NAS在艺术设计类实验室网络数据存储中的应用

陈小微，刘波永

（浙江树人学院 艺术学院，浙江 杭州 310015）

NAS在艺术设计类实验室网络数据存储中的应用

陈小微，刘波永

（浙江树人学院 艺术学院，浙江 杭州 310015）

由于性价比高、维护方便等原因，NAS作为当今主要的网络存储技术之一，越来越受到人们的关注。本文通过对三种外挂存储方式的比较，提出适用于艺术设计类实验室的NAS存储方案，以有效解决传统数据存储及共享中存在的问题。

NAS；网络存储；应用

计算机作为现代设计的重要工具，在艺术设计类人才培养中占有十分重要的地位。由于专业的特殊性，大量实用性应用软件课程的开设，综合性、设计性实验项目的开展，艺术设计类专业实验室机房面临的数据存储量在成倍地增加，传统的刻录方法在其安全性、经济性、存储性、便捷性等方面受到了挑战。于是引入一种大容量、安全、方便的存储方式，用来存储学生作业与作品，满足教学需要就显得非常必要。

一、常用存储方式的比较

随着Internet应用的不断增长，信息存储容量需求的增长速度超过了服务器处理能力的增长速度。一方面是服务器有限的内部存储容量，另一方面是不断增长的存储内容，这就要求服务器的存储能够“外部化”，以适应新的需要。目前，比较流行的外挂存储有DAS、NAS、SAN三种模式，如图1所示。

（1）直连式存储（Direct Attached Storage,DAS）采用独立的外接式存储设备（如RAID，JBOD等）并通过标准接口技术（如SCSI）与服务器连接，在一定程度上缩短了对存储器件的读写操作的总体存取时间。但很明显，直接依附在服务器上的DAS存储共享是受限的且不能扩展。另外，服务器往往要提供包括文件服务在内的多项服务，而且同时管理着多个存储设备，结果导致其成为存储系统的瓶颈。

（2）网络连接存储（Network Attached Storage,NAS）指存储设备通过集线器（Hub）或交换机（Switch）方便地接入到用户网络上，在功能上完全独立于网络上的主服务器，允许客户机与附网存储服务器之间直接的数据访问。但因为NAS是直接与网络相连的，无疑在数据传输时会增加网络负担，一旦发生网络拥塞，其性能会大幅下降。所以NAS自身要受到网络传输能力的制约。

（3）存储区域网络（Storage Area Networks，SAN）指在计算机和存储元素之间传输数据的网络，可以把SAN看作是一个主要用于存储的子网，它工作在主网（一般是LAN）的后面，从事着与存储有关的工作。[2]SAN技术的存储设备是用基于光纤通道协议的专用网络，由于光纤通道和LAN分开，不占用主网带，性能很高。但构建SAN成本高且管理和维护成本也很高，目前只有实力较大的企业构建自己的SAN。

实验室的存储数据需要考虑整个系统的高传输速率、数据的大吞吐量、容错能力强、稳定性等需求，通常采用SAN架构，它是一种独立于服务器网络之外、几乎拥有无限存储容量的高速存储网络，但由于成本过高，并不适合作为我院实验室存储方案。DAS由于附着在服务器上，对每个DAS设备的访问只能通过数量非常有限的服务器来进行，当很多用户同时对同一个存储系统进行大量的数据访问时，相应服务器的性能和数据存取时间都会受到很大的影响，所以也不予考虑。对于资金、场地有限的实验室，选择NAS作为网络数据存储是比较理想的方式。

二、NAS的原理与结构

网络连接存储（NAS）即将存储设计连接到现有的网络上提供数据和文件服务。从结构上讲，NAS是功能单一的精简型计算机，因此，在架构上不像个人计算机那么复杂，在外观上就像家电产品，只有电源与简单的控制钮，结构如图2所示。

NAS是一种专业的网络文件服务器，它直接通过数据网络向客户段提供文件共享，它所连接的网络介质可以是局域网或广域网，如图3所示是一种比较典型的NAS拓扑结构。NAS与传统的以太网相连，使用的是TCP/IP协议，当需进行文件共享和访问时则利用NFS和CIFS以沟通Windows NT或MAC OS系统。NAS的这种结构奠定了它自身的优点，那就是配置灵活、管理方便，另外成本较低，不需要配置额外的网络配件，只需将NAS产品直接通过网络接口连接到网络交换机上，简单地配置一下IP地址。NAS可以应用在任何网络环境当中，主服务器和客户端可以非常方便地在NAS上存取任意格式的文件。

三、NAS的特点

1.海量存储。NAS作为网络存储设备，其首要的用途就是数据的存储。NAS可利用用户现有的网络环境和软件、硬件资源，在原有的以太网络上添加一个节点及网络设备。在NAS中为NAS设备，如文件器。这种方式基本上是启动NAS设备，运行相应的网络文件系统，并将之与网络相连即可。更高级的NAS设备可以支持网络接口的热安装、存储介质的随时增加和存储备份等。

