培训讲义-part1存储基础知识

雷葆华存储知识概述Day1

存储就是根据不同的应用环境通过采取合理、安全、有效的方式将数据保存到某些介质上并能保证有效的访问，总的来讲可以包含两个方面的含义：一方面它是数据临时或长期驻留的物理媒介；另一方面，它是保证数据完整安全存放的方式或行为。数据存储就是把这两个方面结合起来，向客户提供一套数据持久化、访问、维护的解决方案内存、硬盘、外部存储设备（U盘、移动硬盘、软盘）存储在传统计算机架构中的功能和作用2数据存储发展趋势海量数据增长数据组成发生变化数据挖掘需求增多云计算的几个特征云计算的认识框架云存储用户需求种类一背景挑战现有数据容量亚洲最大基因研究所1999成立,逐步成为亚洲最大,世界第三大基因研究所要求驱动超过100台Illumina测序仪要求消除DNA测序工作流中的数据碎片和性能瓶颈每天20TB的数据量增长7PB左右的数据容量云存储需求种类二背景挑战现在部署架构美国最大电信运营商之一需要创建新的内容服务给最终用户提供的数据存储服务容量要求高、访问要便利、成本要低在全国任意位置访问效果要好全国多个城市部署，联合架构对用户透明自服务门户模式多种终端支持云存储需求种类三背景挑战期望部署架构国内大型企业IT经过多年发展，已经形成规模庞大，应用众多的体系多厂商、多种类、数量多的存储体系应用和存储设备之间的关联复杂，管理不便，变更麻烦统一的存储供应体系和流程层次化的存储架构企业云存储使用参考存储服务与云服务存储服务管理框架参考存储服务管理建设流程一个典型的服务系统由以下几部分组成应用服务器文件系统存储连接系统物理存储系统存储的基本技术物理存储技术存储连接技术存储网络技术存储管理技术存储基础知识13按介质分类磁盘存储磁带存储光盘存储磁盘存储分类JBOD（JustaBunchOfDisks，简单磁盘组）在RAID实现中没有使用磁盘冗余的磁盘组。当配置为JBOD时，磁盘组中每一磁盘本身都是一个阵列RAID（独立磁盘冗余阵列）是一种专为通过使用磁盘阵列和数据条纹化技术来提高数据可用性而设计的架构存储基础知识－存储的分类14主轴转速：目前主流的磁盘在10000rpm和15000rpm平均寻道时间：指磁头移动到数据所在磁道需要的时间，这是衡量硬盘机械性能的重要指标外部传输率：也称为突发数据传输率(BurstdataTransferRate)或接口传输率，指从硬盘的缓存中向外输出数据的速度，目前采用Ultra160SCSI技术的外部传输率已经达到了160MB/s内部传输率也称最大或最小持续传输率(SustainedTransferRate)，是指硬盘在盘片上读写数据的速度，现在的主流硬盘大多在30MB/s到60MB/s之间。内部传输率要小于外部传输率，所以只有内部传输率才可以作为衡量硬盘性能的真正标准单碟容量缓存:提高硬盘高速缓存的容量也是一条提高硬盘整体性能的捷径衡量磁盘存储系统的性能指标16UptoamaximumBurstI/Orate–cachereads（IOPS）UptoamaximumSustainedI/Orate–diskreads（IOPS）UptoamaximumSustainedI/Orate–diskwrites（IOPS）UptoamaximumSustainedthroughput

