SAN vs NAS vs DAS存储：优缺点_应用特点_区别差异

什么是DAS？

DAS是最简单和最熟悉的存储实现，其中存储资源直接连接到服务器、PC或其它计算设备。DAS未安装在网络上，因此其存储和数据通常不由多个服务器共享。实际上，它是一个隔离的存储装置，简单来说就是限制访问。

DAS可以指直接连接到任何类型计算机的任何存储，但在大多情况下，将考虑为应用程序服务器提供存储的DAS。

两种类型的DAS

DAS可能是内部的，与服务器的CPU和支持芯片组及其它外围设备位于同一机柜中，或者它可能位于通过电缆连接到服务器或PC的单独盒子中。尽管DAS也可能在其主机系统外部，但这并不意味着它是一种联网的、可共享的存储资源。

如前所述，DAS是适用于数据库管理系统等应用程序的块存储。然而，主机服务器的操作系统也可以将部分或全部存储容量作为用户共享，其方式类似于NAS通过网络分配共享的方式。

DAS工作原理

作为整个服务器组件阵列的有效部分，DAS操作相对简单，因为它由服务器的操作系统控制，通常是Windows或Linux的某些变体版本。

内部DAS通常通过串行或并行主机总线适配器 ( HBA ) 或类似的硬件接口布置连接到系统的其余部分。内部DAS可能使用多种存储协议与服务器通信，包括SATA、SAS、NVMe或SCSI。对于现代服务器，尤其是那些将用于需要卓越性能的应用程序的服务器，NVMe是首选协议。

外部DAS使用一组类似的协议连接到服务器，包括SATA、eSATA和SAS，但也可以使用处于SAN技术核心的光纤通道 ( FC ) 协议。使用外部DAS，服务器还可能在内部安装了一个驱动器，以确保即使外部存储不可用，服务器也可以启动。外部DAS可能连接到多个服务器以共享存储容量，但不共享应用程序。

外部DAS可能是类似于NAS系统、SAN存储或JBOD设备的驱动器阵列，但它不是网络存储。

鉴于DAS的性质，它连接到并可供服务器使用的存储可以是任何类型的存储设备，包括用于特殊应用程序的磁带。

DAS优势

尽管DAS可能是服务器最简单的存储配置，但与更复杂的网络存储替代方案相比，它确实具有以下优势。

• 易于安装、配置和扩展：安装DAS可能只涉及将驱动器插入服务器的开放式托架，或者对于外部DAS，将设备的电缆连接到服务器的驱动器接口卡。配置由服务器操作系统处理，因此通常并不复杂。扩展通常涉及插入额外的驱动器并调整服务器的配置，或者在某些情况下，让服务器发现新容量并使其可用。
• 价格便宜：DAS的成本通常仅限于驱动器和接口设备的价格，尽管大多数服务器都有内置驱动器连接。不需要额外的软件，扩展成本只是一两个新驱动器的价格。
• 性能。DAS可能会为高端应用程序提供比网络存储更好的磁盘性能，因为它通常具有较低的延迟。借助使用PCIe 4.0总线的固态驱动器（SSD）和支持NVMe 1.4的驱动器，关键应用程序可以轻松实现增强的性能。
• 隔离和安全：由于DAS未联网，对其存储资源的访问受到限制，因此很容易隔离关键应用程序或敏感数据。在没有其他服务器和应用程序共享数据的情况下，可能更容易保护数据并确保正确备份数据。

DAS缺点

以下是关于使用DAS的一些注意事项，其中大部分是面向规模的。

• 不能集中管理：因为DAS没有联网，所以没有设施可以集中管理多个DAS安装。
• 浪费容量的可能性：在网络环境中，多余的容量可以分配给新的应用程序或用户，但对于DAS，未使用的容量无法分配到当前托管应用程序和用户的需求之外，因此过度配置是一个常见的DAS问题。
• 缺乏先进的管理功能：大多数DAS系统不提供NAS或SAN系统现成的工具，例如数据复制和快照，这会使数据保护和灾难恢复变得更加困难。

