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摘要：本文介绍了目前比较流行的网络存储FC SAN和IP SAN技术，并对它们的优缺点进行了比较，阐述了iSCSI协议及其工作原理。结合高校数据中心存储的需求分析，给出了一种基于iSCSI协议的经济实用、高性价比的高校数据中心网络存储设计方案。
关键词：FC SAN; IP SAN; iSCSI协议
中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)05-10ppp-0c
1 引言
随着高校信息化水平的快速发展，高校网络数据中心的数据存储量成几何级数急剧膨胀，海量数据的存取要求数据中心具有更高的数据吞吐量、更快的I/O传输速率和很高的安全性能。传统的以服务器为中心的分散式存储系统在管理方式、容量和扩展性以及数据保护方面，都已很难支持数据中心急速增长的信息服务需求，基于IP的存储区域网络(StoragArea Network，简称SAN)逐渐成为高校数据中心的发展方向，本文介绍了IP SAN在高校数据中心的应用。
2 高校数据中心的数据特点及存储需求分析
为了能够更好的发挥高校数据中心的作用，为用户提供高速、安全的数据信息服务以及海量的存储服务，有必要对于高校数据中心网络存储进行需求分析。
2.1 数据中心数据的特点
分析数据中心网络存储需求，我们需要对数据中心的特点进行分析。数据中心作为高校信息化建设中的一个重要组成部分，以现代网络技术为平台，为学校的教育教学、科研以及日常管理等工作提供全方位的数据支持，其主要具有以下特点：
（1）应用系统多，管理难度大。根据需要，高校数据中心一般建有校园门户系统、教务系统、远程教学系统、数字图书馆、多媒体资源库等系统，为了获得更好的系统性能和更加稳定的服务，不同的应用系统需要搭建在相互独立的服务器上，并且对操作系统也有不同的要求，因此，在数据中心中往往存在多种操作系统和大量的服务器，这对日常的管理和维护提出了更高的要求，管理工作量多、难度大。
（2）数据类型多，存储需求复杂。数据中心为用户提供丰富的教学资料和教学信息，比如：教师的电子课件、教学录像、科研数据等，这些信息已不仅仅局限于以文本形式来传播，更多的是以文本、图形、图像、音视频等不同形式来展现，因此，在数据中心应用中存在着多种多样的数据类型，这些数据在实际应用中有I/O请求频繁、响应要求快、系统可靠性要求高等特点，因此在应用上对数据存储容量、数据传输速度等方面有较高的要求。
（3）用户多、访问量大。应用于辅助学校教育教学工作以及日常管理工作的数据中心，需要同时为教师、学生和管理人员服务，每天都有大量的用户访问数据中心的信息资源，这对数据中心的存储系统是一个严峻的考验：一方面，频繁的数据访问要求存储系统要有较快的响应速度和存取速度；另一方面，需要有足够的带宽保证大容量的数据流能够稳定的传输，因此，存储系统的性能和构架都是影响数据中心良好运行的重要因素。
2.2 数据中心存储系统的要求
数据中心中应用系统多、数据类型复杂、用户多的特点，决定了数据中心络存储系统需要满足一些基本要求：
2.2.1 提供集中存储的平台
分散的独立存储存在两点不足：首先，对存储的管理必须通过对单独的服务器来进行，造成存储管理上的复杂性增大；其次，不易实现存储空间的共享，无法充分利用已有的存储空间，造成资源的浪费，这些不足对于应用多，服务器多的数据中心显得更加突出。而集中的数据存储为所有应用系统提供统一的存储服务，既简化了存储的管理，又实现了存储空间的共享。
2.2.2 海量的存储空间
存储容量的大小是数据中心应用的基础，在信息化社会的今天，以视频为代表的非结构化数据在数据中心应用系统中使用的比重逐渐增加，大容量的非结构化数据极大的提高了数据中心对于海量存储的需求，海量存储空间、灵活的扩展方式都以成为数据中心存储系统的必要组成。
