淺談網絡化存儲在校園網建設中的應用

北京市東城區教育信息中心 李明彥

經過10年的信息化建設，如今各學校校園網都初具規模，網絡環境已經比較完善。而要讓學校的校園網充分發揮作用，為教育教學服務，就需要提供相應的網絡應用并擁有大量的教學資源以滿足學生與教師的需求。因此很多學校開始將信息化建設的重點轉移到資源建設方面，這也是教育信息化建設的發展趨勢。目前很多學校都架設了主頁服務器用來對外發布信息，通過CMIS系統管理學生學籍信息，有些條件不錯的學校還添置了郵件服務、教學資源庫、視頻點播系統等多種網絡服務。隨著信息技術和教育教學的進一步整合，今后還會出現更多的應用。網絡應用的多樣化和網絡資源的迅速更新，致使信息量高速增長，進而要求不斷增加數據存儲容量，因此大容量、安全和快速的數據存儲成為一個不可忽視的問題，越來越受到各學校的高度關注。

一、中小學數據存儲現狀

現在很多學校還未意識到數據存儲的重要性，在存儲空間不夠的情況下，只是簡單地往服務器中添置硬盤，沒有對今后的數據存儲發展進行合理規劃。但也有不少學校還是認識到了存儲的重要性，也試圖使用一些相對完善的存儲方案。對于存儲空間擴容，目前多數學校采用的方法是直接增加服務器內置硬盤或外接磁盤陣列，這種技術通常稱為DAS（直接附加存儲）技術。在這種方式中，每臺服務器通常是利用SCSI接口電纜，單獨地連接磁盤陣列，并各自進行存儲管理，如圖1所示。

這種技術對于單臺服務器擴充容量非常有效，并保證了傳輸速度，對于硬件規模較簡單，如只有一、兩臺服務器或數據量增長較慢的學校可作為首選的方法。

但是，隨著因特網應用的快速發展，數據量增長的速度超出了我們的想象，DAS存儲模式在教學資源的增加和網絡應用中逐漸暴露出以下問題：

◆數據分散，難以管理：數據分別存于網絡中的多臺主機上，難以統一配置，管理難度大。

◆存儲空間利用率低：對于一個新購置的服務器或者為服務器擴充的硬盤，網管教師很難準確地估計出實際應用中需要使用多少存儲空間，估計過少無法滿足應用要求，估計過多又造成了空間浪費。

◆性價比低，擴展性差：由于現在存儲設備的價格比較便宜，DAS方式的初始費用可能比較低，可是在這種方式下，每臺PC或服務器單獨擁有自己的磁盤，容量再分配困難，并且需要分別維護，增加了后期的開銷。當存儲容量需求增加時，這種方式也限制了存儲設備的擴展性。

◆數據安全缺少保護：數據多保存于單磁盤中，缺少有效備份措施。

二、數據存儲的發展趨勢

伴隨著因特網應用的發展，應用系統中的數據量快速增長，傳統的以服務器為中心的存儲架構面對源源不斷的數據更新已經顯得力不從心。我們不由得要考慮這樣一些問題：怎樣讓多臺服務器共享存儲設備以提高存儲空間利用率，達到最優性價比？如何動態分配存儲空間并且能夠進行方便的擴展？如何對各種存儲設備實現統一有效的管理？我們希望能夠找到完善的數據存儲模式，同時具有良好的擴展性、可靠性和高速度，以滿足今后數據存儲發展的需要，網絡化的存儲技術就是在這樣的需求下應運而生了。

網絡化存儲將成熟的網絡技術應用到存儲管理中，把存儲設備與服務器徹底分離，集中管理數據（如圖2所示）。這種技術使得從前存儲設備與主機一對一直接相連的方式發生了根本的變化，在存儲網絡中存儲設備不再僅僅只為某一臺服務器提供數據存儲，而是形成一個邏輯整體，通過存儲網絡向所有服務器提供存儲服務。在網絡化存儲中接入設備、交換設備、網卡以及網絡管理等在概念上與計算機網絡完全對應，只是將TCP/IP等網絡協議換成了存儲網絡的專用協議。