–diskread（MB/S）UptoamaximumSustainedthroughput

–diskwrite（MB/S）衡量磁盘存储系统的性能指标17JBOD（JustaBunchOfDisks，简单磁盘组）——在RAID实现中没有使用磁盘冗余的磁盘组。当配置为JBOD时，磁盘组中每一磁盘本身都是一个阵列独立磁盘冗余阵列（RAID）----是一种专为通过使用磁盘阵列和数据条纹化技术来提高数据可用性而设计的架构。存储基础知识－Raid18RAID0：数据条纹化，无奇偶数据存储基础知识－Raid19RAID0按顺序将数据以条纹化的方式存储到多个磁盘上，允许对数据进行并行读或写操作，因而能够提供非常高效的数据传输速率没有数据冗余，所以不是一种真正的RAID架构当一个磁盘发生故障时，将不能重新生成存放在这一磁盘上的数据，而且由于使用了数据条纹化的缘故，所有条纹化的数据都将变为不可用不要将RAID0用于要求高数据可用性的关键应用RAID1:镜像系统在不同的磁盘上创建并维护数据的两份拷贝，相互作为对方的镜像。如果主拷贝处于忙的状态，那么读请求将被引导至镜像拷贝，所以RAID1为提高读操作性能提供了机会。存储基础知识－Raid20RAID1是成本最高的阵列实现提供了最好的数据可用性，从磁盘发生故障的角度看，RAID1的阵列配置使用的磁盘数量最少当一个磁盘发生故障时，RAID1提供了最高的性能RAID10也称为RAID0+1，它是RAID0（条纹化）和RAID1（镜像）的组合由一组存放用户数据的磁盘及其镜像磁盘对组成，没有可用于重建故障磁盘的奇偶磁盘通过将这两者结合在一起，RAID10在提供数据保护的同时，还能够提供很好的I/O性能。存储基础知识－Raid21RAID5：独立访问，可提供分布式奇偶信息的数据条纹化存储基础知识－Raid22RAID5采用了奇偶校验和并行传送技术，在每个条带片上都有相当于一个“块”那么大的地方被用来存放奇偶位RAID5没有专用的奇偶磁盘，它使数据和奇偶信息交叉分布在所有磁盘上RAID5的存储结构非常适合于电子邮件、电子表格和数据库应用等数据传输和事务处理。其它Raid技术Raid2：并行访问，使用加权平均代码的数据条纹化Raid3：并行访问，使用奇偶信息的数据条纹化Raid4：独立访问，使用专用奇偶信息的数据条纹化Raid6：独立访问，使用双分布式奇偶信息的数据条纹化Raid50：Raid5和Raid10的组合存储基础知识－Raid23RAID3以条纹化的方式或顺序的方式将数据分散存储到多个磁盘上区别一：奇偶校验信息的存储RAID3使用一个专用磁盘来存储奇偶信息RAID5没有专用的奇偶磁盘，它使数据和奇偶信息交叉分布在所有磁盘上区别二：访问臂的移动RAID3通过所有访问臂的一次并行移动来写入或检索数据在RAID5中，访问臂可以相互独立地移动（图B-4），能够对阵列设备进行多个并发访问区别三：数据操作单位RAID3中，每一次数据传输都会涉及到所有的磁盘；在RAID5中，大多数数据传输只涉及到一个数据磁盘存储基础知识－Raid24Raid3和Raid5的区别RAID3适合大型顺序数据块的读写，RAID5非常适合用于小数据块的随机数据访问当面对要求高数据可用性的环境以及应用程序处理的是相对较短的数据记录，或大型顺序数据记录和短随机数据块的混合体时，应考虑使用RAID5写惩罚（writepenalty）现象：在Raid5中，每一次写I/O操作将导致实际执行4次I/O操作——2次读操作分别是读取老数据和奇偶数据，2次写操作分别是写入新数据和奇偶数据如何减少写惩罚一个有效的方法是使用高速缓存，这种方法可以根据对磁盘I/O请求的预期，通过将数据临时存放在高速缓存之中来提高性能将访问过的数据保留在高速缓存之中使用高速缓存将写请求“捆绑”在一起，当可以将一大块连续数据写入到缓存以后再通过一次I/O操作将这些数据写入到磁盘。存储基础知识－Raid25Raid5的写惩罚存储基础知识－Raid||+1234567890|26RAID0RAID1RAID3RAID5RAID10方法磁盘条纹化磁盘级镜像并行传输磁盘（使用奇偶信息）独立数据访问镜像要求磁盘数量N2NN+1N+12N数据保护无很高高高很高数据速率极高读操作：单一磁盘的2倍写操作：与单一磁盘类似与单一磁盘类似与单一磁盘类似读操作：单一磁盘的2倍写操作：与单一磁盘类似性能高高（读密集型应用）中等（写密集型应用）中等中等（在写密集型环境中可能存在写惩罚）高成本低高（成本最高为RAID0的2倍）中等中等高Raid小结20世纪80年代，连接主机和存储设备的标准方法是通过像IDE或并行SCSI这样的接口实现的点对点的DAS方式磁盘连接技术－历史发展127问题：存储子系统变得越来越大并行SCSI连接从主机延伸出来的越来越远I/O（输入/输出）速率也在不断增长并行传输中的信号一致性问题？光纤通道FC的出现ANSI光纤通道标准始于1988-89年最初动机来自I/O设计人员，这些人员希望能够实现在光纤距离（数十公里）上高效工作的带宽更高的I/O通道iSCSIIP网络的普遍性，解决互通性，降低网络建设成本将SCSI数据封装在IP数据包之中，通过IP网络进行传输，这样就可以使在网络上传送数据更加便利，而且可以实现远程存储管理磁盘连接技术－历史发展228IDE（IntegratedDriveElectronics），本意是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，也叫ATA（AdvancedTechnologyAttachment）接口两大优点易于使用价格低廉IDE传输模式PIO(ProgrammedI／O)模式DMA(DirectMemoryAccess)模式UltraDMA模式(简称UDMA)模式SerialATA：（即串行ATA）磁盘连接技术－IDE技术29SCSI（发音为“skuzzy”），是小型计算机系统接口（SmallComputerSystemInterface）的缩写SCSI接口类型内置分为50针、68针和80针外型和IDE数据线一样，只是针数和规格稍有差别，主要用于连接光驱和硬盘外置AppleSCSI，共有25针，分为两排，8位，常用于Mac机和旧式Sun工作站。Centronics，共有50针，分为两排，8位，有点像并行口，它可以连接的设备数目最多。SCSI-2，共有50针，分为两排，8位SunMicrosystem的DD-50SA，共有50针，分为三排SCSI-3和WideSCSI-2，共有68针，分为两排，16位。旧式DEC单终结SCSI使用68针高密接口

