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1、信息工程学院信息组织与利用课程论文动态网络存储技术专业：计算机科学与技术 班级： 1 课程名称：信息资源组织与管理 姓名： 学号： 授课教师： 动态网络存储技术摘要：信息存储技术与信息处理和信息传输技术一起成为信息技术的三大基石。近年来，网络存储技术已经成为一个非常热门的研究方向。本文将从现有各种网络存储技术的基本原理出发，对其进行了清晰的划分和归类，介绍目前热点的网络存储技术及其新进展，并围绕目前的几种主流和新型网络存储技术进行了讨论，详细分析了每一种网络存储技术的优点和存在的问题，以便读者对网络存储技术有一个全面的了解。最后指出了网络存储技术未来可能的发展趋势和技术路线。关键词：网络存储技
2、术 ；对象存储 ；IP 存储 ；发展趋势前言随着计算机技术及其相关的各种网络应用的飞速发展，通过网络进行传输的信息量不断膨胀，对网络存储的需求也日益增多。存储系统不再是计算机系统的附属设备，而成为互联网中与计算和传输设施同等重要的三大基石之一，网络存储已成长为信息化的核心发展领域，并逐渐承担着信息化核心的责任。实际上，信息技术在任何时候都是处理、传输和存储技术的三位一体的完美结合，三者缺一不可。数据量的迅速增长为我们提出了新的问题和要求，如何确保数据的一致性、安全性和可靠性，如何实现不同数据的集中管理，如何实现网络上的数据集中访问，如何实现不同主机类型的数据访问和保护等等。所有这些都对现有的存
3、储技术提出了挑战，呼唤着新的网络存储技术及其产品的出现，也使得网络存储技术迅速崛起。在网络存储技术中，由网络存储设备提供网络信息系统的信息存取和共享服务，其主要特征体现在超大存储容量、大数据传输率以及高的系统可用性、远程备份等方面。目前网络存储技术正在成为计算机领域的研究热点，可以说，网络存储将引发继信息处理（如 CPU）和信息传输（如 Internet）之后 IT 领域的第三次技术浪潮。如何适应新的存储需求，采用什么技术来突破当前存在的存储服务的瓶颈，是人们普遍关心和迫切需要解决的问题。目前，对存储技术的研究和应用，主要集中在存储介质技术、存储体系结构、存储管理软件、存储接口技术等几个方面。
4、下面将围绕网络存储的几种主流技术进行分析，并通过对这些技术主要特点、应用范围等进行横向比较、分析和归类；再简要介绍当前的热点存储技术和几种全新的网络存储结构。最后，简要介绍各种网络存储技术的发展方向和发展趋势。1. 网络存储技术概述1.1 网络存储的概念网络和存储是以两个不同的技术分别发展起来的。存储使用发起方和目标方的概念来表达，在相连的设备之间形成一种主从关系，而网络则更多的是强调连接设备之间的对等关系。存储技术的重点主要在于高效的数据组织和存放，而网络的重点主要在于高效的数据传输。网络存储技术就是将“存储”和“网络”结合起来，通过网络连接各存储设备，实现存储设备之间、存储设备和服务器之间
5、的数据在网络上的高性能传输。为了充分利用资源，减少投资，存储作为构成计算机系统的主要架构之一，就不再仅仅担负附加设备的角色，逐步成为独立的系统。利用网络将此独立的系统和传统的用户设备连接，使其以高速、稳定的数据存储单元存在，用户可以方便地使用诸如浏览器这样的客户端进行访问和管理，这就是网络存储。1.2 网络存储技术的类型（1）按存储介质分类 ：根据存储介质不同可分为磁带存储技术、磁盘存储技术和光盘存储技术。（2）按存储体系结构分类 ：根据存储体系结构不同可分为直连存储技术、附加网络存储技术、存储区域网络、IP 存储技术、基于对象的存储技术、存储集群系统、网格存储技术、虚拟存储技术等。（3）按存
