統(tǒng)一存儲技術(shù)進(jìn)展和組網(wǎng)方式探討

1、2011.10.06中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院第十七屆新技術(shù)論壇統(tǒng)一存儲技術(shù)進(jìn)展及組網(wǎng)方式探討第三設(shè)計(jì)研究所（安徽分院）馮淵博【摘要】：本文第一介紹了存儲技術(shù)技術(shù)，從存儲架構(gòu)、協(xié)議、通道技術(shù)和介質(zhì)四個角度論述。通過度析現(xiàn)有單一、孤立的SAN和NAS存儲架構(gòu)的缺點(diǎn)，提出統(tǒng)一存儲的必要性。而后，介紹了通過增加NAS機(jī)頭和專用統(tǒng)一存儲設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一存儲的方式，最后結(jié)合最新的技術(shù)進(jìn)展情形，提出了統(tǒng)一存儲的組網(wǎng)方案?！娟P(guān)鍵詞】：統(tǒng)一存儲IPSANNAS1概述隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)的加速進(jìn)展，數(shù)據(jù)量進(jìn)入了迅猛增加時期，尤其是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)量的快速增加，對存儲的性能、容量和功能等提出了更高的要求，而原先單一的SAN

2、或NAS已經(jīng)不能知足用戶多方面的存儲需求：iSCSISAN的顯現(xiàn)，慢慢排除FC與IP之間的隔膜。用戶對結(jié)構(gòu)化（塊數(shù)據(jù)）+非結(jié)構(gòu)化（文件）數(shù)據(jù)混合存儲的需求在增加。數(shù)據(jù)的高速增加，尤其是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的日趨飆升,不但對存儲的容量有了進(jìn)一步的需求，同時對存儲的性能和功能也提出了更高的要求，這使得原有的單一的SAN（存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）或NAS（網(wǎng)絡(luò)附加存儲）系統(tǒng)已經(jīng)不能全面知足用戶的需求。2存儲相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)存儲領(lǐng)域涵蓋眾多的技術(shù)和概念，體系架構(gòu)方面的NAS、DAS、SAN,通道技術(shù)方面的FC、IP、SCSI,存儲協(xié)議方面的NDMP、SCSI等。FCIPSCSI性能Performance 容量 capaci

3、tyNASDASSAN存畫辦議<>NDMPSCSIDAFS圖2-1存儲技術(shù)架構(gòu)圖21介質(zhì)技術(shù)硬盤通常分為ATA/IDE、SCSLFC、SATA、SAS五種類型，其中FC、SATA、SAS代表著以后的進(jìn)展方向。磁盤陣列是一種采納RAID技術(shù)、冗余技術(shù)和在線保護(hù)技術(shù)制造的一種高性能、高可用的磁盤存儲設(shè)備。RAID(RedundentArrayofInexpensiveDisks)廉價磁盤冗余陣列由美國加州伯克利分校的教授在1988年提出。傳統(tǒng)RAID的四種需求目標(biāo)一平安、經(jīng)濟(jì)、效率、擴(kuò)充。RAID技術(shù)將多個單獨(dú)的物理硬盤以不同的方式組合成一個邏輯硬盤，從而提高了硬盤的讀寫性能和數(shù)據(jù)平安

4、性。依照不同的組合方式能夠分為不同的RAID級別：表2-1RAID級別RAID0數(shù)據(jù)條帶化，無校驗(yàn)RAID1數(shù)據(jù)鏡像，無校驗(yàn)RAID2海明碼錯誤校驗(yàn)及校正RAID3數(shù)據(jù)條帶化讀寫，校驗(yàn)信息存放于專用硬盤RAID4單次寫數(shù)據(jù)采用單個硬盤，校驗(yàn)信息存放于專用硬盤RAID5數(shù)據(jù)條帶化，校驗(yàn)信息分布式存放RAID6數(shù)據(jù)條帶化，分布式校驗(yàn)并提供兩級冗余2.2 存儲協(xié)議SCSI(SmallComputerSystemInterface,小型運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)接口)是一種為小型機(jī)研制的接口技術(shù)，用于主機(jī)與外部設(shè)備之間的連接。第一代SCSI-1是在1979年由Shugart(希捷公司前身)制訂的，至今已經(jīng)進(jìn)展至SCS