SCA，共有80针，分为两排磁盘连接技术－SCSI技术30SCSIIDID（identify）作为SCSI设备在SCSI总线的唯一识别符，绝对不允许重复，可选范围从0到15，SCSI主控制器通常占用id7，即是说我们可以用在设备上的ID号共有15个在SCSI总线中，控制器也算一个设备，即实际最大可连接设备数目=理论最大支持设备数总线终结器告诉SCSI主控制器整条总线在何处终结，并发出一个反射信号给控制器，必须在两个物理终端作一个终结信号才能使用SCSI总线实际应用中，SCSI设备总是以链形来连接的，按顺序就能分辨出哪一个是终结设备三种终结方式：自终结设备、物理总线终结器和自终结电缆磁盘连接技术－SCSI技术31SCSI基础知识SCSI协议基础总线/目标/LUN三元组标识SCSI目标三元组和逻辑盘符之间的映射，提供了在物理设备和上层文件系统之间的转换磁盘连接技术－SCSI技术32SCSI基础知识SCSI标准SCSI-11986年成为一项ANSI标准支持同步和异步SCSI外围设备，允许将最多7个设备连接到1个适配器，并提供了一条1字节的并行总线异步传输速率通常在1到2.5MB/秒，同步设备可以达到4到10MB/秒SCSI-21994年1月31日获得正式批准，向下兼容SCSI设备，但是SCSI总线性能将会受到这些设备的限制SCSI-3目前广泛使用的是SCSI-3标准以四种互连技术为中心：SCSI-3并行接口（SPI）、光纤通道物理和信令接口（FC-PH）、IEEEP1394高性能串行总线和串行存储架构总线（SSA-PH）磁盘连接技术－SCSI技术33SCSI-3SPI所有的电缆、连接器和终端与SCSI-2基本上可以保持不变Fast-20Narrow（8-位总线，最高20MB/秒）、Fast-20Wide和UltraSCSI

