DAS、NAS和SAN三种存储技术全面解析
随着企业网络应用数据量的加大，企业已经感觉到存储容量和性能落后于网络应用发展需求。在这种应用条件下满足用户的存储需求的技术应运而生，DAS、NAS和SAN三种存储技术成为当今主流的存储技术。
1.存储分类
根据服务器类型分为：封闭系统的存储和开放系统的存储，封闭系统主要指大型机，开放系统指基于Windows、UNIX、Linux等操作系统的服务器;开放系统的存储分为：内置存储和外挂存储;外挂存储根据连接的方式分为：直连式存储(Direct-Attached Storage,简称DAS)和网络化存储(Fabric-Attached Storage,简称FAS);网络化存储根据传输协议又分为：网络接入存储(Network-Attached Storage,简称NAS)和存储区域网络(Storage Area Network,简称SAN)。
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2.NAS、DAS和SAN是三种常见的服务器存储方式，它们主要的区别在哪呢？先来个简单对比。
DAS: 直连式存储(Direct-AttachedStorage)
存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接挂到服务器总线上。
DAS方案中外接式存储设备目前主要是指RAID、JBOD等。
NAS：网络附属存储(Network Attached Storage)
存储设备通过标准的网络拓扑结构(例如以太网)连接
NAS是在网络中放置一个单独的存储服务器，此存储服务器开启网络共享。
SAN：存储区域网络(Storage Area Network)
SAN连接又分ISCSI（网口）SAS（SAS口）以及FC（光纤口）连接 注：这种连接需要单独的存储产品。可以通过交换机连接
3.接口、存储技术发展的一些基本概念
IDE、 SATA、 SCSI、 SAS、 光纤通道 前两种主要是个人电脑上用的，IDE 接口现在很少用了，但老电脑还在用，后面三种主要用在服务器上。
3.1 ATA硬盘一般使用IDE接口，分为PATA硬盘（即parallelATA,并行ATA硬盘接口规范）和SATA硬盘（即serialATA，串行ATA硬盘接口规范)。
3.2 SATA其实是scsi体系里抽取出的一部分，也就是说scsi能兼容sata，但sata反过来就不行。scsi本质上还是为服务器准备的磁盘系统，它非常强调所有的控制可以由scsi体系自己完成，不需要cpu控制，所以scsi非常省资源，而sata需要cpu介入控制传输过程
3.3 SCSI和iSCSI二者不是一个层面的概念。
Scsi技术是一种接口，小型计算机系统接口。服务器上用的。
iSCSI技术是新储存技术，供硬件设备使用的可以在IP协议的上层运行的SCSI指令集，这种指令集合可以实现在IP网络上运行SCSI协议，使其能够在诸如高速千兆以太网上进行路由选择。将现有SCSI接口与以太网络(Ethernet)技术结合，使服务器可与使用IP网络的储存装置互相交换资料。
3.4 SAS是新一代的SCSI技术，和SATA硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。兼容SATA。
4.DAS、NAS和SAN三种存储详细介绍
DAS存储
DAS存储在我们生活中是非常常见的，尤其是在中小企业应用中，DAS是最主要的应用模式，存储系统被直连到应用的服务器中，在中小企业中，许多的数据应用是必须安装在直连的DAS存储器上。
DAS存储更多的依赖服务器主机操作系统进行数据的IO读写和存储维护管理，数据备份和恢复要求占用服务器主机资源(包括CPU、系统IO等)，数据流需要回流主机再到服务器连接着的磁带机(库)，数据备份通常占用服务器主机资源20-30%,因此许多企业用户的日常数据备份常常在深夜或业务系统不繁忙时进行，以免影响正常业务系统的运行。直连式存储的数据量越大，备份和恢复的时间就越长，对服务器硬件的依赖性和影响就越大。
