HC120920001 HCNP2.0-Storage 第一章-統(tǒng)一存儲(chǔ)系統(tǒng)概述

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統(tǒng)一存儲(chǔ)系統(tǒng)概述目標(biāo)學(xué)完本課程后，您將能夠:熟悉SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本構(gòu)架熟悉SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)的協(xié)議熟悉NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本構(gòu)架熟悉NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)的協(xié)議目錄SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議SAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)LAN陣列1陣列2陣列3陣列4陣列5陣列6ETHSwitchFCSwitchUsersSANSAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的硬件組件SAN主機(jī)總線適配器交換機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備SAN的I/O處理流程（以FC-SAN為例）應(yīng)用程序讀/寫請(qǐng)求使用SAN的應(yīng)用程序I/O請(qǐng)求操作系統(tǒng)SCSI命令數(shù)據(jù)塊I/O請(qǐng)求光纖通道數(shù)據(jù)幀光纖通道交換機(jī)光纖網(wǎng)數(shù)據(jù)路徑SCSI讀/寫存儲(chǔ)陣列的基本架構(gòu)SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)模塊控制模塊電源模塊BBU模塊風(fēng)扇模塊接口模塊機(jī)箱SAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)通過(guò)引入虛擬化，達(dá)到自我優(yōu)化的效果.組網(wǎng)更加靈活提高SAN的智能性.與NAS融合，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)虛擬化自動(dòng)部署UnifiedFabric.SAN和NAS融合.目錄磁盤陣列結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議2.1SCSI協(xié)議2.2FC協(xié)議2.3SAS協(xié)議2.4iSCSI協(xié)議NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議SCSI協(xié)議基礎(chǔ)SCSI:小型計(jì)算機(jī)接口（SmallComputerSystemInterface）SCSI協(xié)議本質(zhì)上同傳輸介質(zhì)無(wú)關(guān)，SCSI可以在多種介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)，甚至是虛擬介質(zhì)；目前最重要的存儲(chǔ)協(xié)議；目前已發(fā)展到SCSI-3。SCSI的發(fā)展歷程SCSI-3SCSI-2SCSI-11983-1985推出支持異步和同步支持7個(gè)8bit設(shè)備最大速度5MBps50pin數(shù)據(jù)線6m距離已經(jīng)淘汰SCSI-11988-1994推出兼容SCSI-1支持16bit寬帶最大速度16MBps還在使用SCSI-21993年成為標(biāo)準(zhǔn)兼容SCSI-2/SCSI-1真正成為了一個(gè)體系結(jié)構(gòu)支持FCP/IEEE1394等多種介質(zhì)SCSI-3SCSI的發(fā)展歷程SCSI-3SCSI-2SCSI-11983-1985推出支持異步和同步支持7個(gè)8bit設(shè)備最大速度5MBps50pin數(shù)據(jù)線6m距離已經(jīng)淘汰SCSI-11988-1994推出兼容SCSI-1支持16bit寬帶最大速度16MBps還在使用SCSI-21993年成為標(biāo)準(zhǔn)兼容SCSI-2/SCSI-1真正成為了一個(gè)體系結(jié)構(gòu)支持FCP/IEEE1394等多種介質(zhì)SCSI-3SCSI-3接口規(guī)格：規(guī)格別名規(guī)范文件接口數(shù)據(jù)包

(bits)頻率各種極限帶寬(MB/s)帶寬(Mbit/s)設(shè)備數(shù)UltraSCSIFast-20SCSI-3SPIIDC50820

MHz20MB/s160Mbit/s8-4(HVD:8)UltraWideSCSISCSI-3SPI68-pin1620

MHz40MB/s320Mbit/s8-4(HVD:16)Ultra2SCSIFast-40SCSI-3SPI-2(1997)50-pin840

MHz40MB/s320Mbit/s8Ultra2WideSCSISCSI-3SPI-268-pin;80-pin(SCA/SCA-2)1640

MHz80MB/s640Mbit/s16Ultra3SCSIUltra-160;Fast-80wideSCSI-3SPI-3(1999)68-pin;80-pin(SCA/SCA-2)1640

MHzDDR160MB/s1280Mbit/s16Ultra-320SCSIUltra-4SCSIorFast-160SCSISCSI-3(2002)68-pin;80-pin(SCA/SCA-2)1680

MHzDDR320MB/s2560Mbit/s16Ultra-640SCSIUltra-5;SCSI-3(2003)68-pin;80-pin16160

MHzDDR640MB/s5120Mbit/s16InterfaceAlternative

namesWidth

(bits)ClockMaximumThroughput(MB/s)Throughput(Mbit/s)DevicesSSASerialStorageArchitecture1200

