随着信息技术和计算机网络技术的飞速发展，用户对数据存储的需求由原来的以主机为中心、以存储设备为中心，逐渐过渡到以网络为中心，目前的存储系统在性能、可用性、传输距离等各个方面很难满足应用需求。因此，迫切要求建立高性能、高可靠和高可用的大规模网络存储系统。 论文通过定量分析方法与实验测试相结合，研究了基于iSCSI的网络存储系统及其性能影响因素、性能评价模型、可靠性与可用性等相关技术问题。主要贡献有以下几个方面： 1、提出了两种闭合排队网络模型CQNM1和CQNM2。在分别考虑了RAID5大写和小写请求两种不同情况下，建立了校验式IP-SWAN闭合排队网络模型CQNM1。实验测试结果表明：采用MVA分析法的数值解和测试结果一致，可以反映实际系统的性能特征。基于RAID5结构的网络存储系统建立了排队网络模型CQNM2，利用BJB法分析了系统I/O响应时间的性能边界。实验表明：理论性能边界反映了实际系统性能的变化趋势和性能边界。当并发任务数较低时，存储中心服务器CPU处理能力和缓冲区命中率是影响I/O响应时间的关键因素；而当并发任务数较高时，网络带宽和存储中心服务器的缓冲区命中率则成为影响I/O响应时间的关键因素。 2、提出了一种APBA方法，可以快速计算有限容量闭合排队网络在不同负载下的性能边界。数值结果分析表明：由APBA方法获得的性能边界值，准确地反映了所求解的有限容量闭合排队网络的性能边界，具有较低的计算复杂度。实验结果表明，利用APBA法分析网络RAID存储系统，可以有效地反映实际系统在轻载区、重载区和过载区的性能变化以及系统的最大负载量。 3、提出了IP-SWAN系统的随机Petri网模型和一种新的基于变迁的串并联等价变换计算系统I/O响应时间的SPNA方法。基于SPNA方法的性能分析和预测结果表明：在低速网环境下，网络传输速率是系统性能的主要瓶颈，提高网络带宽可以有效地改进整个系统性能；在高速网环境下，提高中心节点的读缓存命中率和CPU处理效率，可以降低系统的I/O响应时间。 4、提出了网络iSCSI-RAID分布式存储系统，并利用iSCSI软件实现方式，基于网络RAID设计实现了iSCSI存储广域网系统原型，利用实验测试方法，分析了网络带宽、网络延迟和丢包率等性能影响因素对iSCSI-SWAN系统性能的影响，发现系统性能随着网络性能的下降而降低。同时，提出了一种基于任务完成概率的可用性分析方法，对iSCSI存储广域网系统的可用性进行了分析。分析表明，该系统具有较高的可用性。同传统的可用性分析方法相比，该方法通用性强，适用于任意结构类型的计算机系统。 5、设计实现了基于存储设备级的远程异步数据复制系统，实现了生产中心和容灾中心之间数据的一致性，保证了设备故障或者灾难发生后的数据可用性。该复制模块不占用主机系统资源，对上层的文件系统和应用程序透明，可以降低上层软件实现的复杂程度。