skysan培訓教材-存儲協(xié)議

SkySan存儲培訓教材———存儲協(xié)議

學習目標

了解各種存儲協(xié)議了解各種存儲協(xié)議的主要區(qū)別iSCSI協(xié)議是存儲未來的發(fā)展之路123各種存儲協(xié)議簡介主機適配器SCSIID7SCSI總線SCSI陣列ID0SCSI陣列ID5LUN0LUN1LUN2LUN0LUN1數(shù)據(jù)/地址總線控制信號常見SCSI接口有50、68、80針SCSI（SmallComputerSystemInterface，小型計算機系統(tǒng)接口）是一種為小型機研制的接口技術，用于主機與外部設備之間的連接。SCSI的定義SCSI-3是所有存儲協(xié)議的基礎，其它存儲協(xié)議都用到SCSI的指令集SCSI-11986年ANSI標準，采納了SASI接口（1979）；定義了硬盤、磁帶和其它存儲設備的物理接口、傳輸協(xié)議和標準指令集；SCSI-21994年ANSI標準，SCSI-1的后續(xù)接口；提高了速度和總線帶寬，支持多線程指令，增加了更多存儲設備類型指令集；SCSI-3更高的速度類型：Ultra-2/Ultra-160/Ultra-320；物理接口、傳輸協(xié)議和SCSI指令集分層。SCSI歷史SCSI架構模型特定設備指令集：包括磁盤設備的“SCSI塊指令(SCSIBlockCommands)”等基礎指令集：所有SCSI設備都必須實現(xiàn)的“基礎指令(SCSIPrimaryCommands)”SCSI傳輸協(xié)議：譬如iSCSI，F(xiàn)CP物理連接：譬如光纖通道，internet架構模型：定義了SCSI系統(tǒng)模型和各單元的功能分工特定設備指令集基礎指令集SCSI傳輸協(xié)議物理連接架構模型SCSI標準框架BlockCommands

(e.g.,diskdrive)

(SBC,SBC-2)

ReducedBlockCommands(e.g.,diskdrive)

(RBC)

StreamCommands(e.g.,tapedrive)(SSC,SSC-2,SSC-3)

MediaChangerCommands(e.g.,jukebox)

(SMC,SMC-2)Multi-MediaCommands(e.g.,DVD)(MMC,MMC-2,MMC-3,MMC-4)ControllerCommands(e.g.,RAID)

(SCC-2)Object-BasedStorageDevice

(OSD)Management

ServerCommands

(MSC)PrimaryCommands(foralldevices)

(SPC,SPC-2,SPC-3)ArchitectureModel(SAM,SAM-2,SAM-3)SCSI

ParallelInterface

(SPI-2,SPI-3,

SPI-4,SPI-5Relatedstandardsandtechnicalreports(SDV,PIP,SSM,SSM-2,EPI)SerialBusProtocol

(SBP-2,SBP-3)IEEE1394FibreChannelProtocol(FCP,FCP-2,FCP-3)FibreChannel(FC)SSASCSI-3Protocol

(SSA-S3P)SSA-TL2SSA-PH1orSSA-PH2SCSIRDMAProtocol(SRP,SRP-2)InfiniBand(tm)iSCSIInternetSerialAttachedSCSI

(SAS,SAS-1.1)EnclosureServices(SES,SES-2)特定設備指令集共享指令集架構模型傳輸協(xié)議物理接口SCSI-3物理接口SCSI-3

ClassDriver

(TapeDeviceDriver)

SCSI-3

ClassDriver

(DiskDeviceDriver)

Interface-IndependentSoftwareProgrammingInterface(MiniportInterface,CAM,ASPI,IO)SCSI-3FCP

PortDriverSCSI-3Parallel

PortDriveriSCSIIP

PortDriverSAS

PortDriverSCSISerialBusProtocol(SBP-2)

PortDriverFibreChannel

PortSCSIParallel

PortEthernet

PortSASSerial

PortIEEE-1394(Firewire)PortFibreChannel

PhysicalI/FSCSIBUS

Fast/Wide/Ultra/etc.EthernetSerialAttachedSCSI

PhysicalI/FFireWire

PhysicalI/FInitiatorI/OSystem物理接口SCSI應用SCSI傳輸協(xié)議SCSI物理連接SCSI應用SCSI傳輸協(xié)議SCSI物理連接Initiator設備Target設備互連協(xié)議應用協(xié)議傳輸協(xié)議傳輸服務接口互連服務接口應用層傳輸協(xié)議層互連層SCSI發(fā)起端-目標器模型