（16-位总线，最高40MB/秒）FC-PH允许在长达10米的距离上高速串行数据传输（100MB/秒）SSA-PH，串行，在一个基于SSA的存储网络的同一环路上，最多可安装128个不同的存储设备两种总线接口：单端子或差分SCSI总线接口磁盘连接技术－SCSI技术34光纤通道（FC）定义节选逻辑上属于双向点到点串行数据通道，结构设计上着重于提高性能。物理上，FC可以是多个通信端口（称为N_端口）的互连，这些端口的互连是通过一个被称为fabric的交换网络或一条点到点连接。 光纤是一个通用的术语，覆盖了FC支持的所有物理介质类型，包括：光纤、同轴电缆、双绞线一个能够支持多种物理接口类型和速度的接口：ATM、SCSI等一个能够传输大量和不同类型信息（数据、视频、音频）的高速接口一个能够支持很多不同传输机制的接口一个使用不同光传输选项的接口：单模、多模磁盘连接技术－光纤通道技术35光纤通道仲裁环路以较低的成本提供了相对较高的带宽和较多的连接。当一个节点需要传输数据时，它可以在环路上自由地建立一个虚拟点到点连接。在建立这一点到点（虚拟）连接以后，这两个节点在完成数据传输操作之前将占用环路的全部带宽。数据传输完成后，环路上的任何节点都可以要求通过仲裁获得环路的控制权磁盘连接技术－光纤通道技术36光纤通道技术点到点结构环路拓扑结构光纤通道交换机的功能与传统的网络交换机类似，区别在于它们所支持的端口数量和介质类型磁盘连接技术－光纤通道技术37光纤通道技术非级联交换网络级联交换网络DAS（Direct-AttachedStorage）直连式存储FAS（Fabric-AttachedStorage）网络存储

NAS（Network-AttachedStorage）网络接入存储

SAN（StorageAreaNetwork）存储区域网络存储基础知识－存储的分类38将数据从通用的应用服务器中分离出来以简化存储管理三种主流的存储网络技术DASSANNAS新的存储网络技术IPSAN其它存储基础知识－存储网络技术39存储基础知识－存储网络技术40DASNASSANDirectAttachedStorage—直接附加存储，是指将存储设备通过SCSI接口或光纤通道直接连接到一台计算机上DAS的适用环境

1）服务器在地理分布上很分散，通过SAN或NAS在它们之间进行互连非常困难时(商店或银行的分支便是一个典型的例子)2）存储系统必须被直接连接到应用服务器（如MicrosoftClusterServer或某些数据库使用的“原始分区”）上时；

