storage-network-protocal-opt-150chn.ppt

1,2002,CiscoSystems,Inc.Allrightsreserved.,OPT-1505179_05_2002_c1,2,2,2,2002,CiscoSystems,Inc.Allrightsreserved.,OPT-1505179_05_2002_c1,存储网络相关协议和技术介绍,分会场OPT-150,议程,SCSI光纤通道iSCSIFCIP,存储网络的体系结构,SCSI的应用(文件系统、数据库),SCSI指令、数据和状态,SCSI流指令,其它SCSI指令,SCSI块指令,iSCSI以TCP/IP传输SCSI,FCP以FC传输SCSI,并行SCSI传输,光纤通道,FCIP,TCP,IP,以太网等,光纤通道物理接口,并行SCSI接口,小型计算机系统接口(SCSI),SCSI,概述/发展历史/标准体系结构指令描述块(CDB),I/O通道,在计算机和用于存储数据的设备之间使用的传输技术在计算机内部，或扩展至外部的存储设备存储设备可由连接的主机或其它存储设备访问例如：SCSI、光纤通道、ESCON,SCSII/O通道,SCSII/O通道为SCSI数据提供半双工通道并行连接参数总线带宽：8、16比特总线速度：5-80Mhz吞吐量：5320MBps设备每总线：216台设备线缆长度：1.5米25米Luns(逻辑单元数量)每设备：64,半双工I/O通道,SCSI始发设备(Initiator),SCSI目标设备（Target）,应用,块设备,通用SCSI,文件系统,TCP/IP栈,NIC驱动器,适配器驱动器,NIC适配器,SCSI适配器,SCSI,SCSI,SCSI,发展历史,从ShugartAssociates公司(seagate前身)于1979年推出SCSI以来，SCSI一直在不断演进，ANSI于1986年批准其成为标准，现称为SCSI-1SCSI-2在1990年获得X3T9委员会批准，在1994年获得ANSI批准(ANSIX3.131)SCSI-3是多个标准的集合,每个标准定义SCSI一个非常特殊的部分:物理接口、传输接口、指令接口、体系结构模式、程序接口等,指令接入方法(CAM),设备类特殊指令集(SBC),SCSI体系结构模式(SAM),共享指令集-所有设备(SPC),传输协议,物理连接,标准,SCSI终结器,内部SCSI终结器,SCSI总线,使用SCSI卡的系统,SCSI菊花链线缆,链路端口上的SCSI终结器,主机始发设备,控制总线,数据总线,磁盘设备目标,目标,始发设备,磁盘设备目标,磁盘设备目标,磁盘驱动器,磁盘驱动器,磁盘驱动器,SCSI体系结构模式,逻辑单元,SCSI请求,SCSI应答,传输子系统,客户机/始发设备,服务器/目标设备,应用客户机,SCSI指令模式,SAM定义两类协议服务:执行指令/确认服务数据传送服务这反映了每次数据传送的三个主要阶段:执行:通过命令描述块(CDB)发送请求的指令和参数数据:根据指令来传送数据确认:接收执行指令的确认,SCSI运行,始发设备,目标设备,SCSI总线/互连,SCSI写指令,数据传送请求,数据输出,数据传送请求,数据输出,状态,SCSI编址,始发设备-A“7”,LUN-A“0”,LUN-B“1”,LUN-C“2”,LUN-A“0”,LUN-B“1”,LUN-A“0”,LUN-A“0”,始发设备-B“6”,目标设备-A“4”,目标设备-B“3”,目标设备-C“2”,目标设备-D“0”,SCSICDB格式,操作代码,控制字节,传送字节长度,第0位,第1位,第2位,第3位,第4位,第5位,第6位,第7位,预留,逻辑块地址,0,1,2,3,4,5,光纤通道(FibreChannel),光纤通道(FC),概述/历史/标准体系结构实施拓扑结构运行FC帧结构(Framing)命名/寻址规划服务类别(ClassesofService)对话管理(SessionManagement)分区(Zoning),I/O通道的网络连接,目标设备,在网络传输上承载与并行方式连接相同的SCSI协议传输必须不影响SCSI的有