MSPE-基础类-5-存储协议 v1.3

1、MSPE培训教材培训教材存储协议存储协议整理课件目目 录录了解各种存储协议了解各种存储协议的主要区别 整理课件SCSI 的定义的定义主机适配器SCSI ID 7SCSISCSI总线总线SCSI 阵列阵列ID 0SCSI 阵列阵列ID 5LUN 0LUN 0LUN 1LUN 1LUN 2LUN 2LUN 0LUN 0LUN 1LUN 1数据/地址总线控制信号常见SCSI接口有50、68、80针SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口），小型计算机系统接口）是一种为小型计算机研制的接口技术，用于主机与外部设备之间的连接。是一种为小型计算机研制的接

2、口技术，用于主机与外部设备之间的连接。整理课件SCSI 历史历史SCSI-3是所有存储协议的基础，其它存储协议都用到是所有存储协议的基础，其它存储协议都用到SCSI的指令集的指令集lSCSI-11986年ANSI标准，采纳了SASI接口（1979）；定义了硬盘、磁带和其它存储设备的物理接口、传输协议和标准指令集；lSCSI-21994年ANSI标准，SCSI-1的后续接口；提高了速度和总线带宽，支持多线程指令，增加了更多存储设备类型指令集；lSCSI-3更高的速度类型：Ultra-2/Ultra-160/Ultra-320；物理接口、传输协议和SCSI指令集分层。SCSI架构模型架构模型特定设

3、备指令集：包括磁盘设备的“SCSI块指令(SCSI Block Commands)”等基础指令集：所有SCSI设备都必须实现的“基础指令(SCSI Primary Commands)”SCSI传输协议：譬如iSCSI，FCP，SCSI协议等物理连接：譬如光纤，以太网电口，SCSI线缆，SAS线缆等架构模型：定义了SCSI系统模型和各单元的功能分工特定设备指令集特定设备指令集基础指令集基础指令集SCSI传输协议传输协议物理连接物理连接架构模型架构模型SCSI 标准框架标准框架Block Commands(e.g., disk drive)(SBC, SBC-2) Reduced Block Co

4、mmands (e.g., disk drive)(RBC) Stream Commands (e.g., tape drive) (SSC, SSC-2, SSC-3) Media Changer Commands (e.g., jukebox) (SMC, SMC-2) Multi-Media Commands (e.g., DVD) (MMC, MMC-2, MMC-3, MMC-4)Controller Commands (e.g., RAID) (SCC-2)Object-Based Storage Device(OSD)ManagementServer Commands(MSC)P

5、rimary Commands (for all devices)(SPC, SPC-2, SPC-3)Architecture Model (SAM, SAM-2, SAM-3)SCSI Parallel Interface(SPI-2, SPI-3, SPI-4, SPI-5Related standards and technical reports (SDV, PIP, SSM, SSM-2, EPI)Serial Bus Protocol (SBP-2, SBP-3)IEEE 1394Fibre Channel Protocol (FCP, FCP-2, FCP-3) Fibre C

6、hannel (FC)SSA SCSI-3 Protocol (SSA-S3P) SSA-TL2 SSA-PH1 or SSA-PH2SCSI RDMA Protocol (SRP, SRP-2)InfiniBand (tm)iSCSIRJ45/SFPSerial Attached SCSI (SAS, SAS-1.1)Enclosure Services (SES, SES-2)特定设备指令集共享指令集架构模型传输协议物理接口SCSI-3物理接口物理接口SCSI-3Class Driver(Tape Device Driver) SCSI-3Class Driver(Disk Device

7、Driver) Interface-Independent Software Programming Interface (Miniport Interface, CAM, ASPI, IO)SCSI-3 FCPPort DriverSCSI-3 ParallelPort DriveriSCSI IPPort DriverSASPort DriverSCSI Serial Bus Protocol (SBP-2)Port DriverFibre ChannelPortSCSI ParallelPortEthernetPortSAS SerialPortIEEE-1394(Firewire)Po