直连式存储与服务器主机之间的连接通道通常采用SCSI连接，随着服务器CPU的处理能力越来越强，存储硬盘空间越来越大，阵列的硬盘数量越来越多，SCSI通道将会成为IO瓶颈;服务器主机SCSI ID资源有限，能够建立的SCSI通道连接有限。
无论直连式存储还是服务器主机的扩展，从一台服务器扩展为多台服务器组成的群集，或存储阵列容量的扩展，都会造成业务系统的停机，从而给企业带来经济损失，对于银行、电信、传媒等行业7×24小时服务的关键业务系统，这是不可接受的。并且直连式存储或服务器主机的升级扩展，只能由原设备厂商提供，往往受原设备厂商限制。
NAS存储
NAS存储也通常被称为附加存储，顾名思义，就是存储设备通过标准的网络拓扑结构(例如以太网)添加到一群计算机上。NAS是文件级的存储方法，它的重点在于帮助工作组和部门级机构解决迅速增加存储容量的需求。如今用户采用NAS较多的功能是用来文档共享、图片共享、电影共享等等，而且随着云计算的发展，一些NAS厂商也推出了云存储功能，大大方便了企业和个人用户的使用。
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。与将备份数据流从LAN中转移出去的存储区域网(SAN)不同，NAS仍使用网络进行备份和恢复。NAS 的一个缺点是它将存储事务由并行SCSI连接转移到了网络上。这就是说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。
SAN存储
存储区域网络，从名字上我们也可以看出，这个是通过光纤通道交换机连接存储阵列和服务器主机，最后成为一个专用的存储网络。SAN经过十多年历史的发展，已经相当成熟，成为业界的事实标准(但各个厂商的光纤交换技术不完全相同，其服务器和SAN存储有兼容性的要求)。
SAN提供了一种与现有LAN连接的简易方法，并且通过同一物理通道支持广泛使用的SCSI和IP协议。SAN不受现今主流的、基于SCSI存储结构的布局限制。特别重要的是，随着存储容量的爆炸性增长，SAN允许企业独立地增加它们的存储容量。SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列，这样不管数据置放在那里，服务器都可直接存取所需的数据。因为采用了光纤接口，SAN还具有更高的带宽。
因为SAN解决方案是从基本功能剥离出存储功能，所以运行备份操作就无需考虑它们对网络总体性能的影响。SAN方案也使得管理及集中控制实现简化，特别是对于全部存储设备都集群在一起的时候。最后一点，光纤接口提供了10公里的连接长度，这使得实现物理上分离的、不在机房的存储变得非常容易。
总结：最后概括一下就是，DAS存储一般应用在中小企业，与计算机采用直连方式，NAS存储则通过以太网添加到计算机上，SAN存储则使用FC接口，提供性能更加的存储。NAS与SAN的主要区别体现在操作系统在什么位置，如下图所示。
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5.DAS、NAS和SAN三种存储技术的优缺点
5.1 DAS(直接附加存储设备：Direct Attached Storage)
直接附加存储是指将存储设备通过SCSI接口直接连接到一台服务器上使用。
【优点】
DAS购置成本低，配置简单，使用过程和使用本机硬盘并无太大差别，对于服务器的要求仅仅是一个外接的SCSI口，因此对于小型企业很有吸引力。
【缺点】
(1)服务器本身容易成为系统瓶颈;
(2)服务器发生故障，数据不可访问;
(3)对于存在多个服务器的系统来说，设备分散，不便管理。同时多台服务器使用DAS时，存储空间不能在服务器之间动态分配，可能造成相当的资源浪费;
(4)数据备份操作复杂。
5.2 NAS(网络附加存储服务器：Network Attached Storage)
NAS实际是一种带有瘦服务器的存储设备。这个瘦服务器实际是一台网络文件服务器。NAS设备直接连接到TCP/IP网络上，网络服务器通过TCP/IP网络存取管理数据。
【优点】