3）包括许多数据库应用和应用服务器在内的应用，它们需要直接连接到存储器上，群件应用和一些邮件服务也包括在内。DAS41缺点直连式存储与服务器主机之间的连接通道通常采用SCSI连接，带宽为10MB/s、20MB/s、40MB/s、80MB/s等，随着服务器CPU的处理能力越来越强，存储硬盘空间越来越大，阵列的硬盘数量越来越多，SCSI通道将会成为瓶颈；服务器主机SCSIID资源有限，能够建立的SCSI通道连接有限。无论直连式存储还是服务器主机的扩展，都会造成业务系统的停机直连式存储或服务器主机的升级扩展，只能由原设备厂商提供，往往受原设备厂商限制DAS42SAN(存储区域网络)通过光纤通道交换机连接存储阵列和服务器主机，建立专用于数据存储的区域网络SAN存储采用的带宽从100MB/s、200MB/s，发展到目前的2Gbps、4Gbps通过专用光纤通道交换机访问数据，采用SCSI、FC-AL接口为什么要引入SAN存储技术？打破数据与应用系统紧密结合所产生的结构性限制突破小型计算机系统接口（SCSI）标准的限制SAN的优势构建一个真正开放的平台实现存储整合和资源共享：存储池提高数据备份效率：局限在SAN网络内部存储设备之间SAN431）多种计算机平台的共享；2）多厂商存储产品的集成NetworkAttachedStorage—网络附加存储，即将存储设备通过标准的网络拓扑结构(例如以太网)，连接到一群计算机上。用户通过TCP/IP协议访问数据，采用业界标准文件共享协议如：NFS、HTTP、CIFS实现共享NAS是部件级的存储方法，它的重点在于帮助工作组和部门级机构解决迅速增加存储容量的需求（需要共享大型CAD文档的工程小组就是典型的例子）NAS的优点：NAS产品是真正即插即用的产品。NAS设备一般支持多计算机平台，用户通过网络支持协议可进入相同的文档，因而NAS设备无需改造即可用于混合Unix/WindowsNT局域网内。NAS设备的物理位置很灵活的，可放置在工作组内，靠近数据中心的应用服务器，或者也可放在其他地点，通过物理链路与网络连接起来。没有解决与文件服务器相关的一个关键性问题，即备份过程中的带宽消耗NAS44两者最本质的不同就是文件管理系统在哪里NASNAS有自己的文件系统管理，每个应用服务器通过网络共享协议（如：NFS、CIFS）使用同一个文件管理系统NAS将目光集中在应用、用户和文件以及它们共享的数据上NAS包括一台服务器、一个操作系统以及由网络中很多其它服务器和客户机共享的存储。因此，NAS是一个专用的服务器或设备，而不是一种网络基础设施，共享存储被连接到这一NAS服务器上。SANSAN结构中，文件管理系统（FS）还是分别在每一个应用服务器上SAN专注于磁盘、磁带以及联接它们的可靠的基础结构NAS和SAN的区别45SNIA存储体系架构体系架构图三种存储在SNIA架构中的位置SAN技术及体系架构（存储和网络概念）SAN组件第二讲：存储区域网(SAN)技术及体系结构46SNIA存储体系架构图47基于主机基于SAN基于设备DAS三种存储在SNIA架构中的位置48NAS三种存储在SNIA架构中的位置49SAN三种存储在SNIA架构中的位置50SAN的概念就是提供一个保证大量数据能够在其上可靠的传输于服务器与存储设备（JBODs、磁带驱动器和RAID系统）之间的底层架构。SAN的体系架构51顶层使用桌面进行数据表达，桌面基于个人计算机（PC）或网络计算机（NC）中间层是应用程序服务它负责数据处理桌面访问应用程序服务应用程序服务器，再去使用存储在底层的数据底层是存放数据的存储设备SAN的基础是存储接口，所以是与传统网络不同的一种网络，常常被称为服务器后面的网络SAN通过以下三种方式支持服务器与存储设备之间的接高速数据传输，绕过传统网络的瓶颈服务器到存储设备：传统的相互作用，多个服务器可串行或并行访问一个存储设备服务器到服务器：用于服务器之间的高速大容量数据通信存储设备到存储设备：通过这种外部数据传输能力，可以在不需要服务输数据，从而使服务器CPU周期能更多地用于其他程序处理。如：备份，远程设备镜像等SAN的体系架构52SAN的优点增强应用程序的可用性：数据存储独立于应用程序，并且可通过多个路径访问使应用程序表现出更高的性能：存储过程脱离服务存储的集中和整合：使管理更加简单，具有更好的可扩展性数据的远程传输和保管：数据的远程拷贝提供了更好的灾难保护能力简化集中式管理：单一存储介质映像简化了管理过程SAN的体系架构53SAN服务器基础结构，包括多种异构服务器，WindowsNT、Unix、LinuxSAN存储存储基础结构是信息所依赖的基础基础结构应该能够提供更好的网络可用性、数据访问性和系统管理性使其不依赖于特定的服务器总线，而且将其直接接入网络。换句话说，存储被外部化，其功能分散在整个组织内部SAN组件54SAN互连线缆：铜线和光纤连接器千兆位连接模块（GigabitLinkModel，GLM）千兆位接口转换器（GigabitInterfaceConverter，GBIC）媒介接口适配器（MediaInterfaceAdapters,MIA)适配器扩展器多路复用器SAN组件55SAN所使用的很多术语都可以在IP网络术语中找到原型，但要注意其中的区别SAN互连2集线器路由器存储路由器数据的路由选择使用的是FCP（SCSI）之类的存储协议，而不是TCP/IP之类的通信协议网桥网桥的作用是使LAN/SAN能够与使用不同协议的其它网络通信网关网关是网络上用来连接两个或更多网络或设备的站点，可能执行也可能不执行协议转换。交换机连接大量设备、增加带宽、减少阻塞和提供高吞吐量的一种高性能设备SAN组件56SAN应用程序共享资料库和数据共享：多个服务器对公共数据的共享存储共享：多个服务器共享单一存储子系统数据拷贝共享：实现不同平台对相同数据的访问“真正”数据共享：只有一份数据的拷贝被多个平台（无论是同构还是异构）访问，每一个平台都对数据的单一拷贝进行读写数据保管和数据备份：LAN-Free,ServerFree数据交换：指将数据从一个存储系统转移到另一个存储系统群集数据保护和灾难恢复SAN组件57SAN管理资产管理容量管理配置管理性能管理可用性管理SAN组件58FC-SAN体系架构光纤通道技术层次模型FC-SAN拓扑结构 点到点仲裁环光纤网光纤通道产品第三讲：FC-SAN技术及体系结构59FC-SAN体系架构60SAN系统的三个基本元素：目标设备、发起设备和互联设备。目标设备通常是SAN系统中的存储设备。发起设备是一种在SAN系统中主动搜索并且影响目标设备的设备，例如服务器和工作站。从底层构架的角度来看，SAN系统中最重要的组件就是互联设备，这就是交换机其他两种常见的设备光纤通道集线器可以实现与以太网集线器类似的功能路由器通常用来连接不同的协议，比如光纤通道协议和以太网协议的连接，或是光纤通道协议和SCSI协议的连接都可以使用路由器“路由器”和“网桥”的概念在光纤通道中是可互换的，路由器提供的是一对多或多对多的连接，而网桥只能以一对一的连接方式来工作FC-SAN体系架构61JBOD、Raid、磁带驱动器光纤通道技术融合了网络连接的灵活性和通道连接的高速度和稳定性，更重要的是它在没有性能损失的前提下允许你连接大量的设备。所谓通道就是一条高速的信息导体，不同于网络的是它用到了大量的通道硬件技术用的更多。一般通道专用于传输两个硬件设备之间的流式数据网络则更专注于连通性，在网络环境中可以灵活地增加或减少节点基于光纤通道的SAN架构的优势在于数据传输的高度可靠性另一个优势是它的可扩展性。FC-SAN体系架构—优点62业界普遍的说法：SAN一般是指以光纤通道（FibreChannel，FC）结构为基础光纤通道是一种结构体系，用来传送IPI通信、IP通信、FICON通信、FCP（SCSI）通信以及使用其他协议的可能通信，所有这些通信都处于标准FC传输的同一级别上。和以太网很相似，在以太网中，IP协议、NetBIOS协议和SNA协议在单一以太网适配器上同时使用注意有些人将光纤通道结构视为SCSI的光纤版本，是不对的光纤通道中光纤（Fibre）一词是用法语形式而不是用美语形式拼写的，这是因为节点之间的互连并不一定非使用光纤，还可以使用铜缆光纤通道结构63FC-4是光纤通道标准集中的最高级别。它定义了底层光纤通道和上层协议（ULP）之间的映射。FC-3定义了一组覆盖一个节点中多个端口的公共服务。FC-2定义了信号协议，包括帧结构和字节顺序。FC-1定义了传输协议，包括串行编码、解码和错误控制。FC-0定义了光纤通道的物理部分，包括光纤、连接器以及多种数据传输速率和物理介质的光学参数和电气参数。光纤通道技术层次模型64光纤通道技术