DAS应用示例

NAS和SAN存储产品比以往任何时候都更易于管理和使用，但仍然存在网络存储可能过大或不适合业务需求的情况，这时候可以考虑使用DAS，具体包括：

• 小型办公室、分支机构部署：对于不需要存储网络的小型安装，DAS是一种注重成本的替代方案，例如运行专门应用程序的小型企业或大型组织中的部门。
• 托管单个应用程序：对于依赖于访问一个应用程序及其数据的企业或业务单位，DAS可能是提供充足性能而不会与其他应用程序争用的最佳选择。
• 保护数据：DAS可以更好地隔离数据，这对于必须遵守HIPAA和Sarbanes-Oxley法案等法规的企业来说可能很重要。

什么是SAN？

SAN是一种专用的高速存储网络，可将共享存储池互连并提供给服务器。SAN是一个独立的存储网络，能够以类似于DAS工作方式对存储进行高性能访问。

SAN工作原理

SAN中包含三个主要组件，主要包括：

• 布线：SAN布线旨在支持iSCSI SAN的FC协议或以太网。因此，电缆通常是铜线或光纤。
• HBA：用于存储的HBA通常是FC或SAS等协议。基于以太网的iSCSI是中小型组织更常用的另一种协议选项。
• 交换机：在SAN中，交换机连接服务器和共享存储池。FC交换机最常用于SAN，因为它与FC协议兼容，并且专为高性能和低延迟而设计。以太网交换机也很常见，特别是对于基于iSCSI的SAN。

SAN体系结构，无论是基于FC还是基于以太网，旨在使许多服务器和其它客户端能够访问和共享中央存储库。连接到SAN的服务器通过向存储设备发送基于块存储的数据访问请求来进行通信。

另外，可以使用管理软件从链接到SAN的服务器或从连接到SAN阵列的控制台PC集中管理SAN。

SAN优点

在合适的环境中，SAN可以提供具有成本效益的高性能存储资源。SAN的优势包括：

• 更灵活的应用部署：由于快速的本地网络性能和应用程序的高可用性，SAN可用于分布式应用程序。
• 高性能：由于IT管理员可以卸载存储功能并分离存储网络，因此SAN可以提供比结构化或可扩展性差的存储系统更高的性能。
• 提高产能利用率：使用 SAN使管理员能够分层存储和整合资源，这有助于更有效的容量分配。
• 安全：SAN通常被认为是一个安全的存储系统，因为它驻留在自己的——并且很容易隔离——网络基础设施中。
• 对LAN带宽没有影响：SAN可以避免与基于LAN服务器存储（如DAS或NAS）争用相关的带宽问题。
• 高可用性：作为共享系统，SAN可以获得比DAS更高的可用性。
• 更好的数据保护和灾难恢复：SAN 上的池化存储更易于高效备份，而大多数SAN包含的高级复制和快照工具可确保获得积极的DR结果。

SAN缺点

尽管SAN存储架构的优势非常引人注目，但SAN实施也存在一些缺点，主要包括：

• 成本：与基于以太网的网络所需的设备相比，构建SAN所涉及的硬件——HBA、电缆、交换机和阵列是昂贵的。
• 专用网络：就其本质而言，FC SAN需要一个不能直接利用已安装LAN的专用网络。
• 相对复杂：SAN实施通常需要专门的服务，例如远程复制和故障转移，这增加了成本。
• 需要FC专业知识：FC协议是专门为存储而开发的，需要专门的知识来管理和维护。FC比常见的以太网网络协议更昂贵，因此部署FC SAN比iSCSI SAN增加了另一层成本。
• 共享访问需要谨慎管理：随着许多服务器、用户和应用程序访问共享存储资源，数据从一个应用程序泄漏到另一个应用程序的可能性增加，这可能会影响应用程序数据的有效性。
• 不适合小型部署：SAN的规模经济只有在大量服务器和应用程序连接到SAN时才适合使用。