網絡化存儲在實際應用中體現出很多優越性：

◆存儲虛擬化：多個物理磁盤組成一個獨立的邏輯存儲系統，并對服務器具有透明性，服務器使用這個系統就像使用本地磁盤一樣簡單、方便。

◆可擴展性：改變了服務器與存儲設備的單一連接方式，提供了幾乎無限容量的擴展能力。

◆高效使用率：由于物理磁盤形成了一個邏輯整體，對網絡上的任何一臺服務器或個人電腦都可以動態分配存儲空間，使存儲利用率得到了最優化。

◆節約成本：網絡存儲方案在建設初期的投入成本可能會略顯偏高，但從長期發展考慮，隨著以后教學資源高速的增長以及它的高使用率和可擴展性等優勢，會逐漸體現出它的高性價比。

◆便于管理：通過簡單的管理方式對所有存儲設備進行統一管理。

其實網絡化存儲技術并不是一個時髦的超前技術，它已經出現了很長時間，只是由于在早期應用中成本較高，使得它一直是在大中型企業內部使用，而現在它已經發展得很成熟，投入成本也大大下降，因而這種技術能夠逐漸引入到中小學校。網絡化存儲必將是今后數據存儲發展的趨勢。

三、網絡存儲技術在校園網中的實現

網絡存儲主要分為SAN（存儲區域網）和NAS（網絡附加存儲）兩種形式，它們在網絡存儲中起到不同的作用。

1.NAS在校園網中的應用

NAS是一種以數據為中心、直接連到網絡上、向用戶提供文件級服務的專用數據存儲設備。在現有的網絡環境中，不需額外建設專門的存儲網絡，只需增加一臺NAS設備，通過TCP/IP協議和NFS、CIFS文件系統就可以靈活地為服務器和桌面電腦提供Web、FTP以及文件共享服務。NAS的優點是配置靈活、管理方便，成本較低。如圖3所示，在NAS方式中，使用單獨的NAS服務器管理數據存儲，通過網絡環境向其他PC和服務器提供存儲服務。

幾年前，我區就已有幾所學校使用了NAS存儲方式。從各校的使用效果來看，NAS更適合作為文件服務器使用，所以校園網中大量的字處理文檔、電子表格、演示文稿、照片、視頻文件等各種數據資源的存儲和文件共享通過NAS實現是最合適的方案。

由于NAS是直接與網絡相連的，所以NAS提供的應用必然受到網絡傳輸能力的制約，一旦發生網絡擁塞，性能就會大幅下降。另一方面，在那些需要進行數據塊級訪問的應用中，例如CMIS數據庫的存儲、郵件服務、流媒體應用等，使用NAS就不是一種很合適的解決方案，這時候我們就要用到SAN的存儲方式了。

2.SAN在校園網中的應用

SAN以數據存儲為中心，通過光纖通道交換機連接存儲陣列和服務器，建立專門用于數據存儲的區域網絡。既保證了高速數據傳輸，又提供了靈活的擴展性。SAN憑借其卓越的性能、出色的穩定性及近乎無限容量的擴展能力集中體現了功能分拆的思想，前面我們提到的網絡化存儲的特點更大程度上是指SAN。和SAN相比，NAS只是一臺存儲服務器，而SAN則是一個存儲架構思想，它集成了DAS和NAS的優點，既能像NAS一樣提供大容量可擴展的存儲又支持數據庫訪問、郵件服務等DAS才適合的應用。不過由于SAN需要搭建存儲網絡，成本自然比DAS、NAS要高。圖4的SAN架構中，將存儲系統獨立出來統一管理并通過高速光纖通道組成的存儲網絡為服務器提供存儲服務。

為了緩解成本問題，一種通過iSCSI協議的連接方式在SAN中開始采用，它將IP技術融入到存儲網絡中，因此也稱作IP SAN，IP SAN使用以太網交換機替換專用光纖通道交換機（圖5所示），充分利用學校現有的網絡資源，降低了成本，并增加了與IP網絡的互操作性，消除了距離限制。隨著千兆以太網甚至萬兆以太網的逐漸普及，IP SAN將會在校園網建設中成為網絡存儲的主流應用。

目前我區已有一所學校使用SAN架構，將視頻工作站和視頻點播服務器通過光纖交換機與3TB容量的存儲設備連接，在使用光纖傳輸高清質量的視頻文件和進行視頻編緝方面表現出了優異的性能。

目前網絡存儲在校園網中使用的還比較少，但隨著互聯網技術和應用的飛速發展，信息量將會以幾何級數的速度增長，那時網絡化存儲必將成為數據存儲的主流。

參考文獻

[1] 計算機網絡（第4版）（中文版）.北京：清華大學出版社，2004.

[2] 網絡工程師手冊（中文版）.北京：人民郵電出版社，2005.

[3] 周敬利，余勝生.網絡存儲原理與技術.北京：清華大學出版社，2005.