SAN 和NAS 在高校數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)存儲上的融合討論

季瑩，趙寧，韓露

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)圖書館，黑龍江哈爾濱 150001；2.黑龍江電視臺，黑龍江哈爾濱 150001）

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字圖書館的使用，數(shù)字圖書館的用戶和資源量訪問量的增加，對數(shù)字圖書館的數(shù)據(jù)存儲與系統(tǒng)輸入輸出的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)安全有更高的要求。

1 高校數(shù)字圖書館面臨的存儲問題

高校數(shù)字圖書館存儲了大量電子文獻，學(xué)位論文庫、特色庫、媒體庫、自建庫和購買的電子期刊備份、全文庫等都在隨著年份的增長而不斷增加，數(shù)據(jù)是多樣性的[1]。

高校圖書館的存儲面臨以下問題：需要保證數(shù)據(jù)安全和服務(wù)器7×24 h 可用；數(shù)據(jù)的傳輸性、實時性和兼容性較差；需要解決服務(wù)器系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)文件，滿足大塊數(shù)據(jù)的輸入輸出、數(shù)據(jù)的共享性、跨平臺的計算環(huán)境、足容災(zāi)容錯集群管理、多級備份、在線備份與近線備份等問題；存儲多數(shù)使用磁盤列，不能共享；主流硬件設(shè)備和存儲類型不同，擴充不便。

2 網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)比較

高校數(shù)字圖書館存儲技術(shù)包括DAS、NAS、SAN。DAS是直接附加存儲技術(shù)，通過SCSI 接口或者光纖等將磁盤陣列接到服務(wù)器上，但是加大了管理難度[2]，不適合大規(guī)模存儲。按照存儲網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會SNIA 的定義，SAN 是存儲區(qū)域網(wǎng)，利用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，在服務(wù)器與存儲之間傳送數(shù)據(jù)；NAS是存儲設(shè)備，直接連接LAN，提供文件級服務(wù)[3]。

2.1 SAN

SAN 是服務(wù)器連接存儲的結(jié)構(gòu)。存儲設(shè)備不在服務(wù)器系統(tǒng)中。SAN 將LAN 上的存儲轉(zhuǎn)換到由存儲設(shè)備組成的SAN 上[4-7]。

優(yōu)點是高寬帶，低延時，數(shù)據(jù)傳輸速度高、距離長，子網(wǎng)不影響主網(wǎng)的帶寬和性能，操作的可靠安全性和可擴展能力高[8-9]。缺點是互操作性差，成本較高，無法實現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境的文件共享，維護較難。

2.2 NAS

NAS 是跨平臺數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和I/O 方式數(shù)據(jù)傳輸，即插即用LAN，支持共享數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)存儲任務(wù)從主服務(wù)器分離出來，主服務(wù)器只用于數(shù)據(jù)處理[3]。

優(yōu)點是設(shè)備故障不影響其他服務(wù)器，在網(wǎng)絡(luò)上存取數(shù)據(jù)減小CPU 開銷，支持共享數(shù)據(jù)和多種傳輸協(xié)議[10]，文件級操作，價格低廉。缺點是難與現(xiàn)有備份系統(tǒng)集成，備份恢復(fù)困難，操作占用大帶寬，其他I/O 受影響，擴展受限多，增加存儲介質(zhì)影響網(wǎng)絡(luò)性能，讀寫占用流量，不能集中管理，不支持數(shù)據(jù)庫服務(wù)，傳輸速度慢。

3 SAN 和NAS 的融合

NAS 和SAN 存儲優(yōu)勢互補。SAN 用作數(shù)據(jù)庫的快速運行，NAS 負責客戶端，通過專線網(wǎng)絡(luò)存儲與備份數(shù)據(jù)，不占用原來帶寬，傳輸性能改善，無限擴展[11-12]。

3.1 SAN 和NAS 互聯(lián)

SAN 和NAS 互聯(lián)只是設(shè)備互聯(lián)，兩種存儲方式并用，各自的網(wǎng)絡(luò)還是各自響應(yīng)數(shù)據(jù)的I/O 方式。SAN 和NAS 的互聯(lián)如圖1 所示。

圖1 SAN 和NAS 的互聯(lián)

3.2 NAS 和SAN 集成

NAS 是功能服務(wù)器和存儲器件。去掉存儲，即RAID 卡，加上一個FC 卡，通過光纖交換機或集線器連接共享和訪問網(wǎng)絡(luò)存儲資源。NAS 服務(wù)器提供子系統(tǒng)的文件級服務(wù)或用NAS 引擎連接存儲區(qū)域網(wǎng)，提供數(shù)據(jù)塊I/O 操作和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用。NAS 負責文件和數(shù)據(jù)塊之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。但文件級的NAS 承受不了大負載。NAS 和SAN 的集成如圖2 所示。

圖2 NAS 和SAN 的集成

3.3 SAN 和NAS 的統(tǒng)一連接

增加FCP 協(xié)議。安裝NIC 網(wǎng)卡訪問局域網(wǎng)和HBA 卡連接光纖交換機，將NAS 存儲子系統(tǒng)融入SAN。NIC 在主機和存儲設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)包，塊狀數(shù)據(jù)通過HBA 或者并行SCSI 接口傳送；HBA 負責主機和存儲之間傳送塊狀數(shù)據(jù)。NAS 對存儲資源進行數(shù)據(jù)塊訪問，獲得迅速的數(shù)據(jù)響應(yīng)。SAN 和NAS 的統(tǒng)一連接如圖3 所示。

圖3 SAN 和NAS 的統(tǒng)一連接

4 高校數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)存儲的融合方案

高校數(shù)字圖書館采用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，通過光纖交換機及設(shè)備連接，高速傳輸，實現(xiàn)任意節(jié)點間的多路可選擇的數(shù)據(jù)交換，并將專用數(shù)據(jù)存儲局域網(wǎng)與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)分離，設(shè)計滿足數(shù)字圖書館不同數(shù)據(jù)處理要求的存儲系統(tǒng)。

采用EMC 公司存儲設(shè)備產(chǎn)品，如Clariion CX400/500，磁盤陣列采用光纖通道技術(shù)，采用通用的硬件體系結(jié)構(gòu)和軟件應(yīng)用程序套件。NAS 設(shè)備NS501 前端口連接以太網(wǎng)接口或iSCSI 口，后端連接DPE 獲得存儲資源，NAS 管理臺管理存儲容量。NAS 設(shè)置NFS/CIFS/HTTP 和FCP 文件服務(wù)器，前端口用NIC 連接以太網(wǎng)交換機，后端口配置HBA 卡，或者通過FC Switch 連接DPE。光纖交換機FC switch 是擴展CX400/500 磁盤陣列連接的服務(wù)器數(shù)目。組建的FC-SAN（8 端口）可以使得128 臺主機通過存儲網(wǎng)絡(luò)訪問磁盤陣列的存儲資源。關(guān)鍵性業(yè)務(wù)采用SAN 的Lan-free，不占用LAN帶寬，不降低性能，一般業(yè)務(wù)通過Server-free 方式，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。

5 結(jié)論

SAN 和NAS 融合是一種新的存儲方式，既有SAN 的高性能和可直接訪問存儲設(shè)備的特點，又有NAS 的統(tǒng)一管理、共享數(shù)據(jù)的特點。結(jié)合高校數(shù)字圖書館要求對于所保存信息的數(shù)字化、服務(wù)方式的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)集中存儲、訪問和共享。保持系統(tǒng)持續(xù)運行，高速有效的訪問；不僅擴充硬件設(shè)備，還兼容異構(gòu)系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)完整一致。