8、rtFibre ChannelPhysical I/FSCSI BUSFast/Wide/Ultra/etc.EthernetSerial Attached SCSIPhysical I/FFireWirePhysical I/FInitiator I/O System物理接口SCSI应用应用SCSI传输协议传输协议SCSI物理连接物理连接SCSI应用应用SCSI传输协议传输协议SCSI物理连接物理连接Initiator 设备设备Target 设备设备互连协议互连协议应用协议应用协议传输协议传输协议传输服务接口传输服务接口互连服务接口互连服务接口应用层应用层传输协议层传输协议层互连层互连层SC

9、SI发起端发起端-目标器模型目标器模型Initiator 设备设备Target 设备设备主机主机磁盘阵列磁盘阵列磁带库磁带库特特 点点描描 述述优点与主机无关工作在逻辑层而不是在设备层：支持数据块类型的逻辑地址；数据以字节为单位进行传送；采用通用指令集取代了专用的控制线多设备并行具有总线仲裁、设备选择功能，设备与设备、设备与主机之间是一种双向对等关系，不是主从关系；对多任务操作系统如Unix、Linux、Windows NT，可以获得更高性能高带宽目前最快可以提供320MB/s的带宽低系统开销具有独立处理芯片，占用CPU资源的比例相当小缺点单I/O控制器两个和多个I/O控制器无法共享一条SCS

10、I总线，不能实现多链路聚合，存在单一故障点地址短缺SCSI总线地址只有8或16个，无法接入更多的设备传输距离短单端SCSI传输距离6米，差分SCSI传输距离25米。所有连接设备只能放在统一地点SCSI的特点的特点SCSI允许连接设备数量较少允许连接设备数量较少SCSI连接设备距离非常有限连接设备距离非常有限基于网络的基于网络的SCSIFC SANIP SANFCPFCPiSCSIiSCSI如何解决如何解决基于网络的基于网络的SCSI公共服务公共服务传输协议（编传输协议（编/解码）解码）信号协议和连接服务信号协议和连接服务介质和接口介质和接口FC-1代码层代码层FC-0物理层物理层FC-2协议层

11、协议层FC-3服务层服务层FC-4映射层映射层IPI3IPI3SCSISCSIHIPPIHIPPIIPIPSBCCSSBCCS802.2802.2ATMATM通道通道网络网络光纤通道是构建FC SAN的基础，是FC SAN系统的硬件接口和通信接口。FC可以通过构建帧来传输SCSI的指令、数据和状态信息单元。FC（光纤通道）（光纤通道）点对点点对点只能连接只能连接 2个设备个设备(直接连接直接连接)交换式交换式 Fabric最多支持最多支持1千千6百万个设备百万个设备(光纤通道交换机光纤通道交换机)Arbitrated Loop (仲裁环仲裁环)最多支持最多支持126个设备个设备(光纤集线器光纤

12、集线器)FC的三种拓扑结构的三种拓扑结构Fabric节点 N_PortF_PortF_PortE_PortE_PortFL_Port 节点N_Port交换机交换机 2交换机交换机 1 节点NL_Port 节点NL_PortG_Port服务器或存储设备：服务器或存储设备：N端口端口NL端口端口FC交换机：交换机：F端口端口FL端口端口E端口端口G端口端口FC端口类型端口类型不足不足优势优势连接设备比SCSI多高带宽，低时延连接距离远远超出并行SCSI存储设备FC特点特点构建维护成本高，时间长互操作性不强，FC协议具体实现上各个厂商有所不同FC SAN缺少统一管理标准单模光纤理论上最长传输距离10

13、公里左右，长距离传输时需借助于其他手段（协议转换/DWDM等）FC SAN孤岛如何连接，孤岛如何连接，并跨越并跨越WAN通过通过IP 网络网络 隧道方案隧道方案 路由方案路由方案FCIPFCIPiFCPiFCPFC SAN的连接的连接l应用场合两个FC SAN孤岛通过IP连接成一个大的FC SANl特点基于IP的FC隧道协议，将FC帧封装在TCP/IP上FCIP连接对IP网络是透明的，整个传输中只有FCIP网关需要知道FCIP的封装FCIP报文报文IP头TCP头TCP数据FCSSOFFC帧头SCSI数据CRC EOFFCIP头封装FCIP （FC over IP）SCSI应用（文件系统、数据库