2.2.3 快速的I/O响应、强大的传输能力。
数据中心用户众多，I/O请求特别是结构化数据的请求频繁，要求存储系统必须有快速的响应速度，因此，存储系统高性能的I/O处理能力、充足的内部带宽是数据中心存储系统高效运行的保障。
3 主流的SAN技术及优劣比较
目前市场上主要有基于FC(Fibre Channel光纤通道)技术的SAN和基于IP技术的SAN。
3.1 FC SAN技术及优缺点分析
FC SAN是一种利用FC协议将服务器与存储设备连接起来的网络，通过它数据可以在服务器和存储设备之间以及存储设备和存储设备之间以块的形式直接传送。它有很多优点，如高性能、高可用性、高可扩展性;便于集中存储和管理实现LAN数据备份而不占用LAN带宽;能够提供海量的存储空间，能够在线扩充容量等。但FC SAN也有不少缺点，比如：设备的互操作性较差，不同厂商的FC的具体实现不完全相同，这在客观上造成不同厂商的产品之间难以互相操作。构建和维护SAN需要有丰富经验的、并接受过专门训练的专业人员，这大大增加了构建和维护费用，并且管理比较复杂、对技术人员的要求高。同时FC SAN的网络互连设备都非常昂贵，构建FC SAN需要大量的资金投入，包括光纤网络、主机HBA卡、光纤磁盘阵列等等。
3.2 IP SAN技术及优缺点分析
2003年，IETF通过的iSCSI技术标准是由IBM、思科等公司发起，是一种在Internet协议网络上，特别是以太网上进行数据块传输的标准。也就是说，用户可以基于IP来实现存储。目前，存储技术在基于IP SAN的标准上而逐步完善，允许用户通过TCP/IP来构建存储区域网。
IP SAN可以实现大范围的存储空间共享，不受地域的限制。访问速度快，基于以太网的传输，实现100M－1000M甚至更高的连接速度。安全性高：采用身份认证、密钥等技术实现安全机制确保了存储安全。设备兼容性好：基于IP技术的存储，解决了FC SAN的兼容性问题，在目前比较流行的操作系统下均可实现；无距离限制：距离随着IP可达而扩展，这也是实现远程容灾中心和控制中心的基础。成本低：在各类服务器等设备上基本都标配IP网卡，相对于目前还是很昂贵的光纤网卡而言成本是IP SAN的一大优势。管理简单：基于IP设计的IP SAN技术，可在已有的平台和软件中嵌套、重新设计新的管理模块，提供了丰富的管理方式。
但IP SAN也有一定的缺陷，比如：速度不如FC SAN架构：由于依托IP网络，基于目前IP网络的建设条件约束，速度自然不如完全依托光纤传输的FC SAN。过度依靠软件：所有存储分配和备份以及其他各项功能都依靠软件来实现，软件的可靠性，复杂性等都是直接影响IP SAN存储的因素。稳定性：IP网络由于传输距离远，相应的故障点较FC SAN的近距离光纤要多一些。随着IP网络的不断优化，传输线路和网络设备的完善，稳定性会大大提高。
4 构建IP SAN的关键技术－ISCSI
ISCSI是IETF制定的一种基于互联网TCP/IP的网络存储协议。ISCSI存储技术是目前应用最广，最成熟的SCSI和TCP/IP两种技术的结合与发展。因此，这两种技术让ISCSI存储系统成为一个开放式架构的存储平台，系统组成非常灵活。如果我们以局域网方式组建ISCSI存储系统，只需要投入少量资金，就可以方便、快捷地对数据和存储空间进行传输和管理。ISCSI实际上也属于SAN家族中的一名成员，它可用来构建基于IP的SAN，让远程用户也可共享ISCSI存储系统中的数据和存储空间。下面来看一下它的工作流程。
当客户端发出一个数据、文件或应用程序的请求后，操作系统机会根据客户端请求的内容生成一个SCSI命令和数据请求，SCSI命令和数据请求通过封装后会加上一个信息包标题，并通过以太网传输到接收端；当接收端接收到这个信息包后，会对信息包进行解包，分离出的SCSI命令与数据，而分离出来的SCSI命令和数据将会传输给存储设备，当完成一次上述流程后，数据又会被返回到客户端，以响应客户端ISCSI的请求。下图是一个ISCSI系统的大体结构图。