效负载(安全性、完整性、延迟)光纤通道是一种传输通道,通道控制器,主机系统,I/O通道的网络连接,始发设备,(HBA),SCSI,网络,光纤通道提供的优势,通道连接业务物理电路可靠的硬件传输高速低延迟短距离基于硬件,网络无连接逻辑电路不可靠的传输高连接更高的延迟更远的距离基于软件,光纤通道电路和分组交换可靠性传输误码率(BER)10-12高数据完整性错误检测高数据传输速率100和200MB/s高带宽，低延迟1Gbps/2Gbps高连接数24位地址长距离10公里到100公里,光纤通道(FC)标准,FC-PH定义FC-0、FC-1和FC-2的级别(物理上)FC-FS说明FC帧格式和光纤通道的基本控制特性FC-GS定义多种与服务器类似的功能SCSI-FCP定义使用光纤通道接口的SCSI-3指令协议的操作FC-FG定义光纤通道交换架构的常见特性FC-SW描述光纤通道交换架构的交换组件FC-AL是仲裁环路拓扑结构标准,光纤通道体系结构模式,FC-0(物理接口、光纤和电路线缆、连接器等),FC-1(8b/10b编码，链路控制),FC-2(帧结构、流量控制、服务类别),FC-3(通用服务),FC-4,ULP,SCSI-3,ESCON,SNMP,802.2LLC,SCSI-FCP,FC-SNMP,FC-LE,FC单字节指令集,端口类型,E_Port,E_Port,节点,节点,节点,光纤通道交换机,光纤通道交换机,节点,节点,NL_Port,NL_Port,NL_Port,FL_Port,F_Port,F_Port,N_Port,N_Port,光纤通道网络,光纤通道的拓扑结构分为三种标准,点对点,仲裁环路,交换架构,集线器,使用交换架构的公共环路,集线器,集线器,点到点,N端口光纤通道设备之间的专用连接所有链路带宽都分派给两个节点之间的通信适用于小规模存储设备的方案，不具备共享功能,节点A,节点B,N_Port,N_Port,接收器,接收器,发送器,仲裁环路(FC-AL),每个节点的TX端口连接到邻近节点的RX端口，直到形成闭环为止最大带宽:100MB/秒(环路上所有节点中共享)环路上最多126个节点不是令牌传输方案-不限制设备保留控制的时间操作顺序:环路控制仲裁打开到目标设备的通道传送数据关闭环路上的节点数直接影响性能,NL_Port,节点A,NL_Port,节点B,NL_Port,节点D,发送器,接收器,接收器,发送器,接收器,发送器,NL_Port,节点C,发送器,接收器,仲裁环路集线器的特性,闭环体系结构未向专用设备分配光纤通道地址无源;协议层以下由端口控制，不涉及集线器的环路大多数环路为小规模的530台设备不会发生物理层中断的热插拔设备(将导致LIP环路插入),端口1,端口2,端口3,端口#,Rx,Tx,Rx,Tx,Rx,Tx,Rx,Tx,每个端口100/200MBps带宽每个端口的成本是10002000美元添加新设备可以增加总的带宽高达1600多万可能的地址支持分区功能,交换架构的拓扑结构,F_Port,F_Port,F_Port,F_Port,N_Port,节点B,接收器,发送器,N_Port,节点D,接收器,发送器,N_Port,节点C,接收器,N_Port,节点A,发送器,接收器,交换机间连接(ISL),交换架构,节点1,节点2,节点5,节点7,节点8,节点3,节点4,节点6,光纤通道的操作,序列,帧,SEQ_ID,SEQ_CNT,帧,1,2,n,信息单元,信息单元,交换,OX_ID和RX_ID,交换,序列,所有FC-2帧都遵循通用帧格式，如下所示,通用FC-2帧格式,空闲,SOF,帧报头,数据字段,CRC,EOF,空闲,帧内容,0528个传输字,(4),(4),(02112),(24),(4),FC-2帧格式,0,R_CTL路由,D_ID24位目的地址,0,7,8,15,16,23,24,31,字符,S_ID24位源地址,CS_CTL8位类说明,类型8位数据结构,SEQ_ID8位,DF_CTL8位数据字段,F_CTL24位帧控制,SEQ_CNT8位序列计数,OX_ID16位原始交换ID,RX_ID8位反馈交换ID,专用于帧类型的参数