6、储接口技术分类 ：根据存储接口技术不同可分为光纤通道FC（Fiber Channel）技术、分布式网络存储技术等。1.3 传统的网络存储技术传统网络存储技术的体系结构传统的网络存储技术的体系结构大致可分为以下三类：（1）直连存储系统 DAS直连存储系统（DAS，Direct Attached Storage）是指将存储设备通过 IDE、SCSI 接口或光纤通道 FC 等 I/O 总线直接连接到服务器上的方式，是一种以服务器为中心的存储结构，用户在客户端对存储设备的数据访问首先要通过网络，再经过服务器，最后经过其总线访问相应的存储设备。在这里服务器实际上起到一种存储转发的作用，使用过程和使用本机
7、硬盘并无太大差别。此外，DAS 本身不带有任何存储操作系统。DAS 的优点主要有：存储容量扩展的实施简单，投入成本少、见效快；存储安全由服务器承担，用户不必担心所存信息的安全；能充分利用服务器的高性能 I/O 总线来完成用户的 I/O操作。DAS 存在的问题主要是：由于受服务器总线技术和所连存储设备数量的限制，使得 DAS 的可扩展性差，难以满足现代存储应用大容量、高性能、动态可扩展的要求。受服务器主机的带宽和内存容量的限制。当服务器发生故障时，数据不可访问。当访问的用户数增多时，服务器本身会成为整个系统的瓶颈。 DAS 不具备共享性，每种客户机类型都需要一个服务器，从而增加了存储管理和维护的
8、难度。由于上述种种缺陷，DAS 难以满足现今的存储和用户的要求，目前已经开始逐步淡出网络存储市场。（2）附加网络存储系统 NAS附加网络存储系统 （NAS，Network Attached Storage）是可以直接连到网络上向用户提供服务的存储设备。NAS 将存储设备通过标准的网络拓扑结构（例如以太网） ，连接到一群计算机上，提供数据和文件服务。NAS 利用其自身简化的实时操作系统，将硬件和软件有机地集成在一起，用以提供文件服务和实现涉及文件存取及管理的所有功能。NAS 的结构是以网络为中心，面向文件服务器的。由于采用了 LAN 中通用的数据传输协议（如 NFS 和 CIFS） ，所以 NA
9、S 能够在异构的服务器之间共享数据。NAS 的主要优点有：异构平台下的文件共享。不同操作系统平台下的多个客户端可以很容易地共享 NAS 中的同一个文件。充分利用现有的 LAN 网络结构，保护现有投资。容易安装，使用和管理都很方便，实现即插即用。广泛的适用性。由于基于 IP/Ethernet 以及标准的 NFS 和 CIFS，可以适应复杂的网络环境。总拥有成本较低。NAS 存在的问题主要是：存储只能以文件方式访问，而不能像普通文件系统一样直接访问物理数据块，因此在某些情况下会严重影响系统效率（例如大型数据库就不能使用 NAS） 。由于存储数据要通过普通数据网络传输，因此易受网络上其它流量的影响，
10、当网络上有其它大数据流量时会严重影响系统性能。此外，还容易产生数据泄露等安全问题。难以对多个 NAS 设备进行统一的集中管理。（3）存储区域网络 SAN存储区域网络（SAN，Storage Area Network）是一种利用 FC 等互连协议连接起来的可以在服务器和存储系统之间直接传送数据的存储网络系统，网络存储主流技术及其发展趋势。2 其它新型的网络存储技术目前其他新型的网络存储技术有以下三种：1 NAS 网关技术根据传统网络存储技术存在的不足，出现了一些在传统结构上进行改进的网络存储新技术，典型的有 NAS Gateway 技术 9-11。此外，还有各种基于 IP 的网络存储技术，原则上
11、也可看成是在传统结构基础上进行改进的网络存储技术。NAS 网关与 NAS 专用设备不同，它不是直接与安装在专用设备中的存储相连接，而是经由外置的交换设备，通过 FC 连接到存储阵列上。故 NAS 网关可以访问 SAN 上连接的多个存储阵列中的存储资源。它使得 IP 连接的客户机可以以文件的方式访问 SAN 上的存储部件，并通过标准的文件共享协议（如 NFS 和 CIFS）处理来自客户机的请求。当网关收到客户机请求后，便将该请求转换为向存储阵列发出的数据请求。存储阵列处理这个请求，并将处理结果发回给网关。然后网关将这个一块信息转换为文件数据，再将它发给客户机。对于终端用户而言，整个过程是无缝和透
