存儲網絡技術與應用

存儲網絡技術與應用第一頁，共四十六頁，2022年，8月28日學習完本章節(jié)后，您將能夠：

熟悉存儲系統(tǒng)基本構成和各組件功能熟悉FC-SAN和IP-SAN關鍵技術和基礎知識

熟悉NAS系統(tǒng)基本結構和相關概念熟悉多路徑技術和主機連接相關基礎技術和應用掌握存儲系統(tǒng)與網絡技術，具備典型存儲網絡規(guī)劃與部署的技術能力目標第二頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網絡的產生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術FC-SAN技術IP-SAN技術FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術主機多路徑技術FC交換機/HBA卡/光纖第三頁，共四十六頁，2022年，8月28日存儲遇到的問題在存儲網絡出現(xiàn)之前，存儲遇到的問題：硬盤成為整個系統(tǒng)的性能瓶頸有限的硬盤槽位，難以滿足大容量需求單個硬盤存放數(shù)據，數(shù)據可靠性難以保證存儲空間利用率低本地存儲，數(shù)據分散，難以共享可擴展性不夠總線結構，而非網絡結構可連接的設備受到限制，增加容量時，需停機傳統(tǒng)內置存儲接口接口接口處理器硬盤內存硬盤第四頁，共四十六頁，2022年，8月28日存儲網絡出現(xiàn)與發(fā)展第五頁，共四十六頁，2022年，8月28日存儲網絡形態(tài)存儲網絡幾種常見類型DAS(DirectAttachedStorage)NAS(NetworkAttachedStorage）SAN(StorageAreaNetwork)第六頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網絡的產生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術FC-SAN技術IP-SAN技術FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術主機多路徑技術FC交換機/HBA卡/光纖第七頁，共四十六頁，2022年，8月28日存儲系統(tǒng)基本組成存儲軟件存儲管理軟件（ISM）快照、鏡像軟件備份軟件存儲硬件外置存儲系統(tǒng)磁盤陣列NAS磁帶庫虛擬磁帶庫存儲連接設備FC

HBA卡FC交換機以太網交換機連接線纜存儲方案備份、容災第八頁，共四十六頁，2022年，8月28日SCSI協(xié)議與存儲系統(tǒng)SCSI協(xié)議是主機與磁盤通信的基本協(xié)議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。主機適配器SCSIID7SCSI總線SCSI陣列ID0SCSI陣列ID5LUN0LUN1LUN2LUN0LUN1數(shù)據/地址總線控制信號第九頁，共四十六頁，2022年，8月28日SCSI協(xié)議的常見類型接口模式傳輸率（MB/s）數(shù)據頻寬（bits）可連接設備數(shù)SCSI-1588SCSI-21088SCSI-32088Ultra-160SCSI401616Ultra-320SCSI3201616Ultra-640SCSI6401616第十頁，共四十六頁，2022年，8月28日SCSI的控制器接口和電纜第十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網絡的產生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術FC-SAN技術IP-SAN技術FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術主機多路徑技術FC交換機/HBA卡/光纖第十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC-SAN典型組網FC－SAN典型組網方式有以下幾種：應用服務器光纖卡存儲設備應用服務器應用服務器應用服務器應用服務器光纖交換機光纖交換機光纖交換機存儲設備存儲設備直連單交換雙交換第十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC-SAN的組件服務器FCHBA接口卡存儲設備LAN用戶A用戶B服務器FCHBA接口卡存儲設備光纖通道光纖網絡第十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC拓撲結構與應用點對點只能連接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127個設備(光纖集線器)普及!第十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC協(xié)議簡介FC-0：物理層，定制了不同介質，傳輸距離，信號機制標準，也定義了光纖和銅線接口以及電纜指標；FC-1：定義編碼和解碼的標準；FC-2：定義了幀、流控制、和服務質量等；FC-3：定義了常用服務，如數(shù)據加密和壓縮；FC協(xié)議FC-4：協(xié)議映射層，定義了光纖通道和上層應用之間的接口，上層應用比如：串行SCSI協(xié)議，HBA的驅動提供了FC-4的接口函數(shù)，F(xiàn)C-4支持多協(xié)議，如：FCP-SCSI，F(xiàn)C-IP，F(xiàn)C-VI。第十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC與SCSI協(xié)議FC與SCSI協(xié)議的關系FC通道并不是SCSI的替代，F(xiàn)C可以通過構建幀來傳輸SCSI的指令、數(shù)據和狀態(tài)信息單元。SCSI是位于光纖通道協(xié)議棧FC4的上層協(xié)議，SCSI是FC協(xié)議的子集。第十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網絡的產生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術FC-SAN技術IP-SAN技術FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術主機多路徑技術FC交換機/HBA卡/光纖第十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日IP-SAN典型組網IP－SAN典型的組網方式有以下幾種：應用服務器以太網卡存儲設備應用服務器應用服務器應用服務器以太網交換機存儲設備存儲設備直連單交換雙交換以太網交換機應用服務器以太網交換機第十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日IP-SAN的組件服務器iSCSIHBA卡iSCSI存儲設備LAN用戶A用戶B服務器以太網卡iSCSI存儲設備以太網卡以太網卡第二十頁，共四十六頁，2022年，8月28日iSCSI連接方式硬件TOE網卡+initiator軟件方式以太網卡+Initiator軟件方式