5、I-3了。SCSI-3是所有存儲協(xié)議的基礎(chǔ)，其它存儲協(xié)議都用到SCSI的指令集。iSCSI技術(shù)是一種由IBM公司研究開發(fā)的，是一個供硬件設(shè)備利用的能夠在IP協(xié)議的上層運(yùn)行的SCSI指令集，這種指令集合能夠?qū)嵈丝蘄P網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行SCSI協(xié)議，使其能夠在諸如高速千兆以太網(wǎng)上進(jìn)行路由選擇。iSCSI技術(shù)是一種新貯存技術(shù)，該技術(shù)是將現(xiàn)有與以太網(wǎng)絡(luò)(Ethernet)技術(shù)結(jié)合，使效勞器可與利用IP網(wǎng)絡(luò)的貯存裝置互彼此換資料。2.3 體系架構(gòu)(1) DASDAS(DirectAttachedStorage直接附加存儲)是指將存儲設(shè)備通過SCSI線纜或光纖通道直接連接到效勞器上。(2) NASNAS(Netw

6、orkAttachedStorage網(wǎng)絡(luò)附加存儲)，是一種文件共享效勞。擁有自己的文件系統(tǒng)，通過NFS或CIFS對外提供文件訪問效勞。(3) SANSAN(StorageAeraNetwork)存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，是一種通過網(wǎng)絡(luò)方式連接存儲設(shè)備和應(yīng)用效勞器的存儲構(gòu)架，那個網(wǎng)絡(luò)專用于主機(jī)和存儲設(shè)備之間的訪問。當(dāng)有數(shù)據(jù)的存取需求時.，數(shù)據(jù)能夠通過存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)在效勞器和后臺存儲設(shè)備之間高速傳輸。SAN偏指計(jì)算平價和存儲平臺間采納數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳遞的網(wǎng)絡(luò)模型，而NAS狹義地概念計(jì)算平臺和存儲平臺間采納文件的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的網(wǎng)絡(luò)模型。SAN和NAS的區(qū)別在于傳遞的內(nèi)容是數(shù)據(jù)塊仍是文件，更全然上來講是文件系統(tǒng)所處

7、的位置。DAS塊焚煙I冷NASFCSWFvffl心屈短卡塊焚咽I冷1林從此-IP SAN塊焚吧IQIP 卜柜 twoik圖2-2不同存儲架構(gòu)的協(xié)議DAS是存儲設(shè)備與效勞器直連，其余都是基于網(wǎng)絡(luò)的。NAS是以文件為最小單位與效勞器之間進(jìn)行傳輸，SAN以塊為單位。FCSAN和IPSAN的要緊區(qū)別是傳輸通道和協(xié)議不同，前者是FCP,后者是iSCSI。2.4 通道技術(shù)(1) FC(光纖通道)光纖通道基于核心SCSI協(xié)議設(shè)計(jì)，光纖通道通過將并行接口轉(zhuǎn)換為串行接口極大的提高了SCSI的性能。FCSAN的顯現(xiàn)確實(shí)是將所有沒必要要的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(LAN/WAN)中分離出來，將信息網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng))集中

8、于其擅長的地方-為客戶機(jī)/效勞器和響應(yīng)前臺應(yīng)用請求效勞。SAN的角色在于幫忙傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不斷提高性能和知足最終用戶的需求。(2) IPIPSAN是采納iSCSI協(xié)議構(gòu)建的SAN存儲區(qū)域網(wǎng)。iSCSI基于的TCP/IP協(xié)議，它本身就運(yùn)行于以太網(wǎng)之上，因此能夠和現(xiàn)有的企業(yè)內(nèi)部以太網(wǎng)無縫結(jié)合。采納IPSAN的優(yōu)勢包括：沒有距離限制、靈活拓?fù)洹⒁子诶煤蛿U(kuò)展、10Gb局域網(wǎng)時期即將到來。3傳統(tǒng)存儲架構(gòu)存在的缺點(diǎn)但隨著業(yè)務(wù)的日趨復(fù)雜，為知足不同的應(yīng)用需要，企業(yè)往往必需別離建設(shè)利用不同傳輸方式的存儲系統(tǒng)，以致增加了治理上的麻煩，也增加了設(shè)備購買與保護(hù)方面的本錢。在一樣應(yīng)用環(huán)境中，像數(shù)據(jù)庫、ERP這種型的應(yīng)用程

