对这三种存储类型进行详细介绍。

2.DAS存储介绍

自上世纪70年代起，随着数据量的日益增长，用户对存储容量的需求不断提升，最早的存储架构——直连附加存储（DAS）应运而生。DAS是一种直接连接到服务器或客户端的存储解决方案，通过诸如光纤通道（FC）、串行连接SCSI（SAS）等接口实现与主机的物理连接。这些接口的链路速率不断进化，从最初的3Gbit/s逐步提升至6Gbit/s甚至12Gbit/s，确保了高效的数据传输。DAS不仅提供了基本的存储服务，还逐渐增加了快照、备份等高级功能，满足了早期单点存储需求。

但是随着数据量爆炸式增长及企业对数据共享、集中管理和高可用性需求的提升，DAS由于其扩展性较差、资源孤立以及无法便捷地跨服务器共享数据等固有局限，在大规模数据中心环境中逐渐被更加灵活、可扩展且支持资源共享的NAS和SAN所取代，特别是对于需要实现高效存储资源池化、在线迁移、多重数据保护机制以及复杂存储网络策略的场景。然而，考虑到其低成本和简单易用性，DAS仍在小规模网络、高性能计算和特定应用场合中保持着一定的市场地位。

2.1 DAS存储的特点

直接连接： DAS通过SCSI、SAS或光纤通道等直接连接到服务器内部或外部，无需经过网络层，数据路径短，延迟较低。
独立性： 每台服务器独享与其相连的存储设备，数据不与其他服务器共享，故安全性较高。
易用性： 配置简单，类似于添加额外的本地硬盘，适用于小规模环境或单机系统。
扩展性局限： 扩展能力有限，增加新的存储通常意味着服务器也需要重新配置或更换，不利于大规模数据存储和共享。
备份和恢复： DAS环境下进行数据备份可能较为复杂，需要在每台服务器上分别进行，管理负担较大。

3.NAS存储介绍

进入90年代初期，随着网络技术的快速发展和大量数据的共享与交换需求，网络附加存储（NAS）作为一种专用的网络存储设备崭露头角。NAS设备通过网络提供存储服务，尤其擅长处理多台前端服务器共享后端存储的情况。NAS设备上的存储空间借助CIFS（适用于Windows系统）和NFS（适用于类Unix系统）等网络文件系统协议进行共享，允许多个客户端同时读写同一个目录或文件。

NFS由Sun Microsystems于1984年创建，是一项Internet标准协议，旨在促进跨局域网的文件共享。NFS经历了多个版本的演进，从最初基于UDP协议的NFSv2，过渡到广泛采用TCP协议且增强了可靠性和效率的NFSv3，再到提高性能和安全性的NFSv4。NFS通过远程过程调用（RPC）机制运作，让客户端可以通过网络像访问本地文件系统一样访问远程文件。

与此同时，CIFS作为另一种重要的网络文件系统协议，主要服务于Windows主机间的文件共享。无论是NFS还是CIFS，NAS设备都通过网络节点的形式直接接入网络中，支持多种网络技术和拓扑结构，尤其是以太网，且可通过Web浏览器进行直观便捷的管理。

3.1 NAS存储特点

网络共享： NAS通过标准网络（如以太网）连接到多个客户端，提供文件级别的共享服务，实现数据集中化存储和管理。
文件服务： 内置操作系统和文件系统，支持CIFS、NFS等多种文件协议，易于跨平台数据共享。
易用性与灵活性： 用户可通过网络访问NAS设备上的文件，管理界面友好，可远程配置与监控，且能够根据需求动态调整存储空间分配。
数据备份与恢复： NAS通常配备内置的备份和恢复功能，简化了企业的数据保护流程。
性能考量： 由于NAS依赖于网络带宽，相比DAS，在大数据块传输或频繁随机I/O操作时，性能可能受到网络瓶颈影响。

4.SAN存储区域网络

存储区域网络（SAN）在90年代中后期兴起，它是通过专用的高速网络将一个或多个网络存储设备与服务器紧密集成的高可用存储系统。不同于LAN，SAN独立构建，专门为服务器与存储资源之间的通信服务。SAN采用可扩展的网络架构，通过光纤通道（Fibre Channel，FC）协议及FC交换机构建起了FC-SAN，使得存储设备不再绑定于单一服务器，而是作为一个对等资源在整个网络服务器间共享。

FC-SAN利用光纤技术，提供了高达4.25Gbit/s的数据传输速度，极大地提高了存储性能和扩展性，能够支持数百台服务器的同时接入，并提供快照、容灾等高级数据保护功能。

而在21世纪初，为了应对FC-SAN的成本门槛和复杂管理问题，IP-SAN（基于IP的存储区域网络）应运而生。IP-SAN利用现有的以太网基础设施，通过iSCSI（Internet Small Computer System Interface）协议将SCSI命令封装在TCP/IP包中进行传输，大大降低了建设成本并简化了管理。IP-SAN同样能提供高带宽链路速率，最高可达10Gbit/s，且同样支持快照、容灾等高级服务

4.1 SAN存储的特点

专用网络： SAN通过高速光纤通道网络连接服务器与存储设备，形成独立于LAN的存储网络，提供块级存储服务。
高性能： 使用光纤通道协议，支持高带宽和低延迟，适合大型数据库、实时交易系统等对性能要求极高的应用。
集中存储与资源共享： 存储资源可以在多台服务器间灵活分配和共享，避免了存储孤岛现象，提高资源利用率。
扩展性强： SAN架构支持线性扩展，可以轻松添加新存储设备或服务器，适应快速增长的数据存储需求。
高级功能： 提供诸如RAID、快照、镜像、复制等高级数据保护功能，保障数据安全性和可用性。
两种主流形式：
FC-SAN： 采用光纤通道技术，具有极高稳定性和性能表现，但成本相对较高。
IP-SAN（如iSCSI）： 基于IP网络，利用以太网基础设施，降低了部署成本，同时实现了长距离数据传输和管理的便利性。

5.NAS与SAN的比较

NAS和SAN在存储领域各有优势。NAS具有文件操作和管理系统，方便用户进行文件级别的操作和管理。而SAN则专注于数据管理，为服务器提供高性能的存储通道。两者并不是相互冲突的，而是可以共存于一个系统网络中的。在实际应用中，可以根据具体需求选择适合的存储方案，或者将两者结合使用，以实现更加灵活和高效的存储管理。