SAN典型应用

SAN性能、可扩展性和安全性使其成为关键组织应用程序的理想场所。SAN的一些用途包括：

• 大数据中心：为许多部门提供服务的大型数据中心是SAN的绝佳环境，因为它集中了存储资源和存储管理。
• 高性能应用程序：对性能敏感的应用程序（例如高度事务性关系数据库）将受益于SAN可以提供的性能。
• 数据库托管：关系数据库是最常见的SAN用例之一，因为SAN架构在支持关键任务应用程序方面做得很好。
• 可扩展性：大多数SAN可以通过添加驱动器或可容纳额外驱动器的控制器来增加容量以满足未来的组织需求，可伸缩性在大型企业环境中尤为重要。
• 容错：关键应用程序处理可以在SAN上得到保证，因为它能够在主要资源不可用时通过无缝故障转移到备用控制器和驱动器来创建容错环境。
• 虚拟机存储：由于它汇集了存储资源，SAN可能会启用额外的VM，因为它可以卸载每个VM所需的存储。

什么是NAS？

NAS也是一种基于网络的存储系统，但与SAN不同的是，NAS使用专用的文件存储。NAS使用户和客户端设备能够从集中式驱动器获取数据，同时仍提供安全性和访问控制。NAS设备通常像浏览器一样进行管理，它们没有键盘或显示器。

NAS驻留在LAN 上。NAS节点独立于局域网，每个节点都有唯一的IP地址。由于NAS的协作特性，它通常被部署为云存储系统的基础。

NAS工作原理

NAS使用存储协议（包括基于Linux的NFS和Windows SMB）通过交换机连接到以太网网络。NAS使用与构建典型企业LAN相同的网络组件，包括NIC、交换机和电缆。NAS网络可以是现有LAN的一部分，也可以单独驻留并连接到LAN。

NAS设备通常带有最少的组件来维护和管理，并且成本因大小和范围而异。NAS系统可专为家庭办公室、小型企业和企业而设计。

NAS优势

NAS通常是组织部署的第一种网络共享存储，这主要是因为它相对熟悉且成本低于 SAN。NAS主要优势包括：

• 协作和数据共享：通过NAS可以将存储资源分配为用户共享，使用户能够共享数据和协作。
• 轻量级数据库托管：除了面向用户的生产力应用程序之外，许多NAS系统还可以处理要求不高的数据库和其他应用程序。
• 远程访问：有用户远程工作或在不同时区工作的团队特别受益于NAS，它连接到无线路由器并且可以访问分布式工作环境。如果设备连接到网络，用户可以轻松访问存储网络上的文件。
• 低成本存储网络：除了可访问性和高容量外，NAS还是一种成本相对较低的数据存储系统。
• RAID：根据NAS安装的大小和驱动器的数量，可以将某种级别的RAID应用于所有或部分存储，以增加数据保护和安全性。
• 易于使用和维护：由于NAS的集中管理使用熟悉的配置和管理程序，因此对于有经验的系统管理员来说，通常只需要适当学习就能了解。
• 扩展选项：两种类型的NAS使添加存储容量变得容易。
  • 纵向扩展NAS仅限于集成控制器，但它可以容纳额外的容量和扩展的文件系统。
  • 横向扩展NAS提供了更广阔的增长路径，因为NAS服务器可以集群到一个大型网络中。
• 比DAS更好的数据保护：NAS的集中存储资源实现集中备份，有助于确保所有关键数据得到适当备份。