9、序多半采納以塊(Block)為基礎(chǔ)的讀寫方式，在過去直接連接存儲(DirectAttachedStorage,DAS)時,期，是以本機(jī)中的磁盤驅(qū)動器，或是以直接連接本機(jī)的磁盤陣列來知足存儲需求。而在存儲網(wǎng)絡(luò)化的此刻，那么是以執(zhí)行塊存儲的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)為主。網(wǎng)絡(luò)存儲還有一大塊領(lǐng)域是在文件共享方面的需求。過去是采納文件效勞器來集中存儲共享的文件，客戶端那么透過CIFS或NFS協(xié)議來讀寫文件效勞器。但因文件效勞器不是為了應(yīng)付大量文件讀寫而設(shè)計(jì)，在大量客戶端同時讀寫的情形下表現(xiàn)不佳，因爾后來專門對網(wǎng)絡(luò)文件讀寫做了優(yōu)化的專用存儲應(yīng)用效勞器崛起后，就慢慢取代了文件效勞器的地位，也確實(shí)是網(wǎng)絡(luò)附加存儲

10、設(shè)備(NAS)。傳統(tǒng)存儲網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器郵件服務(wù)器Fibre ChanneliSCSI磁盤陣列磁盅陣列圖3-1傳統(tǒng)存儲網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對同時有文件與區(qū)塊讀寫需求的企業(yè)來講，就必需別離建置SAN與NAS,而這乂帶來各類副作用。過去的SAN多半是以價錢昂貴的光纖通道(FC)作為基礎(chǔ)，受限于光纖通道互換器與HBA卡的價錢，只能讓少數(shù)關(guān)鍵應(yīng)用的主機(jī)或效勞器接上SAN。后來顯現(xiàn)了以IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的IPSAN技術(shù)，可在現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行區(qū)塊讀寫，任何效勞器只要裝上以太網(wǎng)絡(luò)卡就能夠接上IPSAN,因此可將SAN的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到一樣非關(guān)鍵應(yīng)用的效勞器上，讓過去受限于本地端存儲設(shè)備的效勞器也能享受到存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的

11、優(yōu)勢。但受到IP網(wǎng)絡(luò)的帶寬限制,IPSAN的效能關(guān)于性能要求較高的關(guān)鍵應(yīng)用來講相當(dāng)不足，且與FCSAN之間不兼容，對用戶來講，除非只選擇其中之一，不然就必需別離購買專用設(shè)備。若是用戶在SAN的區(qū)塊讀寫外還有文件共享的需求，盡管IPSAN與NAS采納的協(xié)議都是以IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，傳輸?shù)慕橘|(zhì)實(shí)體都是相同的以太網(wǎng)絡(luò)，但因讀寫方式的不同，IPSAN的存儲設(shè)備并非能看成NAS利用，反之亦然，因此用戶必需別離購買SAN與NAS存儲設(shè)備，才能同時知足區(qū)塊與文件讀寫要求，以致提高了建置本錢，增加了空間要求與耗電量。4統(tǒng)一存儲實(shí)現(xiàn)方式統(tǒng)一存儲指的是一種網(wǎng)絡(luò)存儲架構(gòu)，它既支持基于文件的NAS存儲，乂支持基于塊的SA