图1 ISCSI系统的大体结构图
5 IP SAN的设计
在数据中心建立存储系统，可以选用支持iSCSI协议的虚拟存储交换机连接光纤磁盘阵列柜，共同构成IP-SAN的核心端，作为整个数据中心的存储核心，只要联入局域网的计算机都可以使用存储系统里的存储空间，使得整个存储系统具有高扩展性。光纤磁盘阵列采用双控制器，而且两台磁盘阵列互为备份；两台存储交换机进行群集，提供双机热备负载均衡，从而保证整个系统的高可靠性。 为了保证数据传输的效率和安全性，在每个需要上传数据的服务器上安装iSCSI 硬件卡 、千兆以太网卡， 构成IP SAN的前端，与核心端对应，存储交换机采用2G的光纤存储通道，保证高速数据传输能力。同时采用高性能千兆以太网交换机来保证系统的高性能。另外，所有设备（磁盘阵列、存储交换机、网络交换机等）都支持SNMP协议，可以通过相应的图形化网管软件对设备进行管理。
6 结束语
目前，随着存储技术的不断发展，IP SAN存储已经成为高校数据中心采用较多的存储技术，这种存储方式结构简单，可扩展性强，构建成本低，同时还可以整合存储空间以便于数据的统一管理，是一种非常方便实用的网络存储方法。通过本文的介绍，希望能够给读者起到抛砖引玉的作用，为大家构建高效经济的高校数据中心网络存储方案提供一定的参考。
参考文献：
[1]束春德,郑满生,刘福恒.IP SAN存储技术在数字图书馆的应用[J].现代情报,2007(1).
[2]蒋晓山.IP SAN存储技术面向地震信息网的发展前景分析[J].山西地震,2007(10).
[3]马文杰,张永瑞.网络存储技术在校园网中的应用研究[J].连云港师范高等专科学校学报,2007(6).
[4]李波,孙美娜.数字图书馆海量存储的理想选择——IP SAN [J]. 科技情报开发与经济,2007(10).
收稿日期：2007-12-23
作者简介：刘琰（1976-），河南濮阳职业技术学院网络中心主任、软件工程硕士。
关键词：FC SAN; IP SAN; iSCSI协议
中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)05-10ppp-0c
1 引言
随着高校信息化水平的快速发展，高校网络数据中心的数据存储量成几何级数急剧膨胀，海量数据的存取要求数据中心具有更高的数据吞吐量、更快的I/O传输速率和很高的安全性能。传统的以服务器为中心的分散式存储系统在管理方式、容量和扩展性以及数据保护方面，都已很难支持数据中心急速增长的信息服务需求，基于IP的存储区域网络(StoragArea Network，简称SAN)逐渐成为高校数据中心的发展方向，本文介绍了IP SAN在高校数据中心的应用。
2 高校数据中心的数据特点及存储需求分析
为了能够更好的发挥高校数据中心的作用，为用户提供高速、安全的数据信息服务以及海量的存储服务，有必要对于高校数据中心网络存储进行需求分析。
2.1 数据中心数据的特点
分析数据中心网络存储需求，我们需要对数据中心的特点进行分析。数据中心作为高校信息化建设中的一个重要组成部分，以现代网络技术为平台，为学校的教育教学、科研以及日常管理等工作提供全方位的数据支持，其主要具有以下特点：
（1）应用系统多，管理难度大。根据需要，高校数据中心一般建有校园门户系统、教务系统、远程教学系统、数字图书馆、多媒体资源库等系统，为了获得更好的系统性能和更加稳定的服务，不同的应用系统需要搭建在相互独立的服务器上，并且对操作系统也有不同的要求，因此，在数据中心中往往存在多种操作系统和大量的服务器，这对日常的管理和维护提出了更高的要求，管理工作量多、难度大。