iSCSIHBA卡實現(xiàn)方式IP-SAN根據主機與存儲的連接方式不同，可以分為三種第二十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日iSCSI協(xié)議SCSI應用（文件系統(tǒng)、數(shù)據庫）SCSI塊指令SCSI流指令其他SCSI指令SCSI指令、數(shù)據和狀態(tài)iSCSITCPIP物理層(以太網)iSCSI協(xié)議棧iSCSI（InternetSCSI）把SCSI命令和塊狀數(shù)據封裝在TCP中在IP網絡中傳輸，基本出發(fā)點是利用成熟的IP網絡技術來實現(xiàn)和延伸SAN；第二十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日發(fā)起端與目標端發(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)據單元），并通過IP網絡將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iSCSIInitiatorTargetiSCSITCPIPLink第二十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網絡的產生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術FC-SAN技術IP-SAN技術FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術主機多路徑技術FC交換機/HBA卡/光纖第二十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC-SAN與IP-SAN比較描述FC－SANIP－SAN網絡速度1Gb、2Gb、4Gb、8Gb1Gb、10Gb網絡架構單獨建設光纖網絡和HBA卡使用現(xiàn)有IP網絡傳輸距離受到光纖傳輸距離的限制理論上沒有距離限制管理、維護技術和管理較復雜與IP設備一樣操作簡單兼容性兼容性差與所有IP網絡設備都兼容性能非常高的傳輸和讀寫性能目前主流1Gb，10Gb正在發(fā)展成本購買（光纖交換機、HBA卡、光纖磁盤陣列等）、維護（培訓人員、系統(tǒng)設置與監(jiān)測等）成本高與FC－SAN相比，購買與維護成本都較低，有更高的投資收益比例容災容災的硬件、軟件成本高本身可以實現(xiàn)本地和異地容災，且成本低安全性較高較低第二十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC-SAN與IP-SAN在產品上的融合如磁盤陣列上控制器上即包含F(xiàn)C端口、又包含iSCSI口，能同時滿足FC-SAN的組網需求，也能滿足IP-SAN的組網需求，這是不完全的融合。S5000T第二十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC-SAN與IP-SAN解決方案的融合校園網服務器用戶群Secoway防火墻FC交換機FC交換機IP交換機LANIP連接FC連接OceanStorN8000IP交換機應用服務器群第二十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC-SAN與IP-SAN融合－協(xié)議融合目前FC與TCP/IP協(xié)議的真正融合主要有兩種趨勢：TCP/IP網絡承載FC信道iFCPFCIPFCOE以FC信道承載TCP/IP數(shù)據IPFC

從現(xiàn)有的情況來看，以太網技術和FC技術都在飛速發(fā)展，IP-SAN和FC-SAN會在很長的一段時間內都將是并存且互為補充的。第二十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網絡的產生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術FC-SAN技術IP-SAN技術FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術主機多路徑技術FC交換機/HBA卡/光纖第二十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日NAS的產生與發(fā)展非結構化數(shù)據的需求