2.缓解服务器负担。[4]NAS设备的设计就是为了能够使通用服务器有更多的资源来为较为重要的用户需求服务。NAS文件的文件器可以使耗费CPU和网络资源的文件服务功能转移到专用的NAS设备上。文件服务是与系统的I/O对应的，它在一般设备中也有较高的优先权。这部分任务移交给NAS设备后，通用服务器就有更多的资源处理重要的任务，如电子邮件处理、远程处理等，并缩短系统的响应时间。

3.管理维护简单。NAS附带有专用的系统管理与配置工具,绝大多数的NAS产品都支持Web管理，这样的好处是管理方便，用户在任何地方只要能够上网就可以轻松地管理NAS设备。

4.扩展性好。[5]系统集成的磁盘合并功能能使资源最大化,无需停顿网络就可以在线增加存储容量，只需要LAN的带宽允许和避免限制其他LAN流量的要求。在需要增加存储空间时，只需要在网络上增加新的NAS设备即可，不影响网络中的其他任何节点。

5.预置系统安全。预置软件系统是指NAS产品出厂时随机带的操作系统或者管理软件，如精简的Windows2000系统、FreeBSD嵌入式系统、Linux嵌入式系统等。预置操作系统不需要通过文件服务器，明显缩短了响应时间，充分发挥网络的带宽，大大提高文件访问速度，尽可能减轻了网络主机的负担，从而使系统具有很强的稳定性和可靠性。

四、NAS存储方案的优越性

对于多个服务器或多台PC的环境，使用DAS方式设备的初始费用可能比较低，但在这种连接方式下，每台PC或服务器单独拥有自己的存储磁盘，容量的再分配困难；对于整个环境下的存储系统管理，工作繁琐而重复，没有集中管理解决方案。而随着网络的迅速扩展，DAS也很难满足大型网络系统稳定的吞吐率、可靠、可扩展、易管理等需求，于是NAS模式应运而生，网络存储开始向直接与网络连接、单一功能服务器的方向发展。艺术设计类实验室选择NAS作为网络存储工具，基于以下考虑：

第一，网络共享的数据类型。用户基于使用需求，从不同平台（如MAC、Windows等）对数据进行读写操作，而NAS适用于不同网络环境下的用户对数据进行跨平台共享。

第二，存储的性能、容量、成本需求。NAS结构简单、价格便宜、易于维护、总体拥有成本低，相比传统直接连接存储（DAS）方式，又具备性能上的优势。实验室构建的网络是基于NAS的快速以太网络，教师机、学生机、服务器和NAS存储设备都直接连接到总线上。如NAS选用了MaxTronic Orion410ST,共4块硬盘，容量为2.8TB,它支持7×24小时不间断工作，用于存储数据。实验室原有的苹果服务器，则继续承担科学计算、BBS等服务。

第三，远程NAS备份容灾。[6]一旦数据中心发生火灾、地震等灾难性事故，以往的服务器远程数据备份的成本很高。而用NAS作为存储备份，以应付大量数据的快速存取和数据备份，只要将两台NAS设备接入网络，即可实现实时的数据备份，如图4所示。因为NAS直接与网络相连，支持TCP/IP协议，因此主机和备份机之间的距离不再受限制，一旦主机发生故障，即可通过备份机恢复全部数据。NAS远程备份的优势还在于它的两端可使用不同的存储设备，例如主机使用磁盘而备份机使用磁带或是其他存储设备，且成本很低。

相比以往的DAS存储，基于NAS的实验室网络具有以下优点：

（1）解决了用户异构网络环境下的数据备份和数据共享问题。无论终端用户使用的Windows还是MAC OS X操作系统，是普通PC机、eMAC还是小型工作站，都可以方便、安全地存取数据。

（2）用户可以直接访问NAS设备而无需通过服务器，减轻了服务器的负担，把系统服务、应用服务和数据传输服务分离开，充分利用了网络的带宽。

（3）即使设备连接在以太网上的不同位置，管理员也可以使用同样的软件管理整个NAS数据存储系统，降低了维护成本。

（4）当今后数据资料日益膨胀，现有存储无法满足要求时，只需通过添加扩展模块即可实现更大的存储容量，而无需另行购置设备，可节约预算成本。

多年实践证明，NAS网络存储设备具有多平台环境的文件共享、易备份、易扩展等优势，特别适合在艺术设计类实验室应用。

[1]DAS、NAS和SAN存储方案的比较 [EB/OL].http://publish.it168.com/2004/0819/20040819005701.shtml.

[2]张继征等.NAS与SAN的融合[J].计算机应用研究,2005.

[3]姜宁康,时成阁.网络存储导论[M].北京:清华大学出版社,2007.

[4]赵文辉等.网络存储技术[M].北京:清华大学出版社,2005.

[5]席雷.基于NAS的实验室气象数据存储解决方案[J].中国新技术新产品,2009（20）.

[6]NAS存储技术方式解析[EB/OL].http://portal.vsharing.com/ShowArticle.aspx?id=622395.

[7]王玉富.图书馆信息存储技术控微[J].现代情报,2007（7）.

[8]韩德志,余顺争,谢长生.融合NAS和SAN的存储网络设计与实现[J].电子学报,2006（11）.

（编辑：金冉）

G202

A

1673-8454（2010）19-0037-03