（2）数据类型多，存储需求复杂。数据中心为用户提供丰富的教学资料和教学信息，比如：教师的电子课件、教学录像、科研数据等，这些信息已不仅仅局限于以文本形式来传播，更多的是以文本、图形、图像、音视频等不同形式来展现，因此，在数据中心应用中存在着多种多样的数据类型，这些数据在实际应用中有I/O请求频繁、响应要求快、系统可靠性要求高等特点，因此在应用上对数据存储容量、数据传输速度等方面有较高的要求。
（3）用户多、访问量大。应用于辅助学校教育教学工作以及日常管理工作的数据中心，需要同时为教师、学生和管理人员服务，每天都有大量的用户访问数据中心的信息资源，这对数据中心的存储系统是一个严峻的考验：一方面，频繁的数据访问要求存储系统要有较快的响应速度和存取速度；另一方面，需要有足够的带宽保证大容量的数据流能够稳定的传输，因此，存储系统的性能和构架都是影响数据中心良好运行的重要因素。
2.2 数据中心存储系统的要求
数据中心中应用系统多、数据类型复杂、用户多的特点，决定了数据中心络存储系统需要满足一些基本要求：
2.2.1 提供集中存储的平台
分散的独立存储存在两点不足：首先，对存储的管理必须通过对单独的服务器来进行，造成存储管理上的复杂性增大；其次，不易实现存储空间的共享，无法充分利用已有的存储空间，造成资源的浪费，这些不足对于应用多，服务器多的数据中心显得更加突出。而集中的数据存储为所有应用系统提供统一的存储服务，既简化了存储的管理，又实现了存储空间的共享。
2.2.2 海量的存储空间
存储容量的大小是数据中心应用的基础，在信息化社会的今天，以视频为代表的非结构化数据在数据中心应用系统中使用的比重逐渐增加，大容量的非结构化数据极大的提高了数据中心对于海量存储的需求，海量存储空间、灵活的扩展方式都以成为数据中心存储系统的必要组成。
2.2.3 快速的I/O响应、强大的传输能力。
数据中心用户众多，I/O请求特别是结构化数据的请求频繁，要求存储系统必须有快速的响应速度，因此，存储系统高性能的I/O处理能力、充足的内部带宽是数据中心存储系统高效运行的保障。
3 主流的SAN技术及优劣比较
目前市场上主要有基于FC(Fibre Channel光纤通道)技术的SAN和基于IP技术的SAN。
3.1 FC SAN技术及优缺点分析
FC SAN是一种利用FC协议将服务器与存储设备连接起来的网络，通过它数据可以在服务器和存储设备之间以及存储设备和存储设备之间以块的形式直接传送。它有很多优点，如高性能、高可用性、高可扩展性;便于集中存储和管理实现LAN数据备份而不占用LAN带宽;能够提供海量的存储空间，能够在线扩充容量等。但FC SAN也有不少缺点，比如：设备的互操作性较差，不同厂商的FC的具体实现不完全相同，这在客观上造成不同厂商的产品之间难以互相操作。构建和维护SAN需要有丰富经验的、并接受过专门训练的专业人员，这大大增加了构建和维护费用，并且管理比较复杂、对技术人员的要求高。同时FC SAN的网络互连设备都非常昂贵，构建FC SAN需要大量的资金投入，包括光纤网络、主机HBA卡、光纤磁盘阵列等等。
3.2 IP SAN技术及优缺点分析
2003年，IETF通过的iSCSI技术标准是由IBM、思科等公司发起，是一种在Internet协议网络上，特别是以太网上进行数据块传输的标准。也就是说，用户可以基于IP来实现存储。目前，存储技术在基于IP SAN的标准上而逐步完善，允许用户通过TCP/IP来构建存储区域网。
IP SAN可以实现大范围的存储空间共享，不受地域的限制。访问速度快，基于以太网的传输，实现100M－1000M甚至更高的连接速度。安全性高：采用身份认证、密钥等技术实现安全机制确保了存储安全。设备兼容性好：基于IP技术的存储，解决了FC SAN的兼容性问题，在目前比较流行的操作系统下均可实现；无距离限制：距离随着IP可达而扩展，这也是实现远程容灾中心和控制中心的基础。成本低：在各类服务器等设备上基本都标配IP网卡，相对于目前还是很昂贵的光纤网卡而言成本是IP SAN的一大优势。管理简单：基于IP设计的IP SAN技术，可在已有的平台和软件中嵌套、重新设计新的管理模块，提供了丰富的管理方式。
