现代存储技术：Module 5 光纤通道存储区域网络 (FC SAN)

模块–5

(FCSAN)

光纤通道存储区域网络FIBRECHANNELSAN模块5：光纤通道存储区域网络1学完本模块后，您将能够：介绍FCSAN及其组件介绍FC体系结构介绍FCSAN拓扑和分区介绍SAN环境中的虚拟化模块5：光纤通道存储区域网络2模块5：光纤通道存储区域网络(FCSAN)模块5：光纤通道存储区域网络(FCSAN)本课程将讲述下列主题：FCSAN的发展FCSAN的组件FC互连选项FC端口类型第1课：FCSAN概述模块5：光纤通道存储区域网络3业务需求和技术挑战有效的信息管理解决方案必须：向业务用户提供即时信息提供灵活适用的存储基础架构DAS环境中的信息管理挑战：保持孤立和未充分利用的信息存储的爆炸式增长新服务器和应用程序激增在多台服务器间共享存储资源的复杂性管理信息的成本较高存储区域网络(SAN)可解决这些挑战模块5：光纤通道存储区域网络4什么是SAN？集中化存储和管理支持在数据块级别跨多台服务器共享存储资源使不断增长的存储需求与更好的规模经济有效结合常见的SAN部署包括：光纤通道(FC)SAN：使用FC协议进行通信IPSAN：使用基于IP的协议进行通信模块5：光纤通道存储区域网络5它是服务器和共享存储设备的高速、专用网络。SAN了解光纤通道光纤通道是在高速光缆和串行铜缆上运行的高速网络技术。最新FC实施最高支持16Gb/s的速度高可扩展性理论上可容纳约1500万台设备模块5：光纤通道存储区域网络6客户端存储阵列应用程序服务器IP网络FCSAN虚拟机管理程序注意：FibRE指协议，而fibER指介质。FCSAN的组件节点（服务器和存储）端口缆线连接器互连设备，如FC交换机和集线器SAN管理软件模块5：光纤通道存储区域网络7节点端口提供物理接口来与其他节点通信存在于服务器中的HBA存储中的前端适配器每个端口具有一条传送(Tx)链路和一条接收(Rx)链路模块5：光纤通道存储区域网络8链路端口0RxTx节点端口0端口1端口n缆线SAN实施对短距离使用铜缆对长距离使用光缆两种类型的光缆：单模式和多模式模块5：光纤通道存储区域网络9单模式多模式承载一条光束可同时承载多条光束长达10km的距离用于短距离（由于模态色散，特定距离后信号强度会削弱）多模式光纤单模式光纤连接器连接在缆线的末端支持在缆线和端口之间快速连接和断开连接光缆的常用连接器包括：标准连接器(SC)双工连接器Lucent连接器(LC)双工连接器直通式连接器(ST)接线板连接器单工连接器模块5：光纤通道存储区域网络10直通式连接器Lucent连接器标准连接器互连设备FCSAN中的常用互连设备包括：集线器、交换机和控制器集线器提供的连接和可扩展性有限集线器将节点连接成一个逻辑环或者一个星型的物理拓扑。所有节点都必须共享环路，因为数据会流经所有的连接点。由于廉价而性能较高的交换机的出现，集线器不再用于FCSAN中。交换机和控制器是智能设备交换机可用于固定端口计数或模块化设计控制器通常是模块的，可通过插入其他“线卡”或“刀片”来增加其端口计数高端交换机和控制器包含冗余组件模块5：光纤通道存储区域网络11SAN管理软件SAN中用于管理主机和存储阵列之间的接口的工具套件提供对SAN环境的集成管理支持使用GUI或CLI进行基于Web的管理模块5：光纤通道存储区域网络12FC互连选项点到点光纤通道仲裁环(FC-AL)光纤通道交换结构(FC-SW)模块5：光纤通道存储区域网络13点到点连接支持节点之间的直接连接提供的连接和可扩展性有限在DAS环境中使用模块5：光纤通道存储区域网络14服务器存储阵列服务器服务器虚拟机管理程序FC-AL连接向附加节点提供共享环节点必须仲裁以获得控制使用环或星形拓扑实施FC-AL的限制每次只有一台设备能够执行I/O操作最多支持126个节点添加或去除节点会导致环通信瞬间暂停模块5：光纤通道存储区域网络15服务器存储阵列服务器FC集线器虚拟机管理程序FC-SW连接：也称为结构连接连接结构是所有节点在网络内相互通信的逻辑空间。