共享的需求成本的需求擴展性的需求支持協(xié)議的需求支持業(yè)務類型的需求（隨機高并發(fā)小IO）Linux/Unix用戶Windows用戶文件服務器應用服務器NAS存儲設備TCP/IP網絡NFS協(xié)議CIFS協(xié)議第三十頁，共四十六頁，2022年，8月28日NAS的硬件結構處理器內存網絡接口磁盤陣列接口（FC）PCI總線……NAS控制器存儲子系統(tǒng)NAS設備客戶機客戶機……100/1000/10000Mb/s第三十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日NAS文件傳輸協(xié)議控制器微碼RAID軟件NAS文件系統(tǒng)NTFS或FAT32文件系統(tǒng)，Windows計算機UFS文件系統(tǒng)，UNIX工作站UFS文件系統(tǒng)，UNIX工作站NTFS或FAT32文件系統(tǒng)，Windows計算機NTFS或FAT32文件系統(tǒng)，Windows計算機CIFS或NFS協(xié)議NAS設備TCP/IP微內核操作系統(tǒng)CIFS或NFS協(xié)議CIFS或NFS協(xié)議第三十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日NAS與SAN比較描述SANNAS適用場景普通SAN存儲的應用，基于數(shù)據塊適用于非結構化數(shù)據（如文件、語音、圖象等數(shù)據）的存儲，對性能和可擴展性要求高的應用支持協(xié)議FC，iSCSINFS，CIFS，F(xiàn)TP，HTTP擴展性擴容通常需要新增存儲，成本較高擴容通過在線添加引擎和后端存儲單元，形成一個整體的存儲池，進行空間分配數(shù)據共享不支持數(shù)據共享對業(yè)務服務器實現(xiàn)數(shù)據共享，同一文件被多服務器同時訪問組網方式在現(xiàn)有的以太網基礎上新建光纖網絡，組網方式較復雜直接在現(xiàn)有的以太網上接入就可，組網簡單建設成本新增服務器，需要昂貴的HBA卡和光纖交換機，成本較高通過現(xiàn)有GE網絡即可訪問存儲資源，成本較低第三十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網絡的產生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術FC-SAN技術IP-SAN技術FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術主機多路徑技術FC交換機/HBA卡/光纖第三十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日多路徑的可靠性沒有多路徑軟件會有以下問題存在的：混淆–操作系統(tǒng)看到幾倍真實數(shù)量的磁盤沒有冗余–沒有多路徑切換軟件，操作系統(tǒng)將不知道何時它該使用多余的路徑危險–多路徑導致操作系統(tǒng)認為看到的多份磁盤是獨立的，這將導致數(shù)據毀壞或IO錯誤左圖中沒有使用多路徑，右圖為使用多路徑后LUN磁盤驅動LUNLUNLUN

虛擬LUN多路徑驅動磁盤驅動第三十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日多路徑failover技術A控制器LUN2LUN1HBA1HBA2LUN3LUN3B控制器存儲設備Failover功能Failover功能當主路徑出現(xiàn)故障后自動將業(yè)務路徑切換到備用路徑上，避免了因單點故障而造成的業(yè)務中斷。物理路徑I/O路徑第三十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日多路徑failback技術Failback功能當主路徑的故障解除或修復后自動的將I/O傳輸路徑從從路徑切換回主路徑上。A控制器LUN2LUN1HBA1HBA2LUN3LUN3B控制器存儲設備Failback功能物理路徑I/O路徑第三十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網絡的產生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術FC-SAN技術IP-SAN技術FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術主機多路徑技術FC交換機/HBA卡/光纖第三十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC交換機相關概念光纖通道交換機，它使用光纖網絡路由直接連接的方式，發(fā)起者和目標設備可以通過光纖通道交換機中的路由軟件建立直接的連接以獨享光纖的所有帶寬。與以太網交換機相比，一個用于構建光纖網絡，一個用于構建以太網絡；光纖交換機中使用的是FC協(xié)議，以太網交換機使用的是TCP/IP協(xié)議。光纖通道交換機第三十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC交換機端口節(jié)點N_PortF_PortF_PortE_PortE_PortFL_Port

節(jié)點N_PortFC交換機2FC交換機

節(jié)點NL_Port

節(jié)點NL_PortG_PortFL_PortFL_PortFL_PortFC集線器第四十頁，共四十六頁，2022年，8月28日GBIC封裝FC交換機模塊常見的纖連接器FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType常見的光模塊SFP封裝SFP封裝第四十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日光纖基礎知識纖芯core：折射率較高，用來傳送光；包層coating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件；保護套jacket：強度大，能承受較大沖擊，保護光纖。纖芯包層保護套光纖結構示意圖光纖實物圖第四十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日常見的光纖連接介質介質類型發(fā)射器速率距離9μm單模光纖1550nm長波光激光器1Gb/s2m－50Km2Gb/s2m－50Km1300nm長波光激光器1Gb/s2m－10Km2Gb/s2m－2Km4Gb/s2m－2Km50μm多模光纖850nm短波光激光器1Gb/s0.5m-500m2Gb/s0.5m-300m4Gb/s0.5m-170m