12、明的。NAS 网关技术使得管理人员能够将分散的 NAS 文件整合在一起，增强了系统的灵活性与可伸缩性，为企业升级文件系统、管理后端的存储阵列提供了方便。NAS 网关具有以下优点：能使NAS 和 SAN 互连，直接连到 IP 网络，具有 NAS 的灵活性和容易使用的优点，同时具有 SAN 在 IP 网络上可扩展的优点。增加了 FC 存储设备可到达的范围，突破了 FC 拓扑的限制，允许 FC 设备在 IP 网络中使用，实现了交换机、RAID 控制器和磁盘 RAID 的互连。平衡了 FC 投资的代价，减少了光纤设备的访问成本，允许访问未得到充分利用的 SAN 存储空间，能够使异构的文件在 SAN 上
13、得到服务，实现异构的文件共享。集群环境和故障屏蔽，并可提供数据保护等。2基于 IP 的网络存储技术网络存储的发展产生了一种新型的基于 IP 的网络存储技术7-11，IP 网络存储是指计算机可以通过 IP 网络共享 IP 网络存储设备的存储资源。对于基于 IP SAN 的计算机，其部分数据甚至于全部数据，均可集中存储于网络存储设备上。这样用户就可随心所欲地使用 IP 网络上的存储资源，而不受本地存储资源的限制。在各种基于 IP 的网络存储技术中，IP-SAN 是以 IP 为基础的 SAN 存储方案，是一种可共同使用 SAN 与 NAS，并遵循各项标准的纯软件解决方案。IP-SAN 可让用户同时使
14、用千兆以太网、SCSI 与 FC，建立以 IP 为基础的网络存储基本架构，在 IP 网络中实现远距离的块级存储，以 IP 协议替代FC 协议，可用于网络中实现用户和服务器的连接，随着基于 IP 协议计算机的速度不断提高及千兆以太网的应用，基于 IP 协议的存储网络实现方案成为 SAN 的最佳选择。IP-SAN 不仅成本低，而且可以解决 FC 的传播距离有限、互操作性较差等问题。3 对象存储技术网络存储系统能否成功，必须有效解决以下三个主要问题 ：第一，提供高性能的存储，在 I/O 级和数据吞吐率方面能满足成百上千台规模的集群服务器聚合访问需求；第二，提供安全的共享数据访问，便于集群应用程序的编
15、写和存储的负载均衡；第三，提供强大的容错能力，确保存储系统的高可用性。对象存储（Object Storage）技术6,8,11,12正是在这种背景下发展起来的。对象存储技术提供了具有高性能、高可靠性、跨平台以及安全的数据共享的存储体系结构。对象存储包括对象（Object） 、对象存储设备 OSD（Object-based Storage Device） 、文件系统、元数据服务器 MDS（Meta Data Server）和网络连接等几个组成部分。每个 OSD 都是一个智能设备，具有自己的存储介质、处理器、内存以及网络系统等，负责管理本地的 Object，是对象存储系统的核心。OSD 的主要功能
16、包括数据存储和安全访问。MDS 为客户端提供元数据，主要是文件的逻辑视图，包括文件与目录的组织关系、每个文件所对应的 OSD 等。4存储集群系统存储集群系统8的基本原理是，所有的设备被整合到一个虚拟的存储池，组成一个透明化的全局文件系统，整个集群系统只能分配到一个驱动器盘符。这样不仅可以缓解存储管理力，而且可以提高现有磁盘资源的利用率；同时还增加了服务器共享数据的能力，避免了因相同文件被重复备份而造成的不必要的资源浪费。在分布式集群中，所有的物理存储资源都被整合到一个虚拟的存储池内，管理员只需要留意一下存储设备与服务器的连接方式，以及它所运行的应用程序类型就可以了，诸如配置存储资源之类的琐碎事情都由系统自动处理，不需要管理员插手。存储集群主要有两大类：一类是集群文件系统，一类是建立在集群的架构之上的独立硬件设备。目前，集群文件系统之所以受到用户青睐，主要是因为