这种虚拟空间可以通过交换机或交换机网络来创建。所有节点在其中使用交换机相互通信在交换结构中，任何两个交换机之间的链路称为交换机间链路(ISL)。ISL使交换机能够连接在一起形成一个较大的结构。交换机间链路(ISL)使交换机能够连接在一起提供节点之间的专用路径添加/去除节点不影响其他节点的通信模块5：光纤通道存储区域网络16服务器存储阵列服务器FC交换机FC交换机交换机间链路虚拟机管理程序交换结构中的端口类型模块5：光纤通道存储区域网络17服务器N-PortFC交换机F-PortFC交换机存储阵列N-PortF-PortE-PortE-Port存储阵列N-PortF-PortISLG_Port：虚拟机上可作为E_Port或F_Port操作的通用端口，模块5：光纤通道存储区域网络(FCSAN)本课程将讲述下列主题：FC协议堆栈FC寻址WWN寻址FC数据的结构和组织连接结构服务连接结构登录类型第2课：光纤通道(FC)体系结构模块5：光纤通道存储区域网络18FC体系结构概述通道技术可实现高水平性能以及低协议开销。这是由通道的静态特性以及高水平软硬件集成决定的。但其局限性体现在连接设备数量以及设备间距离限制上。网络连接可提供更强的可扩展性，它使用共享带宽来进行通信。这种灵活性导致协议开销增加，性能降低。FC体系结构表示真正的通道/网络集成，可捕获通道和网络技术的一些优势。FCSAN使用光纤通道协议

(FCP),通过FC网络实施SCSI通过FC网络传输SCSI数据在较长距离上保持较高传输带宽。在网络上支持大量可寻址的设备。理论上讲，FC可在网络上支持超过1500万个设备地址。支持最多16Gbps(16GFC)的速度。模块5：光纤通道存储区域网络19光纤通道协议堆栈模块5：光纤通道存储区域网络20FC层功能FC层指定的功能FC-4映射接口将上层协议（例如SCSI）映射至较低FC层FC-3通用服务未实施FC-2路由，流量控制帧结构、FC寻址、流控制FC-1编码/解码8b/10b或64b/66b编码，位同步和帧同步FC-0物理层介质、缆线、连接器1Gb/s2Gb/s4Gb/s16Gb/sFC-4FC-2FC-1FC-0上层协议示例：SCSI、HIPPI、ESCON、ATM、IP成帧/流控制编码/解码8Gb/s上层协议映射此层定义物理接口、介质和位的传输。此层定义如何对数据进行编码。提供光纤通道寻址、结构和数据组织此层定义应用程序接口以及上层协议(ULP)映射至较低FC层的方式交换结构中的FC寻址在连接结构登录期间，FC地址会分配到节点用于在FCSAN中的节点之间进行通信地址格式域ID是提供给结构中的每个交换机的唯一编号域ID可使用239个地址交换结构中的节点端口的最大数目：239个域X256个区域X256个端口=15,663,104模块5：光纤通道存储区域网络21全球通用名与NIC的MAC地址类似，FC环境中的每个设备都分配了一个64位的唯一标识符，称为全球通用名称(WWN)。光纤通道环境采用两种类型的WWN：全球通用节点名称(WWNN)和全球通用端口名称(WWPN)。