,1,2,3,4,5,帧报头,路由控制(R_CTL)是一个字节字段，它包括两个四位的子字段路由信息,帧报头-R_CTL,31,24,27,28,0000=Device_Data帧0010=ExtendedLink_Data帧0011=FC-4Link_Data帧0100=Video_Data帧1000=BasicLink_Data帧1100=Link_Control帧其它=预留,0000=未分类的信息0001=请求的数据0010=未请求的控制0011=请求的控制0100=未请求的数据0101=数据描述符0111=指令状态其它=未规定,信息类,路由,可选报头,有效负载,FILL,数据字段(02112)字节,(064)字节,(02048)字节,(13)字节,通常MTU02048最小128字节,数据字段,可选报头,DF_CTL是帧报头中1字节的字段，它规定可选报头的内容数据字段中定义的可选报头是网络报头(NetworkHeader)关联报头(AssociationHeader)设备报头(DeviceHeader),帧报头,数据字段,CRC,帧内容,(0-2112)0-528传输字,(4),(24),(16),(32),(16-64),设备报头,关联报头,网络报头,地址标识,8位,8位,8位,光通道交换机,域(Domain),区域(Area),端口(Port),公共环路,域(Domain),AL_PA,区域(Area),专用环路,00,00,AL_PA,点到点,00,00,0 x(x=0或1),预留地址,FC-PH为特殊功能定义了多个地址：24位地址空间的高位16个地址常用的公认地址,地址值,说明,FFFFF0-FFFFF9,FFFFFA,FFFFFB,FFFFFC,FFFFFD,FFFFFE,FFFFFF,预留,管理服务器,时间服务器,目录服务器,交换机控制器,登录交换机使用,广播,光纤通道名称,地址标识是可变的，它可以随着时间动态更改需要使用一种长期机制来跟踪独立于地址的FC实体解决方案:FC名称(及相关的名称服务器),IEEEMAC地址,预留,NAAID,全球名称,有多种名称格式IEEE名称、IP名称、IEEE注册名称、IEEE注册扩展名称所有这些都称为WorldWideName(WWN)，因为它们是唯一的例如:10:00:00:60:69:00:60:02,F,F,F,FL,F,N,N,NL,FFFFFE,交换机(Domain_ID=0 xDD),FFFFFE,FFFFFE,DD1400,FFFFFE,N_PortID=0 xDDA100,NL,N_PortID=0 xDDA200,公共NL_PortID=DD1425和ALPA0 x25,专用NL_PortALPA=0 x03,交换端口和FCID,流量控制协议使用信用值(Credit)-信用值是接收端口向发送端口授予的发送规定数量帧的许可-当提供的信用值=0时暂停传输当接收到R_RDY时，可以发送一个帧,流量控制,接收缓冲区,R_RDY,发送端口,接收端口,Credit=5Credit=4Credit=3Credit=2Credit=1Credit=0Credit=1Credit=2,流量控制:缓冲区到缓冲区的信用值,BB_Credit,交换架构,NL_Node“A”,NL_Node“B”,BB_Credit,BB_Credit,BB_Credit,流量控制:端到端的信用值,NL_Node“A”,NL_Node“B”,EE_Credit,EE_Credit,EE_Credit,交换架构,流量控制和信用值,始发设备,接收设备,交换架构,ACK,R_RDY,R_RDY,R_RDY,R_RDY,ACK,EE_Credit,BB_C,BB_C,TXBuf,TXBuf,TXBuf,TXBuf,RXBuf,RXBuf,RXBuf,RXBuf,服务类别(ClassofService),Class1两个N_port之间的专用连接，要求ACK当数据对时间/延迟敏感，如话音或视频时使用端到端控制Class2无连接要求，要求ACK(最佳效果)端到端或缓冲区到缓冲区控制Class3只使用缓冲区到缓冲区控制最佳效果服务，无需ACK使用高层协议对帧丢失作出反应,Class4使用虚电路来创建专用连接Class5本质上要求同步，实际上较少应用Class6与第1类非常类似，除了通过交换架构来支持多点广播服务以外多点广播服务器和N_ports之间的端到端流量控制ClassF用于交换机到交换机通信要求ACK,名称服务器,名称服务器的公认地址为0 