光纤通道协议层SCSI命令或数据映射成光纤通道中的数据帧第一类——连接认可服务提供的连接相当于专有物理连接，以最初的顺序发送认可的帧。·第二类——无连接认可服务从多个数据源多点发送认可的帧，但不能保证帧的次序。·第三类——未认可无连接服务与第二类相似，但没有帧认可，在缓冲器级控制数据流。·第四类——面向部分带宽连接的服务与第一类相似，但只能保证最小的带宽。如果可用的带宽足够，第二类和第三类的帧将共享连接。·第六类——单一连接服务与第一类相似，但提供多点传播和优先抢占。ClassF－－在光纤网中用于交换机到交换机之间的通信光纤通道服务类65结点指的是通信设备结点由一个唯一的8字节名字，即World-WideName(WWN)来标识每个结点可以包含多个端口（N_Port），每个N_Port具有一个唯一性的8字节Port_Name每个N_Port具有一个24位的端口地址，即N_PortID，用于帧的路由F_Ports：光纤通道光纤网交换机端口FL_Ports：将环路连接到fabric上的端口，仲裁环路可以连接到这些端口上E_Ports：扩展端口，用来连接其它交换机G_Port：可以支持结点或扩展的结点附接GL_Port：可以支持结点、环或扩展的端口附接B_Port：桥接端口，用于将光纤网连接到非光纤通道互连或网络命名和编址的约定66

