儲存網路架構---SAN簡介

隨網路的快速成長，在電子商務盛行、交易資料爆增、新應用軟體及多媒體檔案快速增加的情況下，企業對於資料儲存的量及質的需求快速增加，使企業資料儲存產業蓬勃發展，本文嘗試對此一產業作一整體性的介紹，其中包括近年最熱門的SAN（Storage Area Network）及NAS（Network Attached Storage）的簡介。

企業為增加資料儲存容量、7*24的可接近性、安全性及附加價值，企業投資相當大的金額在儲存方案上，以1999年為例，其投資在儲存方案之金額約400億美元，約為投資在資訊科技整體金額的50﹪，專家並預估至2003年，此比率將上升至75﹪，由此可見企業儲存市場的重要性及未來的發展性。

因此我們從整體的企業儲存架構出發，先概略介紹企業可選擇的儲存架構，如直接連接儲存裝置（DAS：Direct-Attached Storage）、SAN及NAS等，並探討其組成要素、優缺點及市場規模，然後再簡介儲存方案中三種基本組成元素，即連接、檔案管理軟體及磁碟陣列技術，在了解整體概念及基本組成元素後，本文再介紹SAN。

我們先從企業的角度出發，除了我們較熟悉的硬碟、磁帶外，企業還有哪些儲存架構可供選擇，我們將企業儲存架構列於下圖一，首先我們可以看到企業可選擇的儲存架構可分為三類，分別為DAS、SAN及NAS三類，此外，從該圖我們也發現就整體企業儲存市場而言，它包含了企業投資在硬碟、磁帶等儲存裝置、軟體、路由器、主機介面卡（HBA：Host Bus Adapter）、SAN 交換器及集線器等產品的金額，圖一也列出各產品的主要廠商。

過去企業大多使用DAS，它是將儲存裝置直接與伺服器相連，這樣的設計提供了很好的安全性，它的主要組成包括儲存裝置及作為介面的主機介面卡，但在網路存取上，假設其他的伺服器想對與某一伺服器相連的儲存裝置進行存取動作，則資料傳送必須經過區域網路LAN及該一伺服器，不僅增加該伺服器的工作量，也使區域網路速度變緩慢，在企業資料量變大的情況下，DAS漸漸不能滿足企業儲存的需求，而有SAN及NAS的產生。

在傳統的儲存架構下，儲存設備成為伺服器的附屬品，從圖一我們可以看到SAN是將許多儲存裝置從區域網路獨立出來成為另一個網路，即儲存區域網路--SAN，在SAN架構下，任一伺服器若要存取資料，都可直接從SAN完成，SAN本身的架構及組成具有相當的彈性，主要包括的產品為儲存裝置、SAN集線器或交換器、路由器、、等，SAN的優點如下：

1. 連接性佳：在SAN架構下，任一伺服器可與任一儲存裝置直接相連，任一儲存裝置也可彼此直接相連。
2. 擴充性佳：在SAN架構下，企業可以在不增加伺服器及區域網路LAN的負擔下，進行擴充。
3. 可對分散各處的儲存裝置進行管理。
4. 共享儲存資源：因儲存裝置不再與某一伺服器相連，故可由許多伺服器共享資源。
5. 備份工作不須使用到區域網路LAN及伺服器：因儲存裝置間彼此直接相連，使備份工作不會佔據伺服器空間及區域網路頻寬。

其缺點如下：

1. 尚無共同標準：目前SAN產品僅能在某些作業系統及產品間跨平台運作。
2. 成本較高且建置費時。 　

圖一：企業儲存架構圖

由圖一可看出，NAS是將儲存系統透過一特殊專門的檔案伺服器直接連到區域網路上，此伺服器是專門設計用來作資料存取動作，如此其他伺服器便不須作這些動作，而有更大空間去作其他的事，因此NAS架構較SAN單純，因適用環境有所不同，因此NAS與SAN架構呈一又競爭又互補的狀況，NAS的組成僅有儲存裝置及一檔案伺服器，它的優點如下：

1. 相對DAS而言，NAS架構下的儲存裝置不屬於某特定伺服器，使伺服器功能可獲得更好的發揮。
2. NAS使用TCP/IP協定，與區域網路LAN相同，複雜度較SAN低，在現有網路架構下即可運作。
3. 具標準協定，可在不同作業系統下運作，相容性高。
4. 成本較SAN低。

其缺點為仍使用LAN或WAN傳送資料，速度較慢，及資料分享程度不如SAN。

在大致了解企業儲存架構大約可分為DAS、SAN、NAS三類後，我們以IDC的資料，(如表一)，來探討企業儲存架構的發展趨勢，IDC預估企業儲存市場規模將由1999年的約400億美元，上升至2003年的741億，年複合平均成長率CAGR為16.8﹪，看起來並不是很高的成長率，但我們在表一將企業儲存市場分成六大項，分別是硬碟、磁帶、SAN交換器及集線器、儲存軟體、主機介面卡及Fibre Channel路由器六項，各項的CAGR分別為11.5%、12.2%、85.2%、30.2%、103.8%、151.2%，差別相當大，若我們再從幾個細項來看，如硬碟市場中，單一主機內部的硬碟預期在99-03年的CAGR為-3.1%，SAN及NAS的CAGR約為66%，呈現大幅度的成長，在SAN交換器方面，99-03年的預估CAGR高達99%，遠比集線器的23%高許多，這顯示為因應網路上的儲存需求，SAN的架構也將以交換器為主流，從IDC對於未來SAN及NAS預估的高成長，似乎說明未來企業的儲存架構將由原本的以伺服器為中心，轉向儲存網路的架構，不論其為SAN或是NAS。　

