网络环境下的数据存储技术.docx
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1、毕业设计(论文)论文题目:网络环境下的数据存储技术Data Storage Technology In The Network Environment目 录摘 要ABSTRACT前 言1 网络存储的概念和特点2 不同网络存储技术的分析和比较2.1 DAS2.2 NAS2.3 SAN2.4 ISCSI2.5 CAS2.6 比较3 网络存储技术的选型3.1 应考虑的几个因素3.2 网络存储技术选择4 网络存储技术在GIS中的应用4.1 GIS的特点和数据存储需求4.1.1 GIS系统数据特点4.1.2 GIS的数据存储需求及需要解决的问题4.2 网络化存储技术在GIS中的应用4.2.1 实现海量数
2、据的数据存储4.2.2 实现基于网络的数据备份4.2.3 实现全方位的数据管理4.3 网络存储技术在GIS中的应用示例4.3.1 拓扑结构4.3.2 环境配置4.3.3 虚拟化技术的应用4.3.4 GIS数据库备份方案的制定4.4 小结结束语致 谢参考文献信息科学技术系毕业论文(设计)摘 要随着计算机的普及和发展,人们对有用信息的存储量越来越大,特别是网络技术的不断发展,数据成几何形式的增长,人们对数据存储提出了更高的要求。网络存储便成为一个非常热门的研究方向。本文剖析了目前五种主要的网络存储技术(DAS、NAS、SAN、iSCSI和CAS),从内部机理和性能等诸多方面对其进行了分析和比较,为
3、有关人员选择适合自己需求的数据存储方式提供了一定的参考和帮助,并提出在相应的网络选型时应注意的问题,和怎样选择网络存储技术。最后结合现有的网络存储技术和存储虚拟化技术,探讨网络存储技术在GIS系统中的应用。关键词:直接连接存储,网络连接存储,存储区域网,iSCSI,内容寻址存储AbstractWith the popularization and development of computer, the storage of useful information increases continuously, furthermore the network technology leads t
4、o the geometric growth of data, so people have put forward higher demand for data storage. Network storage has consequently become a hot topic of research. This paper analyzes the current five major network storage technology (DAS, NAS, SAN, iSCSI and CAS), analyzing and comparing them from the inte
5、rnal mechanism and the performance and other aspects, and provides reference and help for people to select the data storage technology suitable for themselves. The paper also proposes the problems people should pay attention while selecting the network technology and how to select. Finally, the pape
6、r probes the application of Internet storage technology in the GIS system , on the base of the existing network storage technology and storage virtualization technology. Key words: DAS(Direct Attached Storage), NAS(Network Attached Storage), SAN(Storage Area Network, iSCSI, CAS(Content Addressed Sto