WWNN和WWPN分别用于唯一标识节点和端口模块5：光纤通道存储区域网络22全球通用名称—阵列5010100000000006011000000100016011000000000000000060110000000000010001B101120010公司ID24位端口模型种子32位全球通用名称—HBA10000000c920dc40已保留12位公司ID24位公司特定24位格式类型格式类型FC数据的结构和组织FC数据可组织为交换、序列和帧在FC网络中，数据传输类似于两个人之间的对话，帧代表单词，序列代表句子，交换代表对话。模块5：光纤通道存储区域网络23FC数据结构描述交换使两个N_Port能够识别和管理一组信息单元信息单元：发送到另一端口以执行特定操作的上层协议特定信息每个信息单元映射到一个序列包括一个或多个序列序列与信息单元对应的一组连续帧帧数据传输的基本单元每个帧包含五个部分：SOF、帧标头、数据字段、CRC和EOFSOF4个字节数据字段0-2112个字节CRC4个字节EOF4个字节帧标头24个字节FC帧连接结构服务正如光纤通道标准中的定义，所有FC交换机（无论制造商是谁）都可提供一组常见服务。这些服务位于特定的预定义地址。其中一些服务是连接结构登录服务器、连接结构控制器、名称服务器和管理服务器。模块5：光纤通道存储区域网络24连接结构服务描述连接结构登录服务器在节点的连接结构登录过程的开始部分使用位于FFFFFE的预定义地址名称服务器负责名称注册和节点端口的管理位于预定义地址FFFFFC连接结构控制器负责管理注册状态更改通知(RSCN)并将其分发到附加的节点端口负责将SW-RSCN分发到每个其他交换机SW-RSCN可使所有交换机上的名称服务器保持最新位于预定义地址FFFFFD管理服务器支持使用连接结构管理软件进行FCSAN管理位于预定义地址FFFFFA连接交换结构中的登录类型连接结构登录(FLOGI)发生在N_Port和F_Port之间节点将具有WWN的FLOGI帧发送到交换机上的连接结构登录服务器节点从交换机获取FC地址FLOGI后，N_Port会立即向交换机上的名称服务器注册，指明其WWN、端口类型、分配的FC地址等。N_Port查询有关所有其他已登录端口的名称服务器端口登录(PLOGI)发生在两个N_Port之间，用于建立会话交换与会话相关的服务参数进程登录(PRLI)发生在两个N_Port之间，以交换ULP相关参数模块5：光纤通道存储区域网络25模块5：光纤通道存储区域网络(FCSAN)本课程将讲述下列主题：网格和核心-边缘拓扑分区的优点分区的类型第3课：FCSAN拓扑和分区模块5：光纤通道存储区域网络26网状拓扑完全互连每个交换机都与其他交换机相互连接主机到存储通信最多需要1个ISL或跃点主机和存储可连接到任意交换机部分互连并非所有交换机都与其他交换机相互连接与完全互连拓扑相比，部分互连提供的可扩展性更好。但是，如果没有正确放置主机和存储设备，则部分互连结构中的通信管理可能比较复杂，而且由于通信聚合过多，ISL可能会过载。

模块5：光纤通道存储区域网络27FC交换机存储阵列服务器完全互连FC交换机存储阵列服务器部分互连核心-边缘拓扑包含边缘和核心交换机层边缘层通常包括交换机，它提供了一种向结构添加更多主机的廉价方案。核心层通常包括用于确保连接结构高可用性的控制器。存储通常连接到核心层在核心-边缘拓扑中，边缘层交换机彼此不相连。核心-边缘连接结构拓扑提高了SAN内的连接性，同时保证了总体的端口利用率。模块5：光纤通道存储区域网络28FC交换机FC交换机FC交换机存储阵列FC控制器服务器边缘层核心层FC交换机FC交换机FC交换机存储阵列FC控制器服务器FC控制器核心层边缘层分区分区集由分区组成每个分区由分区成员（HBA和阵列端口）组成优点限制RSCN通信提供访问控制模块5：光纤通道存储区域网络29它是FC交换机的一种功能，使连接结构中的节点能够在逻辑上分为各个组，并且组间可以相互通信。