但IP SAN也有一定的缺陷，比如：速度不如FC SAN架构：由于依托IP网络，基于目前IP网络的建设条件约束，速度自然不如完全依托光纤传输的FC SAN。过度依靠软件：所有存储分配和备份以及其他各项功能都依靠软件来实现，软件的可靠性，复杂性等都是直接影响IP SAN存储的因素。稳定性：IP网络由于传输距离远，相应的故障点较FC SAN的近距离光纤要多一些。随着IP网络的不断优化，传输线路和网络设备的完善，稳定性会大大提高。
4 构建IP SAN的关键技术－ISCSI
ISCSI是IETF制定的一种基于互联网TCP/IP的网络存储协议。ISCSI存储技术是目前应用最广，最成熟的SCSI和TCP/IP两种技术的结合与发展。因此，这两种技术让ISCSI存储系统成为一个开放式架构的存储平台，系统组成非常灵活。如果我们以局域网方式组建ISCSI存储系统，只需要投入少量资金，就可以方便、快捷地对数据和存储空间进行传输和管理。ISCSI实际上也属于SAN家族中的一名成员，它可用来构建基于IP的SAN，让远程用户也可共享ISCSI存储系统中的数据和存储空间。下面来看一下它的工作流程。
当客户端发出一个数据、文件或应用程序的请求后，操作系统机会根据客户端请求的内容生成一个SCSI命令和数据请求，SCSI命令和数据请求通过封装后会加上一个信息包标题，并通过以太网传输到接收端；当接收端接收到这个信息包后，会对信息包进行解包，分离出的SCSI命令与数据，而分离出来的SCSI命令和数据将会传输给存储设备，当完成一次上述流程后，数据又会被返回到客户端，以响应客户端ISCSI的请求。下图是一个ISCSI系统的大体结构图。
图1 ISCSI系统的大体结构图
5 IP SAN的设计
在数据中心建立存储系统，可以选用支持iSCSI协议的虚拟存储交换机连接光纤磁盘阵列柜，共同构成IP-SAN的核心端，作为整个数据中心的存储核心，只要联入局域网的计算机都可以使用存储系统里的存储空间，使得整个存储系统具有高扩展性。光纤磁盘阵列采用双控制器，而且两台磁盘阵列互为备份；两台存储交换机进行群集，提供双机热备负载均衡，从而保证整个系统的高可靠性。 为了保证数据传输的效率和安全性，在每个需要上传数据的服务器上安装iSCSI 硬件卡 、千兆以太网卡， 构成IP SAN的前端，与核心端对应，存储交换机采用2G的光纤存储通道，保证高速数据传输能力。同时采用高性能千兆以太网交换机来保证系统的高性能。另外，所有设备（磁盘阵列、存储交换机、网络交换机等）都支持SNMP协议，可以通过相应的图形化网管软件对设备进行管理。
6 结束语
目前，随着存储技术的不断发展，IP SAN存储已经成为高校数据中心采用较多的存储技术，这种存储方式结构简单，可扩展性强，构建成本低，同时还可以整合存储空间以便于数据的统一管理，是一种非常方便实用的网络存储方法。通过本文的介绍，希望能够给读者起到抛砖引玉的作用，为大家构建高效经济的高校数据中心网络存储方案提供一定的参考。
参考文献：
[1]束春德,郑满生,刘福恒.IP SAN存储技术在数字图书馆的应用[J].现代情报,2007(1).
[2]蒋晓山.IP SAN存储技术面向地震信息网的发展前景分析[J].山西地震,2007(10).
[3]马文杰,张永瑞.网络存储技术在校园网中的应用研究[J].连云港师范高等专科学校学报,2007(6).
[4]李波,孙美娜.数字图书馆海量存储的理想选择——IP SAN [J]. 科技情报开发与经济,2007(10).
收稿日期：2007-12-23
作者简介：刘琰（1976-），河南濮阳职业技术学院网络中心主任、软件工程硕士。