MHz40MB/s320Mbit/s96SSA401400

MHz80MB/s640Mbit/s96FibreChannel1Gbit1GFC11

GHz100MB/s800Mbit/s127(FC-AL)/224(FC-SW)FibreChannel2Gbit2GFC12

GHz200MB/s1600Mbit/s127/224FibreChannel4Gbit4GFC14

GHz400MB/s3200Mbit/s127/224FibreChannel8Gbit8GFC18

GHz800MB/s6400Mbit/s127/224FibreChannel16Gbit16GFC116

GHz1600MB/s12.8Gbit/s127/224SAS1.1SerialattachedSCSI13

GHz300MB/s2400Mbit/s16,256SAS2.116

GHz600MB/s4800Mbit/s16,256SAS3.0112

GHz1200MB/s9600Mbit/s16,256IEEE1394SerialBusProtocol(SBP)1400MB/s3200Mbit/s63SCSIExpressSCSIoverPCIe(SOP)18

GT/s985MB/s7877Mbit/sUSBAttachedSCSIUAS15Gbit/s~400MB/s~3200Mbit/s127ATAPATAPacketInterface1633

MHzDDR133MB/s2iSCSIimplementation-andnetwork-dependent2128(IPv6)SRPSCSIRDMAProtocol(SCSIoverInfiniBandandsimilar)implementation-andnetwork-dependentSCSI的目標(biāo)器和啟動(dòng)器模型ClientServerClient-ServerTransactionServerRequestServerResponseProtocolServiceInterfaceServiceDeliverySubsystemSCSI拓?fù)渑e例SCSI讀寫流程I_T_nexusInitiatorApp.1.SCSI讀指令2.CDB信息3.分配緩存和準(zhǔn)備數(shù)據(jù)4.傳輸數(shù)據(jù)5.已經(jīng)讀入Target3.分配緩存InitiatorI_T_nexusApp.1.SCSI寫指令2.CDB信息4.可以傳輸5.傳輸數(shù)據(jù)6.回應(yīng)結(jié)果7.已經(jīng)寫入TargetSCSI數(shù)據(jù)Data-In（Write）流程SCSI數(shù)據(jù)Data-Out（Read）流程目錄磁盤陣列結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議2.1SCSI協(xié)議2.2FC協(xié)議2.3SAS協(xié)議2.4iSCSI協(xié)議NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議FC協(xié)議介紹FC(FibreChannel)，1994年由ANSI標(biāo)準(zhǔn)化組織T10制定的適合于千兆位數(shù)據(jù)傳輸通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)FC高速率高效率組網(wǎng)靈活FC的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧ULP(UpperLevelProtocol)ATMIPSCSI-3FC-4FC-ATMFC鏈路封裝

FC-LESCSI-3命令集映射IPI-3命令集映射(IPI-3STD)FC-3公共服務(wù)FC-0FC-1FC-2FCPhysical&SignalingInterface

(FC-PH,FC-PH2,FC-PH3)物理接口編碼/解碼封裝/數(shù)據(jù)傳遞8B/10B編碼銅纜、光纖FC-AL-2FC-AL光纖網(wǎng)的拓?fù)?/p>

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)只能連接2個(gè)設(shè)備(直接連接)FC-P2P交換式光纖網(wǎng)最多支持1600萬(wàn)個(gè)設(shè)備(光纖網(wǎng)交換機(jī))FC-SW光纖仲裁環(huán)最多支持126個(gè)設(shè)備(光纖集線器)FC-AL點(diǎn)到點(diǎn)式光纖網(wǎng)絡(luò)(P2P)800MB/sec800MB/sec應(yīng)用服務(wù)器SAN存儲(chǔ)設(shè)備點(diǎn)到點(diǎn)式光纖網(wǎng)絡(luò)使用光纖通道將兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行連接光纖通道仲裁環(huán)路(FC-AL)光纖通道仲裁環(huán)以環(huán)路方式使用光纖通道連接各類設(shè)備光纖通道仲裁環(huán)應(yīng)用服務(wù)器A應(yīng)用服務(wù)器BSAN存儲(chǔ)設(shè)備BSAN存儲(chǔ)設(shè)備A交換式光纖通道網(wǎng)絡(luò)(FC-SW)交換式FC網(wǎng)絡(luò)使用光纖網(wǎng)交換機(jī)連接各種SAN設(shè)備10Km應(yīng)用服務(wù)器光纖網(wǎng)交換機(jī)SAN存儲(chǔ)設(shè)備磁帶庫(kù)備份系統(tǒng)遠(yuǎn)程站點(diǎn)應(yīng)用服務(wù)器FC的三種拓?fù)浔容^特性點(diǎn)到點(diǎn)式