特點描述優(yōu)點與主機無關工作在邏輯層而不是在設備層：支持數(shù)據(jù)塊類型的邏輯地址；數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位進行傳送；采用通用指令集取代了專用的控制線多設備并行具有總線仲裁、設備選擇功能，設備與設備、設備與主機之間是一種雙向對等關系，不是主從關系；對多任務操作系統(tǒng)如Unix、Linux、WindowsNT，可以獲得更高性能高帶寬目前最快可以提供320MB/s的帶寬低系統(tǒng)開銷具有獨立處理芯片，占用CPU資源的比例相當小缺點單I/O控制器兩個和多個I/O控制器無法共享一條SCSI總線，不能實現(xiàn)多鏈路聚合，存在單一故障點地址短缺SCSI總線地址只有8或16個，無法接入更多的設備傳輸距離短單端SCSI傳輸距離6米，差分SCSI傳輸距離25米。所有連接設備只能放在統(tǒng)一地點SCSI的特點SCSI允許連接設備數(shù)量較少SCSI連接設備距離非常有限

？基于網(wǎng)絡的SCSIFCSANIPSANFCPiSCSI如何解決基于網(wǎng)絡的SCSI公共服務傳輸協(xié)議（編/解碼）信號協(xié)議和連接服務介質和接口FC-1代碼層FC-0物理層FC-2協(xié)議層FC-3服務層FC-4映射層IPI3SCSIHIPPIIPSBCCS802.2ATM通道網(wǎng)絡光纖通道是構建FCSAN的基礎，是FCSAN系統(tǒng)的硬件接口和通信接口。FC可以通過構建幀來傳輸SCSI的指令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息單元。FC（光纖通道）FC的三種拓撲結構點對點只能連接2個設備(直接連接)交換式Fabric最多支持1千6百萬個設備(光纖通道交換機)ArbitratedLoop

(仲裁環(huán))最多支持126個設備(光纖集線器)普及!Fabric節(jié)點N_PortF_PortF_PortE_PortE_PortFL_Port

節(jié)點N_Port交換機2交換機1

節(jié)點NL_Port

節(jié)點NL_PortG_PortFC端口類型服務器或存儲設備：N端口NL端口FC交換機：F端口FL端口E端口G端口FC特點不足構建維護成本高，時間長互操作性不強，F(xiàn)C協(xié)議具體實現(xiàn)上各個廠商有所不同F(xiàn)CSAN缺少統(tǒng)一管理標準FC理論上最長傳輸距離10公里左右，在互聯(lián)網(wǎng)存儲應用中會形成信息孤島優(yōu)勢連接設備比SCSI多高帶寬，低時延實現(xiàn)光纖和銅纜的無縫連接