NAS缺点

NAS相对便宜且易于安装和维护，但它可能不是某些环境的最佳选择。一些缺点包括：

• 性能不足：NAS通常无法与SAN或专用 DAS的性能相媲美，因此某些应用程序可能性能不佳。
• 比使用DAS管理更多：尽管NAS管理比监督SAN更轻松，但它比维护DAS需要更多监督和更多时间。对于横向扩展NAS，随着系统的增长和变得更加复杂，可能需要全职或接近全职的管理。
• 文件系统限制：NAS系统的文件系统有限，这意味着当它们接近要管理的文件和对象的限制时，即使容量可用，它们也可能无法存储额外的数据。
• 对 LAN 流量的影响：如果NAS系统驻留在用于应用程序服务器和用户的同一个LAN上，它可能会影响LAN流量或受其影响。
• 文件方向：由于NAS是基于文件的，因此在基于块的存储上运行最好的应用程序可能在NAS上性能不佳或根本无法运行。

NAS典型应用

尽管与更昂贵的SAN相比存在一些缺点，但NAS系统可能会为各种应用程序和用例产生出色的结果，包括以下内容：

• 非结构化数据：任何创建和使用非结构化数据的应用程序，例如流行的办公生产力应用程序，在NAS上运行良好，因此通常用于支持用户共享。
• 不需要高性能的应用程序：平面文件数据库和较小的RDBMS应用程序等要求较低的应用程序通常可以在 NAS 上充分执行，尽管它是面向文件的。
• 媒体制作：NAS通常可以支持视频和音频制作的后期制作和媒体编辑应用程序。
• 存档或备份目标：NAS通常用作内部数据保护操作的备份目标；大多数备份应用程序支持在磁盘到磁盘备份过程中使用NAS。
• VM 和虚拟桌面基础架构：NAS可用于支持虚拟化服务器或桌面环境的服务器。
• 利基非结构化数据应用程序：其它使用非结构化数据的应用程序，例如大数据分析和医学成像，可以使用NAS来收集和合理化来自不同来源的数据。

SAN、NAS和DAS的区别

在基本层面上，SAN更像是DAS而不是NAS，因为它使用块存储。NAS用作远程系统，其中文件请求通过网络重定向到NAS设备。

尽管NAS旨在处理非结构化数据，但SAN主要用于在数据库中组织和格式化的结构化数据。由于来自视频、音频文件、照片和医学图像等不同来源的大量数据没有像结构化数据那样进行整合和组织，因此非结构化数据如今越来越普遍。如果你的组织处理大量非结构化数据，NAS可能是更好的选择。

如果性能是你的首要任务，那么SAN是更好的选择，但如果对网络存储没有其他要求，DAS可能更合适。NAS文件系统往往会导致较低的吞吐量和较高的延迟，而SAN则非常适合高速流量。可扩展性是SAN的另一个优势。SAN的体系结构支持向上或向外扩展容量和性能。虽然高端企业NAS可以高度扩展，但入门级 NAS却不是。

如上所述，在成本方面，NAS和SAN之间存在许多差异。SAN不仅因为其昂贵的硬件和专业服务从一开始就比NAS更昂贵，而且其复杂性使得维护和管理成本更高。NAS部署包括插入LAN，而SAN意味着添加硬件并通常引入专门管理网络的管理员。

结合使用SAN、NAS和DAS

此时，你可能正在考虑DAS、SAN和NAS的好处，或许也想知道为什么它们不能一起使用。是的，有些企业就是这样做的。这些企业或组织没有考虑SAN与 NAS优缺点，而是结合使用这两种网络类型——有时在同一个多协议存储阵列中并且通常与DAS一起使用。这些系统可以相互补充并满足组织内的不同需求。

要将NAS添加到SAN，可以使用NAS网关来支持这两个系统。NAS网关是一种NAS系统，通常通过FC接口从外部连接存储介质。这使IP网络可以访问SAN的块级存储，同时通过NFS和SMB共享协议处理客户端请求。但许多主流SAN阵列现在无需NAS网关即可支持文件。