7、rage)前 言早期的计算机和服务器上主要使用的DAS(Direct Attached Storage)直接外挂存储技术。这种存储方式将外部数据存储设备都采用了直接挂接在内部总线上的方式,数据存储构成整个服务器结构的一部分。在早期的计算机和服务器数据的存储往往依赖于操作系统,同时计算机或服务器的处理及吞吐能力还有限,对数据存储的需求也不是十分巨大。在这种情况下,计算机和服务器仅仅采用外接较低容量的存储设备,是满足当时人们对数据存储的需求的一种比较合理的解决方案。但随着计算机处理技术,特别是网络技术的不断发展,数据也成几何形式的增长,人们对数据存储提出了更高的要求,DAS已经不能满足数据存储和管
8、理的需求,新的存储技术网络存储就被提了出来。 1 网络存储的概念和特点所谓的网络存储就是通过网络存储设备,包括了专用数据交换设备、磁盘阵列或磁带库等存储介质、以及专用的存储软件,利用原有网络或者构建一个存储专用网络为用户提供统一的信息系统的信息存取和共享服务。网络存储的出现满足了人们对数据大容量存储、数据有限制共享、数据挖掘和信息充分利用、数据可靠性、数据备份与安全性、数据管理的简单化和统一化的要求。同时网络存储还具有很强的可扩展性,可以提供大数据量的信息传输率的特点。网络存储首先解决了原来分布式应用产生的大量“信息孤岛”的问题。在网络存储技术出现之前,大量的数据都以分散的方式存放在用户的各个
9、部门之中,造成数据同步、集群计算时的困难,从而产生大量的“数据孤岛”。许多用户数据得不到有效发掘而成为垃圾,而与此同时用户又因为得不到有效数据而造成大量的损失。网络存储的出现可以有效的解决这一问题。网络存储的一个特点就是数据集中存储和管理,在一个或多个大容量介质中通过有效的管理软件,进行数据的存储,使得这些信息可以在控制下实现数据的共享,消除了“数据孤岛”现象。同时网络存储可以方便大型的数据仓库的建设,使得数据分析、数据挖掘等技术的应用更加灵活,对数据的管理更加简单、便捷。最后,网络存储使得建立安全备份机制和灾难恢复手段成为可能。原有分散的数据要进行数据备份和恢复,需要对每一台服务器、每一个数
10、据库的数据逐一进行备份。在一个较大的网络环境中,服务器和数据库的数量都十分巨大,这使得备份成为一件十分繁杂的工作,同时出现疏漏的可能也大大增加。而网络存储出现以后,只要采用数据备份和灾难备份软件,这一问题就迎刃而解1。 2 不同网络存储技术的分析和比较 网络存储在具体实现上由于采用技术和协议的不同,可以分成不同的几种类型,如DAS、NAS、SAN、iSCSI和CAS等,其中NAS和SAN是应用最为成熟和广泛的两种技术。下面分别介绍了这几种技术。2.1 DASDAS(Direct Attached Storage)直接连接存储。这种基本的存储结构在校园网或办公环境中较为常见。存储器通过一个通用服
11、务器连接在网络上,存储器与服务器之间通过传统的I/O总线通讯。客户机访问存储器上的数据时必须通过服务器进行存储转发,尽管这种技术存在I/O瓶颈、可扩展性差、存储升级均消耗服务器资源、管理成本较高等不足,但随着IDE硬盘技术的更新,以IDE硬盘为主要载体的RAID存储系统日益改进,这促使DAS方式仍具有一定的生命力。比如,用DAS实现本地存储,可以增加数据的安全性。目前的以太网络大多采用Client-Server结构。在这种网络中,多个主机所承担的任务通常有所不同。除网络交易需要一个数据仓库或数据库中心外,面对繁多而关键的数据,网管必须在本地加载本地存储设备实现数据保护。如果主机带RAID卡,可
12、选择直连硬盘的方式;否则,可以选择磁盘阵列,当然采用DAS+IDE阵列的模式也有自身优势。2.2 NASNAS(Network Attached Storage)网络附加存储。它是基于LAN的,按照TCP/IP协议进行通信,面向消息传递,以文件的I/O方式进行数据传输,也就是说,NAS使用的是平时我们一直在用的基于TCP/IP的局域网,并在上面进行数据传输的。由于数据的传输可以在原有的局域网上进行,所以NAS的建设十分简单,对数据的管理也十分的方便。同时NAS已经完全可以实现异构平台之间的数据级共享,比如NT、UNIX等平台的共享,特别适合于ftp等文件共享服务的应用。但是由于使用了与平时网络