xFFFFFCN_port把信息注册到名称服务器的数据库中N_port查询数据库获得其它端口的信息N_port可以从名称数据库撤销注册,对话管理,登录FLOGI交换机登录(FabricLogin)PLOGI端口登录(PortLogin)PRLI进程登录(ProcessLogin)退出,FLOGI交换机登录(FabricLogin),确定交换机是否存在协商操作参数，如最大帧长度、BB_Credit与F_port建立一条对话,PLOGI端口登录(PortLogin),建立与N_port的对话协商服务参数，如EE_Credits在两个N_ports之间创建一个对话在PLOGL成功之前，无上层操作,PRLI进程登录(ProcessLogin),可选通信进程级别的服务参数,对话管理登录/退出,节点-A,节点-B,流程-A1,流程-A2,流程-B1,流程-B2,FLOGI,FLOGI,接收,接收t,接收,PLOGI,PRLI,接收,交换架构,交换机-A,交换机-B,分区(Zoning),节点A,节点B,节点C,节点D,节点E,N,N,N,N,N,A区,B区,FC,软分区和硬分区,软分区分区由名称服务器来执行使用WorldWideName来标识区域提供灵活性硬分区分区由硬件通过ACL来执行增强安全性,FCMIB,FC管理用MIBFcPortTypeFcAddressIdFcClassesFcBbCreditFcDataFieldSizedraft-ietf-ips-fcmgmt-mib-01.txt,InternetSCSI(iSCSI),iSCSI,概述/历史/标准体系结构报头格式,IP可选用的I/O传输方式,I/O流量可行的传输方式不仅仅针对于长距离的I/O传输与光纤通道相同的特性:接近于40亿节点的寻址(IPv4)基于交换式传输(通过路由选择)10/100/1000MBps的传输速度(已经达到10Gbps)传输距离受限于应用时限支持多种高级别的协议IP具备成本和可管理性的优势行业中普遍了解IP,目标设备,IP网络,GENIC,iSCSI,主机系统,始发设备,iSCSI概述,在TCP上运行的SCSI传输协议把SCSICDB和数据封装到TCP/IP字节流中允许IP主机访问以IP或光纤通道连接的SCSI目标设备允许光纤通道主机访问IPSCSI目标设备允许IPSCSI主机和目标设备的互相访问标准化现状IETF草案RFC有望在2002年作为一项标准被批准多数行业支持,iSCSI协议栈,SCSI应用(文件系统，数据库),SCSI指令、数据和状态,iSCSISCSIOverTCP/IP,TCP,IP,以太网等,其它SCSI指令,SCSI流指令,SCSI块指令,iSCSI体系结构模式,网络接口,iSCSI节点,(iscsi始发设备),网络接口,IP地址+端口号,网络接口,IP地址+端口号,iSCSI节点,(iscsi目标设备）,iSCSI节点,(iscsi目标设备）,网络设备(iSCSI客户机),网络设备(iSCSI服务器),IP地址,IP网络,网络接口,IP地址,iSCSI对话,始发设备和目标设备之间的对话ISID、TSID、SSID多个连接CID按序传递SCSI指令CmdSN、StatSN、DataSN恢复丢失的连接,iSCSI设备,iSCSI主机,iSCSI对话,iSCSI对话,TCP连接,TCP连接,iSCSI目标设备,TCP连接,iSCSI目标设备,iSCSI始发设备,iSCSI名称结构,iSCSi标准名称(iqn)Iqn.2001-.acme.storage.diskarrays-sn-a8675309IEEEEUI-64格式(eui)Eui.02004567A425678D,iSCSI对话各个阶段,登录阶段初始化登录阶段安全认证阶段操作协商完整功能阶段退出,登录成功、进入完整功能阶段,目标设备,始发设备,0X23登录应答,显示iSCSI目标设备名称。