14、）应用（文件系统、数据库）SCSI块指令块指令SCSI流指令流指令其他其他SCSI指令指令SCSISCSI指令、数据和状态指令、数据和状态iSCSI TCPIP以太网等以太网等iSCSI协议栈协议栈liSCSI （Internet SCSI）把SCSI命令和块状数据封装在TCP中在IP网络中传输liSCSI作为SCSI的传输层协议，基本出发点是利用成熟的IP网络技术来实现和延伸SANiSCSIiSCSI 发起端发起端-目标器模型目标器模型l发起端（发起端（Initiator）SCSI层负责生成CDB（命令描述符块），将CDB传给iSCSIiSCSI层负责生成iSCSI PDU（协议数据单元），

15、并通过IP网络将PDU发给targetl目标器（目标器（Target）iSCSI层收到PDU，将CDB传给SCSI层SCSI层负责解释CDB的意义。必要时发送响应iSCSITCPSCSIIPLinkiSCSITCPSCSIIPLinkInitiatorTargetiSCSI的报文格式的报文格式以太网头(14)IP头(20)TCP头(20)iSCSI（TCP数据）FCS源端口目的端口序列号确认号首部长度保留APRSF窗口大小校验和紧急指针基本报头段(BHS，48字节)附加报头段（若有）头部校验（若有）数据段（若有）数据校验（若有）UOSI模型模型应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网

16、络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层以太网和以太网和TCP/IP应用层(i.e. POP3,SMTP,DNS,DHCP,FTP,WWW协议)TCP/IP动态IP地址7固定MAC地址00-00-0e-21-17-68物理接口光纤通道光纤通道FC-4:高层协议(ULP)(空白)FC-3:通用服务(未定义)FC-2:帧协议/流控制World-Wide Name(64-bits)FC-1:8b/10b编码FC-0物理接口光纤通道只是二层协议，光纤通道只是二层协议，不具备广域路由能力不具备广域路由能力用于数据安全的第三用于数据安全的第三层没有定义，层没有定义，协议本协议本身不具

17、备安全性身不具备安全性FC VS TCP/IP协议协议iSCSI优点优点良好的标准化良好的标准化易管理，易管理，IP技术成熟，具备技术成熟，具备IP知识的专业技术人员多知识的专业技术人员多很低的安装成本和维护费用：建立在很低的安装成本和维护费用：建立在TCP/IP上上减少了异构网络和电缆：不需要特殊的减少了异构网络和电缆：不需要特殊的FC交换机交换机无距离限制，远程存储：异地数据交换、备份及容灾无距离限制，远程存储：异地数据交换、备份及容灾灵活的安全性和灵活的安全性和QoS保证保证跨广域网传输效率不高跨广域网传输效率不高几种存储协议报文结构比较几种存储协议报文结构比较FCIPSCSI- FCP

18、iFCPiSCSIEthernet头IP头 TCPFCIP头SOFFC帧头CRCEOFFCSSOFFC帧头Payload: SCSI Command in IUCRCEOFEthernet头IP头 TCPiFCP头SOFFC帧头CRCEOFFCSEthernet头IP头 TCPiSCSI头FC帧头FCSPayload: SCSI Command in IUPayload: SCSI Command in IUPayload: SCSI Command in IU其它存储协议其它存储协议FCoE 其它存储协议其它存储协议从从FC到到FCoEMACMACFCoE MappingFCoE MappingFC-2FC-2FC-3FC-3FC-4FC-4FC-0FC-0（物理接口）（物理接口）FC-1FC-1（编码）（编码）FC-2FC-2（数据分发）（数据分发）FC-3FC-3（通用服务）（通用服务）FC-4FC-4（高层协议映射）（高层协议映射）PHYPHYFCFC协议层协议层（无改变）（无改变）IEEE 802.3IEEE 802.3（EthernetEthernet）从从FCFC到到FCoEFCoE没有质变！没有质变！FCoE报文结构报文结构目的MAC地址源MAC地址以太网帧类型FCoE有效载荷帧校验序列6字节6字节2字节MAC帧头分片FC数据，小于1500