13、通信相同的网络,所以在网络带宽条件有限的情况下,它占用了宝贵的网络带宽资源,影响了网络的利用率,同时也使得NAS无法发挥其应有的性能。2.3 SANSAN(Storage Area Network)存储区域网。它是在原来的局域网外,另外构建一个专门用于存储的网络结构,这个存储网络可以看成是一个高速的子网,这个子网中的设备可以从你的主网卸载流量(图1)。通常SAN由RAID阵列连接光纤通道(Fibre Channel)组成,SAN和服务器和客户机的数据通信通过SCSI命令而非TCP/IP,数据处理是“块级”(block level)。图1 SAN的拓扑方案SAN结构以数据存储为中心,采用灵活的网
14、络拓扑结构,通过具有高传输速率的光纤通道的连接方式,以传统SCSI协议传输数据的一种体系。SAN有许多优点,首先,SAN可以自由扩展,用户可以灵活地在SAN结构上添加各种存储设备,整个系统扩展起来十分方便灵活;其次,SAN结构采用光纤通道作为数据的传输方式,所以传输速率非常高;再者,SAN上数据传输以是块传输方式进行,在光纤上可以传输大规模数据;最后,SAN 结构可以采用LAN-Free或Server-Free的方式进行数据的备份,使得备份工作可以方便快捷的进行。但是,由于SAN存储方式要构建一个专门用于数据存储的SAN结构,使得建设费用大为增加,同时在SAN结构中存储的数据以“块”的形式存在
15、,也就是每一个应用在存储介质中都有一个专属于自己的区域,其他应用是难于访问这个区域的。这使得SAN互操作性较难,难于应用于大量存在的文件共享服务。最后SAN的建设难度大,需要专业人员管理。这些都是SAN的不足之处。2.4 iSCSI由于网络存储SAN结构投资十分巨大,一般用户企业很难承受。与此同时,NAS技术虽然成本低廉,但是在使用的时候需要消耗有限的网络带宽资源,无法完成大容量存储的应用,于是,提出了iSCSI技术。该技术是将现有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(图2)。此技术不但价格较目前使用的业界技术标准 Fiber C
16、hannel来的低廉,而且系统管理人员也可以用相同的设备来管理所有的网络,并不需要以另外的设备来进行网络的管理。iSCSI作为IP Storage中最先得到应用得技术之一,它特别适合需要利用现有IP网络资源及IT技能拥有集中存储,但又不具备建设SAN结构的用户使用。图2 iSCSI 拓扑图2.5 CASCAS(Content Addressed Storage)内容寻址存储CAS的提出是基于这样一种统计,即存储的数字化信息中,除了需要不断更新的数据外,有更大的一部分的内容是以固定的形式存在的最终信息,也就是这些信息的内容是不变的,如电台电视台已经播放的广播、影视、医学诊断中使用的MRI、X光、
17、检查图像等,已经完成文档、CAD/ CAM设计等等。而如前所述,现有的网络存储技术,不管是NAS还是SAN都没有对这种以固定形式存在的内容进行优化。应用CAS技术存储的数据都含有一个全球唯一的标识符。用户访问该信息的时候,只需在网络上发出带有这一标识符的信息,而不必去追踪被保存信息的物理位置,系统会自动根据这一标识符在网络搜寻到信息所存的位置,然后再将该信息反馈给用户。由于CAS存储对数据会分配一个标识符,存储的信息不能任意改动,所以CAS只适用于存储内容固定不变的环境中2。2.6 比较以上介绍了DAS、NAS、SAN、iSCSI、CAS五种不同网络存储方式,下面的表格对他们进行一个分析和比较
18、(表1),该表格充分说明了各种存储技术的特点和典型应用。DAS的存储磁盘是通过标准的SCSI的并行接口与数据服务器相连,客户端需要访问和管理数据必须通过数据服务器。那么在整个网络的拓扑结构中数据服务器成为了数据的中枢,也成为了系统的瓶颈。数据服务器的性能直接决定了整个网络数据服务的好坏,数据超负荷的运作,必然威胁到了数据服务器的安全和整个网络的安全,虽然目前DAS 存储系统推出了双机容错的方案,在一定程度上缓解了数据服务器的瓶颈效应,但是双机冗错软件在主备机上实时运行、实时占用系统资源,这与尽量减轻数据服务器的运算负担的设计原则是有些冲突的。因此,DAS系统多应用于一些中小型的企业内部的局域网
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