点对点拓扑结构光纤通道仲裁环路（FC-AL）拓扑结构交换fabric拓扑结构FC-SAN拓扑结构67最基本的用途是直连一台设备到交换机或其它网桥设备这样做将严重浪费资源，因为光纤通道组件比目前生产出的磁盘快得多，磁盘不可能完全利用光纤通道提供给它的带宽FC-SAN拓扑结构--点对点68光纤通道仲裁环路以较低的成本提供了相对较宽的带宽和较高的连通性。如果一个节点需要传输数据，它必须首先通过仲裁获得网络的控制权。一旦获得了控制权，它就可以与环路上的其它节点建立点对点（虚拟）连接。点对点（虚拟）连接建立后，这两个节点将享有环路的全部带宽，直至数据传输操作结束为止。数据传输完成，环路上的任何节点就可以重新通过仲裁赢得环路控制权。光纤通道仲裁环路69设备在仲裁环路中被连接成环形。环Hub使得环形拓扑结构变成物理上的星形配置仲裁环物理地址（AL_PA）是动态分配的单字节的标识符光纤通道仲裁环路—工作方式70仲裁环路的初始化过程是很复杂的。它的复杂性在于必须准确的为环路中所有的设备分配仲裁环路物理地址（AL_PA）环初始化确保每台设备都有唯一的AL_PA环初始化后，发起方（服务器）通过端口登录找到目标（磁盘）环端口状态机监控环上的行为，并负责初始化和环存取环存取通过仲裁获得，公平算法使得所有的参与者都有机会利用环环仲裁是非广播式的，帧的接收者从环上得到它们专用环设备不支持光纤网服务，公用环设备通过登录获得一个环标识

在单一环路上最多可以支持126个设备利用集线器和绕行端口，设备可以进行热交换环路具有自我发现功能（它能够发现环路上的成员，并通知环路上所有其它成员）端口逻辑可以在不影响其它数据传输的情况下，将失效节点从环路上孤立分割出来可以实现虚拟点对点通信环路可以与其它环路互连，从而形成自己的网络环路可以连到光纤通道交换机上，进行扇型扩展，即具有网络扩容的能力光纤通道仲裁环路－特点71环支持10Km的连线长度，更长的连线将造成所有信息传送的延迟有关键任务的环境中应该使用可管理的环Hub冗余环提供了冗余的数据通路和硬件，以用于故障恢复当环路中的设备很少并发的被访问时，可以考虑使用环路拓扑结构不同厂商的设备之间的协作性能一直是仲裁环路结构的最主要的话题光纤通道仲裁环路72交换（fabric）网络73非级联交换网络级联交换网络扩展性好。光纤网寻址方式可提供超过1500万个不同的地址标识允许设备在系统中动态的加入和移除而对其它节点没有任何影响仲裁环路在增加和减少节点时都需要将整个系统重新初始化