仲裁環(huán)方式光纖交換式

最大節(jié)點(diǎn)數(shù)2127≈1600萬(wàn)地址位數(shù)無(wú)8位AL_PA24位端口地址單點(diǎn)故障影響無(wú)環(huán)失效

無(wú)多速率傳輸支持否否是數(shù)據(jù)幀傳輸順序按發(fā)送順序按發(fā)送順序無(wú)保證介質(zhì)訪問方式獨(dú)享仲裁式獨(dú)享FC協(xié)議發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)200020011GFC2GFC2002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017商用4GFC8GFC16GFC商用商用商用商用40/100GFC10TFC目錄磁盤陣列結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議2.1SCSI協(xié)議2.2FC協(xié)議2.3SAS協(xié)議2.4iSCSI協(xié)議NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議SAS協(xié)議簡(jiǎn)介SAS(SerialAttachedSCSI)主要分為三個(gè)子協(xié)議：SSP:SerialSCSIProtocolSMP:SerialManagementProtocolSTP:SerialTunneledProtocol并行SCSI與串行SCSI的比較串行SCSI并行SCSI速率高尋址能力強(qiáng) 速率低尋址能力弱信號(hào)易受干擾信號(hào)不易受干擾物理接口簡(jiǎn)潔物理接口較復(fù)雜SAS的優(yōu)勢(shì)可以連接大量磁盤設(shè)備兼容SAS和SATA低成本SAS的優(yōu)勢(shì)高性能、高可靠性SAS端口phyphyNarrowPortNarrowPortPhysicallinkNarrowlinkphyphyPhysicallinkWideportphyphyPhysicallinkWideport...WidelinkSASaddressASASaddressXSASaddressBSASaddressBSASaddressYSASaddressY......SAS域ExpanderExpanderExpanderExpanderExpanderExpanderExpanderSAS/SATAdiskSAS適配器SAS域SASInitiatorSAS在SAN中的應(yīng)用以S5000T為例，SAS在SAN中的典型應(yīng)用如圖所示IPSANFCSANS5000T存儲(chǔ)FCTargetiSCSITarget客戶端SAS在SAN中的應(yīng)用在陣列內(nèi)部，所有硬盤均為Target，存儲(chǔ)控制器作為Initiator對(duì)所有硬盤進(jìn)行控制。硬盤框SAS控制器（Initiator）SAS擴(kuò)展器硬盤（Target）SAS的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)200320042005200620072008200920102011201220132014201520163Gb/sSAS6Gb/sSAS在12Gb/sSASSAS1.1SAS2.0草案SAS3.0草案商用商用商用數(shù)據(jù)來(lái)源于STA及產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析目錄磁盤陣列結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議2.1SCSI協(xié)議2.2FC協(xié)議2.3SAS協(xié)議2.4iSCSI協(xié)議NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議iSCSI協(xié)議簡(jiǎn)介

IETF提出的基于IP協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)允許用戶通過(guò)其訪問SANSCSI命令和數(shù)據(jù)以IP幀格式傳輸iSCSI工作在SCSI和TCP/IP之間iSCSI協(xié)議棧應(yīng)用層SCSI流指令SCSI塊指令其它SCSI指令SCSI指令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)iSCSI（SCSIOverTCP/IP）TCPIP物理層（以太網(wǎng)）iSCSI封裝過(guò)程iSCSIInitiatoriSCSITargetiSCSI會(huì)話連接iSCSI協(xié)議的會(huì)話就是在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上封包和解包的過(guò)程。iSCSI會(huì)話建立前必須先建立TCP連接，當(dāng)TCP經(jīng)過(guò)三次握手建立起連接之后才能建立iSCSI會(huì)話。一個(gè)TCP會(huì)話中可以包含一個(gè)或者多個(gè)iSCSI會(huì)話。iSCSIDiscovery會(huì)話Discovery會(huì)話僅用于iSCSITargetdiscovery而建立的會(huì)話。InitiatorTargetLoginRequestTCPTCP建立TCP會(huì)話（三次握手）LoginRequestLoginResponseLoginResponseTextRequestTextResponseDiscoverySessionParameterSessionSendTargetiSCSINormal會(huì)話Normal會(huì)話是無(wú)限制會(huì)話iSCSIInitiator直接使用iSCSITarget的名字來(lái)建立iSCSI會(huì)話，會(huì)話建立后可執(zhí)行iSCSI完整功能。InitiatorTargetiSCSI驅(qū)動(dòng)程序TCPTCP建立TCP會(huì)話（三次握手）登錄應(yīng)答文本應(yīng)答登錄應(yīng)答iSCSI驅(qū)動(dòng)程序iSCSI登錄可選文本指令其他多次登錄登錄成功，進(jìn)入完整功能階段iSCSI協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)

