浅谈网络化存储在校园网建设中的应用
经过10年的信息化建设，如今各学校校园网都初具规模，网络环境已经比较完善。而要让学校的校园网充分发挥作用，为教育教学服务，就需要提供相应的网络应用并拥有大量的教学资源以满足学生与教师的需求。因此很多学校开始将信息化建设的重点转移到资源建设方面，这也是教育信息化建设的发展趋势。目前很多学校都架设了主页服务器用来对外发布信息，通过CMIS系统管理学生学籍信息，有些条件不错的学校还添置了邮件服务、教学资源库、视频点播系统等多种网络服务。随着信息技术和教育教学的进一步整合，今后还会出现更多的应用。网络应用的多样化和网络资源的迅速更新，致使信息量高速增长，进而要求不断增加数据存储容量，因此大容量、安全和快速的数据存储成为一个不可忽视的问题，越来越受到各学校的高度关注。
一、中小学数据存储现状
现在很多学校还未意识到数据存储的重要性，在存储空间不够的情况下，只是简单地往服务器中添置硬盘，没有对今后的数据存储发展进行合理规划。但也有不少学校还是认识到了存储的重要性，也试图使用一些相对完善的存储方案。对于存储空间扩容，目前多数学校采用的方法是直接增加服务器内置硬盘或外接磁盘阵列，这种技术通常称为DAS（直接附加存储）技术。在这种方式中，每台服务器通常是利用SCSI接口电缆，单独地连接磁盘阵列，并各自进行存储管理，如图1所示。
图1 DAS存储方式
这种技术对于单台服务器扩充容量非常有效，并保证了传输速度，对于硬件规模较简单，如只有一、两台服务器或数据量增长较慢的学校可作为首选的方法。
但是，随着因特网应用的快速发展，数据量增长的速度超出了我们的想象，DAS存储模式在教学资源的增加和网络应用中逐渐暴露出以下问题：
◆数据分散，难以管理：数据分别存于网络中的多台主机上，难以统一配置，管理难度大。
◆存储空间利用率低：对于一个新购置的服务器或者为服务器扩充的硬盘，网管教师很难准确地估计出实际应用中需要使用多少存储空间，估计过少无法满足应用要求，估计过多又造成了空间浪费。
◆性价比低，扩展性差：由于现在存储设备的价格比较便宜，DAS方式的初始费用可能比较低，可是在这种方式下，每台PC或服务器单独拥有自己的磁盘，容量再分配困难，并且需要分别维护，增加了后期的开销。当存储容量需求增加时，这种方式也限制了存储设备的扩展性。
◆数据安全缺少保护：数据多保存于单磁盘中，缺少有效备份措施。
二、数据存储的发展趋势
伴随着因特网应用的发展，应用系统中的数据量快速增长，传统的以服务器为中心的存储架构面对源源不断的数据更新已经显得力不从心。我们不由得要考虑这样一些问题：怎样让多台服务器共享存储设备以提高存储空间利用率，达到最优性价比？如何动态分配存储空间并且能够进行方便的扩展？如何对各种存储设备实现统一有效的管理？我们希望能够找到完善的数据存储模式，同时具有良好的扩展性、可靠性和高速度，以满足今后数据存储发展的需要，网络化的存储技术就是在这样的需求下应运而生了。
图2 存储技术发展趋势
网络化存储将成熟的网络技术应用到存储管理中，把存储设备与服务器彻底分离，集中管理数据（如图2所示）。这种技术使得从前存储设备与主机一对一直接相连的方式发生了根本的变化，在存储网络中存储设备不再仅仅只为某一台服务器提供数据存储，而是形成一个逻辑整体，通过存储网络向所有服务器提供存储服务。在网络化存储中接入设备、交换设备、网卡以及网络管理等在概念上与计算机网络完全对应，只是将TCP/IP等网络协议换成了存储网络的专用协议。
网络化存储在实际应用中体现出很多优越性：
◆存储虚拟化：多个物理磁盘组成一个独立的逻辑存储系统，并对服务器具有透明性，服务器使用这个系统就像使用本地磁盘一样简单、方便。
◆可扩展性：改变了服务器与存储设备的单一连接方式，提供了几乎无限容量的扩展能力。
◆高效使用率：由于物理磁盘形成了一个逻辑整体，对网络上的任何一台服务器或个人电脑都可以动态分配存储空间，使存储利用率得到了最优化。