带宽大一个环路支持100MB/s的总带宽，这些带宽由所有连接共享；与此相比，一个交换机能够支持任意两个端口之间的100MB/s通信。更高效的利用带宽使用硬件电路来路由节点间的路径交换（fabric）网络－优势74连接一个交换网络由多个光纤通道交换机组成，每个光纤网端口为附接的设备提供全带宽光纤网可以被配置成一个网状的拓扑结构，以提供冗余的连接N_Port通过登录与光纤网交换机建立逻辑连接E_Port连接使得光纤网可以扩展，以提供更多的端口一些光纤网交换机可支持专用环设备，并让公用环设备访问他们交换（fabric）网络－工作原理75寻址3字节的端口地址被分为Domain字段、Area字段和Port字段主交换机确保了每台交换机都有唯一的Domain_IDN_Port将其World-WideName和服务参数注册到简单名字服务器（SNS），以用于发现目标注册状态转变通告（RSCN）使得一个设备在其对应的通信者离开或重新接入光纤网中时得到通知分区策略通过端口或World-WideName来将设备分段光纤网最短路径优先（FSPF）协议根据交换机之间的可用带宽，决定最佳网络路径交换（fabric）网络－工作原理76光纤网和环Hub可以联合使用，以创建集成的SAN交换网和环77好处：将原有的环附接到光纤网上，可以灵活分配带宽，并且有效利用交换机端口线缆和介质收发器（GBIC）主机总线适配器（HBA）光纤通道RAID光纤通道JBOD仲裁环Hub交换式Hub光纤网交换机FibreChannel-to-SCSI桥接器光纤通道产品—概述78在光纤通道中借用了大量的以太网中常用的专业术语，虽然名字是一样的，但是它们的工作方式是完全不同的，注意区分IPSAN概述光纤通道扩展解决方案FCIP和光纤通道WAN桥接本地IP存储协议Internet光纤通道协议InternetSCSIIPSAN技术 IPSAN发现IPSAN安全和服务质量IPSAN产品第四讲：IP-SAN解决方案79IPSAN的定义使用IP作为串行SCSI技术使用IP协议对已有的FCSAN的连接和扩展IPSAN技术

iSCSI–纯粹的IPSANFCIP和iFCP–FC到IP的过渡技术IPSAN的优点通用的技术低成本的管理良好的广域网连接灵活的QoS机制和安全性IPSAN概述80一种使用IP隧道的光纤通道扩展解决方案是一个点到点的广域连接，在扩展链路的两端保留了光纤通道交换机FCIP（FibreChanneloverIP）81光纤通道WAN桥接82通过非光纤通道拓扑（如ATM）传输光纤通道报文通过桥接器上的B_Port（桥接端口）进行连接两种协议：iFCP和iSCSI为存储的每个参与方分配单独的IP地址这样，来自任何设备的流量都可以应用于IP路由和TCP会话控制FCIP隧道中，IP地址是分配给FCIP隧道网关，而不是分配给每个单独的存储设备iFCP从光纤通道向IPSAN发展而来把光纤通道终端设备映射为一个TCP参与方效果：SAN中可以没有光纤通道的光纤网，并且解决了FCIP隧道问题iSCSI与光纤通道没有一点关系创建全新的IPSAN本地IP存储协议83Internet光纤通道协议（iFCP）84Internet光纤通道协议（iFCP）85是一个网关到网关的协议，它通过TCP/IP网络为FC终端设备提供对FC光纤网的访问功能iFCP网关能够支持光纤网服务，如光纤网登录、SNS注册和查询、状态转变通告（光纤通道设备域和IP域之间）iFCP协议必须把光纤通道行为与IP行为进行转换（iFCP层）光纤通道设备的24位光纤网地址映射成一个唯一的32位IP地址iFCP特性结合了自治区域的故障隔离特性和IP网络的可扩展性特有贡献在于创建网关区域为多个光纤通道设备集合之间提供通信将本地SAN的破坏行为隔离在该网关区域内iSCSI是由IETF开发的一种基于存储网络的新的Internet协议，iSCSI的原理是将SCSI数据封装在IP数据包之中，通过IP网络进行传输，这样就可以使在网络上传送数据更加便利，而且可以实现远程存储管理。由于IP网络普遍存在，iSCSI可以在局域网（LANs）、广域网（WANs）或Internet上传输SCSI数据。iSCSI（InternetSCSI）86iSCSI（InternetSmallComputerSystemInterface）SCSI技术广泛使用并行SCSI、串行SCSIiSCSI=SCSIoverIP，串行SCSI技术为什么是iSCSI相对于FCSAN来说，提高了一种低成本的、使用TCP/IP协议的远程存储接入较好的资源利用率较好的互操作性成熟的IP技术，部署容易iSCSI（InternetSCSI）87iSCSI和SCSI都是基于Server/ClientInitiator（引发器，Client）Target（目标，Server）iSCSINode（Initiator、Target