表一：企業儲存市場規模 單位：百萬美元

資料來源：IDC及寶來證券研發部整理

儲存網路的基本要素：

在簡介企業儲存架構後，我們了解儲存網路將是未來發展的趨勢，在此有必要先對這儲存網路的組成作一簡單的說明，以便了解其發展趨勢及面對的挑戰，因儲存網路其實是儲存裝置與網路的結合體，它有三個主要的組成元素，即連線、檔案管理軟體及磁碟陣列技術，在企業選擇各種不同的儲存方案時，其實是在對這些要素作選擇及搭配，下面我們將一一作介紹：

一、連線：

連線就是將區域網路LAN與儲存網路相連結，及將各儲存裝置連結成網路的纜線或裝置，就實體而言，連線設備包括纜線、交換器、主機介面卡、集線器、橋接器等，但若從連線的技術來看，目前市場最熱門的是FC（Fibre Channel），它在許多方面皆優於傳統的SCSI技術，而可以讓SAN完全發揮其效能，由於連線技術的不同，上述的產品也就有相當大的差異，在互容性上產生若干問題，下面我們將對FC作一些介紹。

FC是一高速資料傳輸的技術，它採用串列傳輸（serial transmission）技術，目前用來連結LAN與SANs及SAN內各裝置，如同其它的網路傳輸技術，FC技術可分成五層，我們將它列於下表二：

表二：FC層次表

資料來源：IDC及寶來證券研發部整理

FC技術的優勢在於同時擁有channel及network的優點，即FC具備channel的高速傳輸及可靠性外，也具有network的連結性、可擴充性及可傳輸距離遠的特性，而在較高階SAN的應用上，成為取代SCSI的技術，此外FC是一經ANSI（American National Standards Institute）及OSI定義的開放標準，可支援較上層的協定如IP、ATM、IEEE802、SCSI等，我們將FC與SCSI兩種技術比較如下表三：

表三：SCSI與FC比較表

資料來源：IDC及寶來證券研發部整理

即使FC相對SCSI擁有許多優勢，市場上仍有許多競爭者，如SCSI的改進，但最受市場注意的是運用IP技術來作儲存，這項技術以Nishan System的SoIP（Storage over IP）及Cisco的動作最令市場注意，這也說明儲存網路技術並不成熟，仍在快速發展階段，市場及技術仍未定型，因此並沒有一共同的標準而限制市場的擴展速度，因此雖然在上段我們看到企業儲存市場規模快速成長，但似乎仍未完全開發，仍有成長的潛力。

二、檔案管理軟體：

過去檔案管理軟體常隨著作業系統一起出售，好像是作業系統的一部份，在這潮流中，Veritas的檔案系統是一明顯的例外，但在新的企業儲存架構中，NAS產品的核心就在檔案管理軟體，在這領域中領先的公司是Veritas、Network Appliance及EMC等。

三、磁碟陣列技術：

儲存網路包括了儲存及網路兩部份，在儲存部份的技術發展集中在磁碟陣列技術，讀者可參照我們上一篇RAID簡介，RAID技術可大致分為下列三種：

1. 利用主機上之管理軟體來管理一群硬碟機JBOD（Just a Bunch Of Disks）：由於軟體在進行管理工作時會佔用主機CPU及記憶體的資源，導致整個系統效率下降，所以此類產品雖然便宜，但仍很少見，大多用在低階的伺服器上。
2. 用主機上的介面卡HBA（Host-Based Adapter）整合陣列控制器來管理JBOD：這類產品較多，規格也較多，並不完全皆是用硬體來作管理工作。
3. 與主機相連的外部RAID：RAID本身具有一個以上的RAID控制器及數個硬碟機，採用此架構的產品大多可以接在具合標準存取介面的主機上，因此其相容性較佳，為較高階產品。

在簡介儲存網路三大主要組成要素後，我們對於儲存網路中儲存及網路的部份有較深入的了解，這三大要素—連線、檔案管理軟體及磁碟陣列技術各有不同的供應商，因無共同的標準，在依賴彼此代工或策略聯盟下，彼此產品並無法完全相容，增加企業選擇儲存方案的困難度，在企業對儲存資料的量及質的要求快速提高下，企業勢必尋找具一定口碑的廠商，尋求一整體性的解決方案，而該廠商目前可能沒有生產儲存網路中所需的所有產品而需外購，更增加企業採購上的困難度，這也限制了企業儲存市場的成長。