12、N存儲。這種多協(xié)議系統(tǒng)能夠通過IP或光纖通道(FC)連接至效勞器。在統(tǒng)一存儲系統(tǒng)中，塊訪問通過光纖通道或基于以太網(wǎng)的iSCSI等接口來實(shí)現(xiàn)；文件訪問是指利用基于以太網(wǎng)的CIFS或NFS訪問存儲系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)。統(tǒng)一存儲概念里要求實(shí)行統(tǒng)一治理，即一個存儲系統(tǒng)要同時治理塊數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù)。(1)傳統(tǒng)SAN增力口NAS機(jī)頭關(guān)于傳統(tǒng)SAN環(huán)境，需要提供文件存儲需求時，能夠通過增加NAS機(jī)頭方式，實(shí)現(xiàn)對文件存儲和共享的支持，從而達(dá)到存儲資源的分派。NAS機(jī)頭其要緊作用是充當(dāng)NAS效勞器提供NAS的文件級效勞，同時，還能夠提供IP通道向FC通道的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。諾然存年的空中活存*山僉存儲費(fèi)用地之片若圖4-1

13、通過增加NAS機(jī)頭實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一存儲(2)利用統(tǒng)一存儲設(shè)備通過一臺存儲設(shè)備實(shí)現(xiàn)對塊和文件數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲，例如EMC的VNX系列盤陣、IBM的XIV系列盤陣、HP的3PAR系列盤陣都具有統(tǒng)一存儲功能。咳決皿統(tǒng)一存慵設(shè)備（文件和快統(tǒng)一存悌設(shè)備實(shí)現(xiàn)NAS和SAN的抗一）圖4-2通過專用統(tǒng)一存儲設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一存儲統(tǒng)一存儲設(shè)備能以單一系統(tǒng)同時知足不同類型的存儲要求，但如此的解決方案可能將帶來其他問題。由于統(tǒng)一存儲設(shè)備上同時存在了不同型態(tài)存儲方式的磁盤區(qū)，因此如安在不同磁盤區(qū)間調(diào)配資源，就成為一個問題。另外由于統(tǒng)一存儲設(shè)備可身兼數(shù)職，一旦故障，造成的阻礙也更大，故靠得住性也是不能忽略的考慮。另外統(tǒng)一存儲設(shè)備還必需

14、具有足夠的性能與容量擴(kuò)充性，才能知足以單一系統(tǒng)同時取代過去別離由多套不同系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的存儲任務(wù)。5構(gòu)建統(tǒng)一存儲網(wǎng)絡(luò)隨著萬兆以太網(wǎng)技術(shù)的普及和應(yīng)用，IPSAN的性能取得了提升和保障，這為構(gòu)建統(tǒng)一的存儲網(wǎng)絡(luò)提供了基礎(chǔ)。可是，畢竟IPSAN是一項(xiàng)新興技術(shù)，當(dāng)前眾多的面向OLTP的實(shí)時應(yīng)用仍是建設(shè)了FCSAN存儲網(wǎng)絡(luò)。在構(gòu)建統(tǒng)一存儲網(wǎng)絡(luò)中，需要考慮對現(xiàn)有FCSAN的支持。關(guān)于面向文件的應(yīng)用，IO帶寬高，靠得住性和可用性要求不高，需要統(tǒng)一存儲網(wǎng)絡(luò)提供NAS存儲效勞，能夠知足這種業(yè)務(wù)文件的存取需求?？刃闹獧C(jī)茯心女機(jī)高端格盤中低端法盤統(tǒng)一存幃樓戌圖5-1統(tǒng)一存儲組網(wǎng)關(guān)于塊存儲需求,過渡時期通過已有的FCSAN網(wǎng)絡(luò)知足，后期隨著IPSAN技術(shù)的普及，能夠過渡到IPSAN與FCSAN共存的時期，最終實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)PSAN。關(guān)于文件存儲，通過部署集中的NAS效勞器，獨(dú)立與磁盤陣列，實(shí)現(xiàn)對所有NAS存儲資源的統(tǒng)一分派和治理。磁盤陣列、NAS效勞器、SANIP互換機(jī)、核心互換機(jī)之間全數(shù)通過10G以太網(wǎng)互聯(lián)。6小結(jié)本文從存儲設(shè)備和技術(shù)動身，結(jié)合應(yīng)用需求，提出統(tǒng)一存儲的兩種實(shí)現(xiàn)方式,最后給出統(tǒng)一存儲的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)建議。統(tǒng)一存儲僅僅是構(gòu)建高