iSCSI協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)成本低功能強(qiáng)安全性高傳輸距離長(zhǎng)帶寬高iSCSI的幾種連接方式硬件TOE網(wǎng)卡+initiator軟件方式以太網(wǎng)卡+Initiator軟件方式

iSCSIHBA卡實(shí)現(xiàn)方式效率最低價(jià)格最低效率適中價(jià)格適中性能最好價(jià)格最高iSCSI在SAN中的應(yīng)用服務(wù)器ALUN1服務(wù)器BLUN2服務(wù)器CLUN3iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備LANLUN1LUN2LUN3TCP/IP目錄SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議什么是NAS？擁有可訪問的磁盤陣列擁有文件系統(tǒng)對(duì)外提供訪問文件系統(tǒng)的接口LUN0LUN1LUN2LUN3LUN6LUN7LUN8LUN9LUN4LUN10LUN5LUN11卷管理模塊卷管理模塊文件系統(tǒng)NetworkAttachedStorage網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)協(xié)議以太網(wǎng)接口以太網(wǎng)接口什么是NAS？NAS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DNAS技術(shù)分析RAIDFCSAS存儲(chǔ)管理模塊NFSCIFS網(wǎng)絡(luò)模塊操作系統(tǒng)文件系統(tǒng)OS文件系統(tǒng)模塊NAS技術(shù)分析NAS硬件操作系統(tǒng)存儲(chǔ)管理（磁盤監(jiān)視，異常處理，RAID）文件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)文件共享（NFS,CIFS）GUI界面設(shè)備監(jiān)視與控制；設(shè)備配置：網(wǎng)絡(luò)、卷、文件存取權(quán)限等）可通過(guò)Web進(jìn)行管理網(wǎng)絡(luò)模塊TCP/IP微內(nèi)核操作系統(tǒng)控制器微碼RAID軟件NAS文件系統(tǒng)CIFS或NFS協(xié)議NTFS或FAT32文件系統(tǒng)，Windows計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)NTFS或FAT32文件系統(tǒng)，Windows計(jì)算機(jī)CIFS或NFS協(xié)議CIFS或NFS協(xié)議NAS設(shè)備目錄SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議4.1CIFS協(xié)議4.2NFS協(xié)議CIFS是什么CIFS(CommonInternetFileSystem)，通用Internet文件系統(tǒng)，一個(gè)新提出的協(xié)議，它使程序可以訪問遠(yuǎn)程Internet計(jì)算機(jī)上的文件并要求此計(jì)算機(jī)的服務(wù)。CIFS是公共的或開放的SMB協(xié)議版本，包含主要模塊有NBT、SMB、BrowsingCIFS消息流UserRequestUserModeKernelModeI/OManagerRedirectorTDILayerNWLinkNetBTNetBIOSIPXTCP/IPNDISNetworkTDILayerNWLinkNetBTNetBIOSIPXTCP/IPNDISServer目錄SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議4.1CIFS協(xié)議4.2NFS協(xié)議NFS主要模塊：RPC、鑒權(quán)、傳輸NFS(NetworkFileSystem)–網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）是Unix系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)磁盤文件共享的一種方法，支持應(yīng)用程序在客戶端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)存取位于服務(wù)器磁盤中數(shù)據(jù)的一種文件系統(tǒng)協(xié)議。NFS消息流SyetemCallinterfaceNFSClientRPC/XDRVFSInterfaceOthertypesoffilesystemLinux&UnixfilesystemNFSClientNetworkRPC/XDRNFSServerVFSInterfaceLinux&UnixfilesystemRPCRPC（Remote

Procedure

Call）

傳輸方式使用UDP協(xié)議UDP傳輸在NFS局域網(wǎng)的應(yīng)用中傳輸速度快UDP協(xié)議傳輸?shù)拈_銷小使用TCP協(xié)議可靠性高，有效的阻塞控制客戶端和服務(wù)器端都保留TCP連接的狀態(tài)服務(wù)器崩潰