SAN簡介：

下面我們將簡介SAN的拓樸、產品、標準與發展過程，SAN拓樸主要可分成三類，即點對點（point-to-point）、環狀（FC-AL：Fibre-Channel Arbitrated Loop）及網狀（fabric）三種。茲簡介如下：

1.點對點拓樸：

在此拓樸下，伺服器直接與儲存裝置相連，優點為沒有其它裝置的干擾，目前仍是SAN最常見的拓樸，但隨著SAN的發展及企業需求上升，此類拓樸的比重將逐漸下降。

2.FC-AL拓樸：

FC-AL拓樸雖然在實體上有一集線器位於SAN中心，看起來像是星型拓樸，但就邏輯上而言，FC-AL為一環狀拓樸，它最高可連結126個節點。

3.Fabric拓樸：

Fabric拓樸有一交換器作為SAN的中心，任一節點只要與此交換器相連，即可與Fabric中所有的節點相通，因此它是一個網狀的拓樸，在SAN持續成長及企業重視資料儲存下，專家看好Fabric將成為SAN的主流。

在了解SAN的拓樸後，我們可以從不同的拓樸中發現SAN的組成產品中，如集線器與交換器運用在不同的拓樸，對於其未來的成長性有相當大的影響，此外SAN的組成要素與上術儲存網路的組成要素相同，仍包括有線纜、集線器、交換器、硬碟、磁帶、管理軟體、HBA、路由器、、、等等。

此外，SAN架構並無一標準可供廠商遵行，因此SAN供應商必需整合許多組成要素來完成一個個的儲存方案，從SAN供應商的角度來看，由於SAN市場仍處於高成長階段，在技術及市場尚未成熟定型前，供應商利用自己的優勢，不論是市場地位或技術上，提出若干標準，並與其它公司策略聯盟，以求主導SAN的發展，就目前來看，供應商提出SAN的標準大約有五種，分別是EMC主導的FibreAlliance MIB（Management Information Base）、SUN提出的Jiro、所有SAN交換器廠商提出的OSFI（Open Standard Fabric Initiative）、Brocade提出的FSPS（Fabric Shortest Path First）、及由Network Alliances Cisco ATI提出的OSN（Open Storage Networking），這些標準的提出者有儲存裝置廠商、伺服器廠商、交換器廠商、網路業者等等，這樣的狀況顯示儲存網路市場受到相關產業重視的程度，為維持各自標準的運作，SAN解決方案提供者如EMC、IBM、Compaq、HP等皆設有測試SAN的實驗室，來測試其為客戶設計的儲存方案各組成要素間的相容性，以取信客戶，市場對於SAN共同標準的強烈需求及廠商試圖解決相容性問題的努力，使市場專家認為SAN標準的制定有希望在未來1年內獲得解決，在SAN標準獲得解決後，市場專家看好SAN應用軟體市場的發展，如不需伺服器，SAN本身即可作備份、資料倉儲管理、自動修護資料等應用市場。

結論：

在簡介儲存網路架構組成要素及其市場規模後，我們歸納出一些要點，首先是DAS、NAS、及SAN所針對的企業儲存市場有所不同，DAS在某種程度上是企業儲存上必備的，但NAS則會搶攻中小企業儲存市場，SAN則瞄準大型跨國企業的儲存市場，從IDC對1999至2003年企業儲存市場規模的預估數字來看，整體硬碟市場99-03年之CAGR為11.5%，DAS為10.2%，NAS及SAN則皆約為66%，成長率相差許多，NAS及SAN市場的蓬勃發展將帶動企業對中高階RAID、儲存管理軟體、主機介面卡等產品的需求。

期次就SAN所針對的大型企業市場而言，企業為提高資料的容錯性、安全性及傳輸效率等，網狀拓樸之Fabric結構勢將成為SAN拓樸的主流，因此SAN交換器99-03年預估的CAGR為99%遠高於SAN集線器的23%。

在目前儲存網路市場仍呈高速成長及SAN目前仍無共同標準的情況下，儲存裝置業者如EMC、Compaq、IBM、HP，交換器業者如Brocade， 儲存軟體業者如Veritas，及網路業者如Cisco等，皆企圖運用自己的優勢主導未來標準，而在無共同標準之前，各業者皆從不同供應商取得不同的產品來整合成一個儲存網路，為確保其相容性，各廠商也建置許多測試實驗室來驗證，從近期報導中，儲存大廠如EMC、IBM、HP皆加強其在美國之外的市場業務，這顯示在高階儲存市場如SAN上，因企業仍最重視資料儲存的安全性，且儲存網路SAN本身具有相當的技術複雜性，因此未來仍將是這幾家大廠的天下，其它組成要素的供應商勢將與這些公司結盟或代工，以求同步成長的機會，但因世界上大企業有限且很精明，因此競爭將非常熱烈。

NAS則因具標準技術，未來出貨量將大幅成長，對台灣廠商而言，因技術較弱，未來發展重心似應將重心放在中階的NAS產品上，如中高階SCSI RAID及NAS所用的檔案伺服器等產品，在其零組件或組裝上力求突破。