連接距離遠遠超出并行SCSI存儲設備SCSI應用（文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫）SCSI塊指令SCSI流指令其他SCSI指令SCSI指令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)iSCSITCPIP以太網(wǎng)等iSCSI協(xié)議棧iSCSI（InternetSCSI）把SCSI命令和塊狀數(shù)據(jù)封裝在TCP中在IP網(wǎng)絡中傳輸iSCSI作為SCSI的傳輸層協(xié)議，基本出發(fā)點是利用成熟的IP網(wǎng)絡技術來實現(xiàn)和延伸SANiSCSIiSCSI發(fā)起端-目標器模型發(fā)起端（Initiator）SCSI層負責生成CDB（命令描述符塊），將CDB傳給iSCSIiSCSI層負責生成iSCSIPDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元），并通過IP網(wǎng)絡將PDU發(fā)給target目標器（Target）iSCSI層收到PDU，將CDB傳給SCSI層SCSI層負責解釋CDB的意義。必要時發(fā)送響應iSCSITCPSCSIIPLinkiSCSITCPSCSIIPLinkInitiatorTargetiSCSI的報文格式以太網(wǎng)頭(14)IP頭(20)TCP頭(20)iSCSI（TCP數(shù)據(jù)）FCS源端口目的端口序列號確認號首部長度保留APRSF窗口大小校驗和緊急指針基本報頭段(BHS，48字節(jié))附加報頭段（若有）頭部校驗（若有）數(shù)據(jù)段（若有）數(shù)據(jù)校驗（若有）UiSCSI優(yōu)點高可靠高擴展良好的標準化易管理，IP技術成熟，具備IP知識的專業(yè)技術人員多很低的安裝成本和維護費用：建立在TCP/IP上減少了異構網(wǎng)絡和電纜：不需要特殊的FC交換機無距離限制，遠程存儲：異地數(shù)據(jù)交換、備份及容災靈活的安全性和QoS保證FCSAN孤島如何連接，并跨越WAN？通過IP網(wǎng)絡隧道方案FCP路由方案FCIPiFCPFCSAN的連接應用場合兩個FCSAN孤島通過IP連接成一個大的FCSAN特點基于IP的FC隧道協(xié)議，將FC幀封裝在TCP/IP上FCIP連接對IP網(wǎng)絡是透明的，整個傳輸中只有FCIP網(wǎng)關需要知道FCIP的封裝FCIP報文IP頭TCP頭TCP數(shù)據(jù)FCSSOFFC幀頭SCSI數(shù)據(jù)CRCEOFFCIP頭封裝FCIP（FCoverIP）應用場合光纖通道設備（無FC交換機）將該設備直接連接到IP網(wǎng)絡上特點FC消息和路由服務在iFCP網(wǎng)關處終結。網(wǎng)關將每個FC地址映射到一個IP地址具有故障隔離功能部署時需要iSNS服務器（通常集成在iFCP網(wǎng)關上）iFCP報文IP頭TCP頭FCSSOFFC幀頭SCSI數(shù)據(jù)CRCEOFiFCP頭映射FC地址映射到IP地址iFCP(InternetFC)FCIPFCIP隧道iFCPiFCP多個SANFabric單個SANFabricFCIP和iFCP比較Ethernet頭IP頭TCPFCIP頭SOFFC幀頭Payload:SCSICommandinIUCRCEOFFCSFCIPSOFFC幀頭Payload:SCSICommandinIUCRCEOFSCSI-FCPEthernet頭IP頭TCPiFCP頭SOFFC幀頭Payload:SCSICommandinIUCRCEOFFCSiFCPEthernet頭IP頭TCPiSCSI頭FC幀頭Payload:SCSICommandinIUFCSiSCSI幾種存儲協(xié)議報文結構比較iSNS，即Internet存儲名稱服務，將光纖通道的即插即用功能引入到IP存儲網(wǎng)絡中，可以容易地在TCP/IP網(wǎng)絡上實現(xiàn)iSCSI和光纖通道設備的自動發(fā)現(xiàn)、管理和配置。存儲資源發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)域和登錄控制服務狀態(tài)變化通知服務光纖通道和iSCSI設備開放映射iSNS主要功能iSNS協(xié)議iSNS客戶機iSNS服務器iSNS數(shù)據(jù)庫iSNS組成結構iSNS其它存儲協(xié)議？InfiniBandAoE……其它存儲協(xié)議InfiniBand誕生背景傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)以計算節(jié)點為核心，性能差，結構復雜，擴展能力差需要一種開放、高帶寬、低延遲、高可靠以及滿足集群無限擴展能力的以交換為核心的體系架構InfiniBand應運而生磁帶庫FC磁盤陣列以太網(wǎng)交換機管理LAN服務器集群InfiniBand交換機光纖通道交換機磁帶庫以太網(wǎng)交換機管理LAN服務器集群FC磁盤陣列InfiniBand發(fā)展歷程：兩次浪潮1999首次提出2004年調(diào)整定位得到主流服務器生產(chǎn)鏈上廠商的一致追捧，但由于協(xié)議、軟件支持、最初定位問題等，導致應用受到限制，包括Intel等廠商一度撤出投資調(diào)整定位于存儲網(wǎng)絡、計算網(wǎng)絡的應用，軟件方面成立開源的OpenIB組織，甚至推出了IPoverInfiniBand的協(xié)議轉換，InfiniBand又開始得到歡迎InfiniBand體系架構InfiniBand標準定義了一套用于系統(tǒng)通信的多種設備，包括信道適配器、交換機和路由器信道適配器用于同其它設備的連接，包括主機信道適配器（HCA）和目標信道適配器（TCA）交換機是InfiniBand結構中的基本組件點到點的交換結構：解決了共享總線、容錯性和可擴展性問題具有物理層低功耗特點和箱外帶寬連接能力CPU鏈路網(wǎng)絡鏈路鏈路鏈路鏈路目標TCA交換機內(nèi)存

控制器系統(tǒng)

內(nèi)存主機內(nèi)部互聯(lián)CPUTCA目標HCAxCA路由器xCA路由器CPUxCA=HCA或TCAInfiniBand協(xié)議分層結構物理層：定義了多種速率的連接，目前已有產(chǎn)品信號傳輸速率最高達60Gb/s鏈路層：鏈路層與傳輸層處在IBA的核心位置。提供了局部子系統(tǒng)中的信息包設計、點到點連接操作以及包交換等功能網(wǎng)絡層：提供了信息包從一個子結構到另外一個子結構的路由機制傳輸層：傳輸層主要負責信息包的按序分發(fā)、分割、通道多路技術以及傳輸服務等；也負責處理數(shù)據(jù)包分段的發(fā)送、接收和重組物理層鏈路層網(wǎng)絡層傳輸層應用層5層結構基于標準的協(xié)議由InfiniBandTradeAssociation共同設計了該開放標準高速度目前Infiniband主流技術為DDR技術，所支持的吞吐量為5、20或60Gbps。下一代采用QDR，帶寬最高可達120Gbps遠