NAS作为一种瘦服务器系统，易于安装和部署，管理使用也很方便。同时由于可以允许客户机不通过服务器直接在NAS中存取数据，因此对服务器来说可以减少系统开销。NAS为异构平台使用统一存储系统提供了解决方案。由于NAS只需要在一个基本的磁盘阵列柜外增加一套瘦服务器系统，对硬件要求很低，软件成本也不高，甚至可以使用免费的LINUX解决方案，成本只比直接附加存储略高。
【缺点】
(1)由于存储数据通过普通数据网络传输，因此易受网络上其它流量的影响。当网络上有其它大数据流量时会严重影响系统性能;
(2)由于存储数据通过普通数据网络传输，因此容易产生数据泄漏等安全问题;
(3)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，因此会在某些情况下严重影响系统效率，比如大型数据库就不能使用NAS。
5.3 SAN(专用存储区域网络：Storage Area Network)
SAN实际是一种专门为存储建立的独立于TCP/IP网络之外的专用网络。
【优点】
目前一般的SAN提供2Gb/S到4Gb/S的传输数率，同时SAN网络独立于数据网络存在，因此存取速度很快，另外SAN一般采用高端的RAID阵列，使SAN的性能在几种专业存储方案中傲视群雄。SAN由于其基础是一个专用网络，因此扩展性很强，不管是在一个SAN系统中增加一定的存储空间还是增加几台使用存储空间的服务器都非常方便。通过SAN接口的磁带机，SAN系统可以方便高效的实现数据的集中备份。SAN作为一种新兴的存储方式，是未来存储技术的发展方向。
【缺点】
(1)价格昂贵。不论是SAN阵列柜还是SAN必须的光纤通道交换机价格都是十分昂贵的，就连服务器上使用的光通道卡的价格也是不容易被小型商业企业所接受;
(2)需要单独建立光纤网络，异地扩展比较困难。
6.NAS与SAN的分析与比较
针对I/O是整个网络系统效率低下的瓶颈问题。抓住症结经过实践检验为最有效的办法是：将数据从通用的应用服务器中分离出来以简化存储管理。
6.1 问题：
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上图存在的问题：每个新的应用服务器都要有它自己的存储器。这样造成数据处理复杂，随着应用服务器的不断增加，网络系统效率会急剧下降。
6.2 解决办法：
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将存储器从应用服务器中分离出来，进行集中管理。这就是所说的存储网络（Storage Networks）。
6.3 使用存储网络的好处：
统一性：形散神不散，在逻辑上是完全一体的。
实现数据集中管理，因为它们才是企业真正的命脉。
容易扩充，即收缩性很强。
具有容错功能，整个网络无单点故障。
6.4 目前存储网络主要采取两种不同的实现手段，即NAS（Network Attached Storage）网络接入存储和SAN(Storage Area Networks)存储区域网络。
NAS：用户通过TCP/IP协议访问数据，采用业界标准文件共享协议如：NFS、HTTP、CIFS实现共享。
SAN：通过专用光纤通道交换机访问数据，采用SCSI、FC-AL接口。
6.5 什么是NAS和SAN的根本不同点：文件管理系统在哪里？ 如图：
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分析可知，SAN结构中，文件管理系统（FS）还是分别在每一个应用服务器上；而NAS则是每个应用服务器通过网络共享协议（如：NFS、CIFS）使用同一个文件管理系统。换句话说：NAS和SAN存储系统的区别是NAS有自己的文件系统管理。
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。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。将来从桌面系统到数据集中管理到存储设备的全面解决方案将是NAS加SAN。
7. NAS-SAN （SAN-NAS）与IP-SAN的对比
7.1代表厂商
NAS,NAS-SAN （SAN-NAS）：索贝
IP-SAN ：中科大洋