认证协商和操作协商,0X03指令登录,带有可选认证协商和操作协商的初始化iSCSI登录,TCP端口3260,单一TCP对话,建立正常的TCP对话,TCP,iSCSI驱动程序,0X03指令登录,其它多次登录,0X23登录应答,0X04可选文本指令,0X24文本应答,iSCSI登录顺序,iSCSI数据包格式,TCP报头,目的地址,源地址,类型,IP,TCP,数据,461500字节,8,6,6,2,FCS,4Octet,包头,iSCSIPDU,基本报头分段(BHS),其它报头分段(AHS),报头摘要,数据分段,数据摘要,目的端口,始发端口,序列号,确认编号,Window,紧急指针,选项和填充,校验和,位移,预留,U,A,P,R,S,F,3260iSCSI,大家知道的端口:21FTP23Telnet25SMTP80http,iSCSIPDU类型,iSCSI指令和应答任务管理功能请求和应答SCSI数据输出和SCSI数据输入准备传输(R2T)iSCSI事件数据文本请求和应答登录请求和应答退出请求和应答,iSCSI指令PDU格式,0,4,8,16,20,48,01234567,01234567,01234567,01234567,Opcode,Opcode-SpecificFields,TotalAHSLength,DataSegmentLength,逻辑单元号(LUN),始发设备任务标记,希望的数据传输长度,24,28,32,CmdSN,ExpStatSN,SCSI指令描述块(CDB),AHS(如有),报头摘要（如有),数据分段-指令数据+数据摘要(如有),TCP卸载引擎,必须拆除报头把数据拷贝到内存缓冲区中CRC硬件实现拆除TCP封装，以提高性能,iSCSI安全性/完整性,内部认证末端节点认证CHAP、SRP、KerberosIP级别的安全通道加密的完整性，认证和机密性iSCSI32位校验和,iSCSIMIB,iSCSIMIBiscsiTargetPortaliscsiInitiatorPortaliscsiInstNameServiceTypeiscsiTgtLoginFailureiscsiIntrLoginFailuredraft-ietf-ips-iscsi-mib-04.txt,iSCSI解决方案体系结构,iSCSI路由器/网关,主机,光纤通道存储阵列,TCP/IPNetwork,iSCSI主机驱动程序,光纤通道,应用,文件系统,块设备,SCSI通用层,适配器驱动程序,SCSI适配器,TCP/IP栈,NIC驱动程序,iSCSI,NIC适配器,SCSI/TCP服务器,TCP/IP驱动程序,GigENIC,SCSI驱动程序,FCHBA,TCP/IP网络,FibreChanneloverIP(FCIP),FCIP,概述/历史/标准体系结构封装格式,FCIP概述,FCIP提供一种在TCP/IP中封装FC帧的标准方式，允许通过基于IP的网络，包括LAN、MAN和WAN互连FCSAN的孤岛FCIP通过隧道进行的连接不会更改FC的内容TCP/IP用于作为基本传输，提供拥塞控制和无误的按序传送数据透明传输，FC不会知道IP网络的存在,FCIP协议栈,SCSI应用(文件系统、数据库),SCSI指令、数据和状态,FCPSCSIoverFC,其它SCSI指令,SCSI流指令,SCSI块指令,TCP,IP,以太网等,FCIP,光纤通道,FCIP体系结构模式,FCIP,FCIP,FC-2,FC-2,FC-1,FC-0,FC-1,FC-0,TCP,TCP,IP,IP,LINK,LINK,FCIP链路,光纤通道SAN,FCIP隧道,IP网络,PHY,PHY,光纤通道SAN,FCIP实体和FC实体,FCIP,FCIP链路,FCIP实体,FCIP链路端点,FC实体,FCIP控制和服务模块,TCP/IP网络,光纤通道SAN,TCP,IP,链路,PHY,FC-2,FC-1,FC-0,FCIP数据引擎,FCIP数据引擎,FC发送器出入口F