分区存储阵列服务器阵列端口HBA端口FCSAN服务器分区1分区2虚拟机管理程序分区类型模块5：光纤通道存储区域网络30分区2分区3端口1端口5WWN10:00:00:00:C9:20:DC:40WWN10:00:00:00:C9:20:DC:56WWN10:00:00:00:C9:20:DC:82WWN50:06:04:82:E8:91:2B:9E分区1（WWN分区）=10:00:00:00:C9:20:DC:82；50:06:04:82:E8:91:2B:9E分区2（端口分区）=15,5；15,12分区3（混合分区）=10:00:00:00:C9:20:DC:56；15,12服务器存储阵列FC交换机交换机域ID=15分区1端口12端口9模块5：光纤通道存储区域网络(FCSAN)本课程将讲述下列主题：数据块级存储虚拟化虚拟SAN第4课：SAN中的虚拟化模块5：光纤通道存储区域网络31数据块级存储虚拟化在SAN中提供虚拟化层抽象化数据块存储设备并通过聚合LUN创建存储池虚拟卷是从存储池创建并分配到主机的虚拟化层可将虚拟卷映射到LUN优点在线卷扩展无中断迁移模块5：光纤通道存储区域网络32虚拟卷存储阵列存储阵列服务器虚拟化应用装置服务器LUNLUNLUNLUNFCSAN存储池虚拟机管理程序数据块级存储虚拟化在SAN中提供虚拟化层抽象化数据块存储设备并通过聚合LUN创建存储池虚拟卷是从存储池创建并分配到主机的虚拟化层可将虚拟卷映射到LUN优点：在线卷扩展无中断迁移模块5：光纤通道存储区域网络33虚拟卷存储阵列存储阵列服务器虚拟化应用装置服务器LUNLUNLUNLUNFCSAN存储池虚拟机管理程序使用情形：数据中心中的数据块级存储虚拟化模块5：光纤通道存储区域网络34数据中心2数据中心1服务器服务器服务器存储阵列存储阵列虚拟化层虚拟化应用装置虚拟卷服务器FC或IP虚拟卷FCSANFCSAN虚拟机管理程序虚拟机管理程序提供在多个数据中心连接虚拟化层的功能。连接的虚拟化层以集中方式管理，用作跨数据中心延伸的一个虚拟化层。这便联合了数据中心中和跨数据中心的数据块存储资源。虚拟SAN(VSAN)/虚拟结构每个VSAN都有自己的连接结构服务（名称服务器、分区）、配置和一组FC地址VSAN可提高SAN安全性、可扩展性、可用性和可管理性模块5：光纤通道存储区域网络35它是FCSAN上的逻辑连接结构，支持在一组节点中进行通信，无论其在连接结构中的物理位置如何。VSAN存储阵列存储阵列服务器服务器服务器服务器FCSANVSAN20VSAN10虚拟机管理程序虚拟机管理程序模块5：光纤通道存储区域网络(FCSAN)EMCConnectrixEMCVPLEX付诸实践的概念：模块5：光纤通道存储区域网络36EMCConnectrixConnectrix系列包括网络存储连接产品提供高速FC连接、具有超强恢复能力的交换技术、智能IP存储网络和利用通过以太网的光纤通道实现I/O整合Connectrix系列包含企业控制器、部门交换机和多用途交换机模块5：光纤通道存储区域网络37企业控制器部门交换机多用途交换机EMCVPLEX提供数据块级存储虚拟化和数据移动性的解决方案–在数据中心中和跨数据中心使位于两个位置的多个主机能够访问数据的一个拷贝提供在位置中和跨各个位置镜像虚拟卷的功能允许位于不同数据中心的主机能够同时访问同一虚拟卷的缓存一致性拷贝VPLEX系列包含三种产品VPLEXLocalVPLEXMetroVPLEXGeo模块5：光纤通道存储区域网络38模块5：总结本模块涵盖以下要点：FCSAN组件和连接选项FC协议堆栈和寻址FC