通过NAS网关结合SAN和NAS存储系统增加了可扩展性和性能——SAN和NAS领域的最佳选择。NAS网关在整合存储系统时可以降低成本，并且不像传统设备那样受限于存储容量。

哪个更好：DAS、SAN还是NAS？

使用DAS或网络存储产品（如SAN或NAS）的决定取决于数据中心中存储的数据类型、计算环境和任何特殊需求。对于块I/O，使用DAS或者SAN；对于文件 I/O，使用NAS。在比较SAN与NAS时，请记住NAS将文件I/O请求转换为对附加存储设备的块访问。SAN是结构化数据的首选——例如，在关系数据库中找到的数据。尽管NAS可以处理结构化数据，但它通常用于非结构化数据，例如文件、电子邮件、社交媒体、图像、视频和通信，以及关系数据库之外的任何类型的数据。

由于在云存储中的大量使用，用于存储的对象I/O变得越来越普遍。因此，用于块存储的SAN和用于文件存储的NAS之间的明显区别正在变得模糊。

如今，随着供应商从块或文件转向对象I/O来满足他们的存储需求，用户仍然希望以他们习惯的方式访问数据：即SAN的块存储或NAS的文件存储。供应商正在提供带有前端或仿真器的系统，以呈现NAS或SAN 体验，而后端则基于对象存储。

文件、块与对象

文件I/O存储读取和写入数据的方式与用户在本地计算机上的专用驱动器上执行的方式相同。通过使用分层结构，文件夹中的文件可以位于更多文件夹中。NAS系统通常使用这种方法，它具有以下重要优势：

• 当与NFS和SMB（最常见的NAS协议）一起使用时，用户可以复制和粘贴文件或整个文件夹。
• IT部门可以轻松管理这些系统。

块I/O存储将每个文件或文件夹视为各种较小的数据块，并将每个块的多个副本分布在SAN系统中的驱动器和设备上。这种方法的好处包括：

• 更高的数据可靠性：如果一个驱动器或多个驱动器发生故障，仍然可以访问数据。
• 更快的访问：文件可以从离用户最近的块重新组合，不需要通过文件夹层次结构。

对象I/O存储将每个文件视为一个对象，就像文件I/O，但没有像块I/O那样的嵌套文件夹层次结构。使用对象存储，所有文件或对象都被放入一个巨大的数据池或平面数据库中。文件是根据与文件关联的元数据或由对象存储操作系统添加的元数据找到的。

对象存储是三种方法中最慢的，主要用于云文件存储。但最近元数据访问方式的进步和闪存驱动器使用的增加缩小了对象、文件和块存储之间的速度差距。

统一存储的兴起

统一存储的出现提供了在同一阵列上运行块或文件存储的灵活性，这些多协议系统将基于SAN块的数据和基于NAS文件的数据整合到一个存储平台上。客户可以从SAN或NAS开始，然后再添加支持和连接。或者他们可以购买同时支持SAN和NAS的存储阵列。

统一存储可以使用SMB、NFS等文件协议，也可以使用FC、iSCSI等块协议。这些系统的优势之一是它们比传统存储需要更少的硬件。更新的统一存储产品正在整合云存储和存储虚拟化。

NVMe存储优势

如今，存储行业的许多活动和兴奋都来自于在结构上扩展NVMe协议。NVMe协议是将闪存设备连接到计算机主板的最快方式，通过PCIe总线进行通信。它大大优于通过SATA连接的SSD。NVMe over Fabrics将快速NVMe连接扩展到将SAN系统编织在一起的结构中。

当然，NVMe不能用于在远程用户和存储阵列之间传输数据，因此必须使用消息传递层。这让NVMe看起来更像是一个以太网连接的NAS系统，它使用以太网的 TCP/IP协议来处理数据移动。但NVMe over Fabrics 开发人员正致力于使用远程直接内存访问来确保消息传递层对速度的影响较小。