◆节约成本：网络存储方案在建设初期的投入成本可能会略显偏高，但从长期发展考虑，随着以后教学资源高速的增长以及它的高使用率和可扩展性等优势，会逐渐体现出它的高性价比。
◆便于管理：通过简单的管理方式对所有存储设备进行统一管理。
其实网络化存储技术并不是一个时髦的超前技术，它已经出现了很长时间，只是由于在早期应用中成本较高，使得它一直是在大中型企业内部使用，而现在它已经发展得很成熟，投入成本也大大下降，因而这种技术能够逐渐引入到中小学校。网络化存储必将是今后数据存储发展的趋势。
三、网络存储技术在校园网中的实现
网络存储主要分为SAN（存储区域网）和NAS（网络附加存储）两种形式，它们在网络存储中起到不同的作用。
1.NAS在校园网中的应用
NAS是一种以数据为中心、直接连到网络上、向用户提供文件级服务的专用数据存储设备。在现有的网络环境中，不需额外建设专门的存储网络，只需增加一台NAS设备，通过TCP/IP协议和NFS、CIFS文件系统就可以灵活地为服务器和桌面电脑提供Web、FTP以及文件共享服务。NAS的优点是配置灵活、管理方便，成本较低。如图3所示，在NAS方式中，使用单独的NAS服务器管理数据存储，通过网络环境向其他PC和服务器提供存储服务。
图3 NAS存储方式
几年前，我区就已有几所学校使用了NAS存储方式。从各校的使用效果来看，NAS更适合作为文件服务器使用，所以校园网中大量的字处理文档、电子表格、演示文稿、照片、视频文件等各种数据资源的存储和文件共享通过NAS实现是最合适的方案。
由于NAS是直接与网络相连的，所以NAS提供的应用必然受到网络传输能力的制约，一旦发生网络拥塞，性能就会大幅下降。另一方面，在那些需要进行数据块级访问的应用中，例如CMIS数据库的存储、邮件服务、流媒体应用等，使用NAS就不是一种很合适的解决方案，这时候我们就要用到SAN的存储方式了。
2.SAN在校园网中的应用
SAN以数据存储为中心，通过光纤通道交换机连接存储阵列和服务器，建立专门用于数据存储的区域网络。既保证了高速数据传输，又提供了灵活的扩展性。SAN凭借其卓越的性能、出色的稳定性及近乎无限容量的扩展能力集中体现了功能分拆的思想，前面我们提到的网络化存储的特点更大程度上是指SAN。和SAN相比，NAS只是一台存储服务器，而SAN则是一个存储架构思想，它集成了DAS和NAS的优点，既能像NAS一样提供大容量可扩展的存储又支持数据库访问、邮件服务等DAS才适合的应用。不过由于SAN需要搭建存储网络，成本自然比DAS、NAS要高。图4的SAN架构中，将存储系统独立出来统一管理并通过高速光纤通道组成的存储网络为服务器提供存储服务。
图4 SAN存储方式
为了缓解成本问题，一种通过iSCSI协议的连接方式在SAN中开始采用，它将IP技术融入到存储网络中，因此也称作IP SAN，IP SAN使用以太网交换机替换专用光纤通道交换机（图5所示），充分利用学校现有的网络资源，降低了成本，并增加了与IP网络的互操作性，消除了距离限制。随着千兆以太网甚至万兆以太网的逐渐普及，IP SAN将会在校园网建设中成为网络存储的主流应用。
图5 IP SAN存储方式
目前我区已有一所学校使用SAN架构，将视频工作站和视频点播服务器通过光纤交换机与3TB容量的存储设备连接，在使用光纤传输高清质量的视频文件和进行视频编缉方面表现出了优异的性能。
目前网络存储在校园网中使用的还比较少，但随着互联网技术和应用的飞速发展，信息量将会以几何级数的速度增长，那时网络化存储必将成为数据存储的主流。
参考文献
[1] 计算机网络（第4版）（中文版）.北京：清华大学出版社，2004.
[2] 网络工程师手册（中文版）.北京：人民邮电出版社，2005.
[3] 周敬利，余胜生.网络存储原理与技术.北京：清华大学出版社，2005.