在非光纤的网络机构中，即千兆以太网络环境中，现在比较引人注目的就是NAS-SAN和IP-SAN。虽然NAS类设备和IP-SAN在物理结构上比较相象，但其使用的逻辑结构是完全不同的，NAS和IP-SAN实际上是本质上完全不同的设备.下面就两种设备的不同，进行进一步的对比分析：
NAS(NAS SAN, SAN NAS): NAS核心技术点是SAMB,后来Microsoft改为CIFS（Common Internet File System），由于该协议内部复杂程度较高，所以该协议的效率一直是不令人满意。该协议最大的缺点是：当NAS控制器有多个连接任务的时候，系统无法保证每个连接的服务质量，换个说法就是，当NAS控制器的负载达到一定的程度的时候，哪个连接在系统获得了响应，系统就调用尽量多的资源为该连接服务，但是在这个时候，系统中其他的连接服务就无法正常的保障了。
NAS-SAN (SAN-NAS),是在NAS的基础上，通过共享文件系统软件，将原来单控制器的NAS头，分解成多个，但是无法摆脱NAS设备原有的SMB协议的缺点,虽然通过多个头的方式，能够实现总带宽的提升，但是服务的质量依然无法提高。而且现在的NAS-SAN（SAN-NAS）无法实现负载均衡，即多个NAS控制器使用一个ＩＰ地址，这样当其中的一个头坏掉的时候，原先人为分配使用这个NAS控制器的工作站点将无法正常工作。
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IP-SAN,（IP-SAN-MPIO） IP-SAN核心技术点在于iSCSI协议，该协议在内部结构上要比SMB协议简单许多，该协议只需要负责将传输的网络数据包中的TCP/IP与SCSI命令分离或合并，效率很高。IP-SAN 结构继承了FC-SAN上几乎所有的优点，性能也达到FC-SAN的水平，通过以太网络和存储设备的成本的降低，具有很强的竞争力。 不久将推出的IP-SAN-MPIO,将可以将控制器做成２个以上，并且可以并行工作，而且在工作站点端是透明的，即假设多个控制器的一个出现问题的时候，工作站点会自动地切换到另外的一个控制器上去，这个过程是完全自动的且不影响工作站点，这个优点也主要是由于ISCSI协议的简单达到的。
这个里通过举个例子来描述一下两种网络协议层面的不同（NAS VS SAN）
如下图所示：我们把网络存储比喻成一个仓库，红色小人表示数据连接，大家看到左边的NAS结构中，SMB协议就是该仓库的管理员（兰色小人），每个连接都需要确认，由内部人员进入仓库获得资源后转交个请求人，内部人员的数量有限，不能满足过多的负载。而在右边的SAN结构中（FC-SAN和IP-SAN都是这样的机理），没有内部服务人员，仓库的使用不需要过多的管理，每个连接请求通过一种有效的有秩序的规定来进行数据的交换，在这种“秩序”下，“仓库”可以为用户提供最大限度的服务。
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8.未来的趋势
如今，随着移动计算时代的来临，更多的非结构化数据产生，这对NAS和SAN都是一个挑战，NAS+SAN将是未来主要的存储解决方案，也就是目前比较热门的统一存储。既然是一个集中化的磁盘阵列，那么就支持主机系统通过IP网络进行文件级别的数据访问，或通过光纤协议在SAN网络进行块级别的数据访问。同样，iSCSI亦是一种非常通用的IP协议，只是其提供块级别的数据访问。这种磁盘阵列配置多端口的存储控制器和一个管理接口，允许存储管理员按需创建存储池或空间，并将其提供给不同访问类型的主机系统。
统一存储系统：前端主机接口可支持FC 8Gb、iSCSI 1Gb和iSCSI 10Gb,后端具备SAS 6Gb硬盘扩展接口，可支持SAS、SATA硬盘及SSD固态硬盘具备极佳的扩展能力。实现FC SAN与IP SAN、各类存储介质的完美融合，有效整合用户现有存储网络架构，实现高性能SAN网络的统一部署和集中管理，以适应业务和应用变化的动态需求。主机接口及硬盘接口均采用模块化设计，更换主机接口或硬盘扩展接口，无须更换固件，可大大简化升级维护的难度和工作量。
