详解服务器、存储和网卡知识

服务器通用基础知识

客户需求决定着服务器的发展方向

Scale・up纵向扩展：提升单台服务器的性能、

可扩展性'及高可先'高可用性。适应于金融交易、

科学研究、气象分析等领域.

应用场景1:关键业务（企业核心数据库,核心

应

Hyper-converged超融合：将计算、、

存储、网络、管理放到一个箱子中，达到高i

度融合、优化性能、简单易用的目的.

应用场景3:触合架构（高性能效提分..

析'HPC、T化数据中心）

ConvergeScaleOut

d

Scale-out横向扩有通过分布式架构，

将工作任务拆散给多台服务器进行处理。追求

高密度、大规模扩展、节能、统一管理，

应用场景2:类互联网业务（超大规模数

应用场景4:SSD应用加速（数据库,据中心、大数据分析、公有云、Web应用）

虚拟化、热数据缓存、大数掂和HPC等）

服务器应用部署架构

单机系统C/S架构B/S架构互联网架构

用户层

Web、应用层

应用服务器

Web.应用云“务1业务逻辑层

I.1.1

IT

IHI

数据库数据服务层

数据库集群大数据

一群人

任何人

硬盘基础知识

硬盘类型

桌面级硬盘主要针对家庭个人应用，应用在台式PC,笔记本等领域；企业级硬盘针对企业级应用，主要

应用在服务器,存储磁盘阵列.图形工作站等。

5.25英寸ATA/IDE

3.5英寸SATA/NLSAS

2.5英寸SCSI

1.8英寸SAS

就嫡

机械硬盘(HDD)桌

态硬盘(SDD)硬盘类型面

4TI

/容■:相比桌面级硬盘,企业级硬盘具备更大的存储容量，当前单硬盘最大容量可达4TB

/性能:主要体现在转速、缓存、平均寻道时间等

/可靠性:企业级硬盘具有更高的平均无故障时间(MTBF)z一般来说桌面级硬盘的平均无故障时间大

部分都在50万左右小时，企业级的都在100万以上。

主流硬盘类型

硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计

算机之间的连接速度，接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。

SATASASNL-SASSSD

主流转速(RPM)7,20015,000/10,0007200NA

串行/并吁串行串行串行串行

主流容量(TB)1T/2T/3T0.3T/0.6T2T/3T/4T0.1T/0.2T/04T

MTBF(h)1,200,0001,600,0001,200,0002,000,000

固态硬盘(SolidStateDisk)

君固态电子存储芯片阵列而制

或的硬盘，由控制单7■口存

由ATA硬盘发展而来，采SAS专为满足高性能企业需求带有SAS接口的〃企业级

储

用串行方式传输,SATA而SATA驱动番"。适用于在一

拳元(FLASH芯片、DRAM芯

备注2.0支持300MB/S,设计,并且兼容SATA硬盘。能个此盘降列系统中实现分级存

片)组成。固态硬盘的接口规

SATA3.0实现600MB/S最够提供3.0Gbit/s的传输率，规储，简化了磁盘阵列系统的设

范和定义、功能及贤用方法上

高数据传输率.划到12.0GbiVs计

与普通硬盘的完全相同.在产

品外形和尺寸上也完全与普通

i更盘一致。_________________

硬盘关键指标

/硬盘容■(Volume)

容量的单位为兆字节(MB)或千兆字节(GB)。影响硬盘容量的因素有单碟容量和碟片数量。

,转速(Rotationalspeed)

硬盘的转速指硬盘盘片每分钟转过的圈数，单位为RPM(RotationPerMinute)0一般硬盘的转速都达到

5400RPM/7200RPMoSCSI接口硬盘转速可达10000-15000RPMo

/平均访问时间*(AverageAccessTime户平均寻道时间+平均等待时间。

/数据传输率(DateTransferRate)

硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒(MB/S)。硬盘数据传输率包括内部传输率和外部传

输率两个指标.

,IOPS(lnput/OutputPerSecond)

即每秒的输入输出量(或读写次数,是衡量磁盘性能的主要指标之一。随机读写频繁的应用，如OLTP(Online

TransactionProcessing),IOPS是关键衡量指标。另一个重要指标是数据吞吐量(Throughput),指单位时间内可以成功传

输的数据数量。对于大量顺序读写的应用，如电视台的视频编辑，视频点播等则更关注吞吐量指标。

RAID基本概念定义

RAID(RedundantArrayofIndependentDisks)即独立磁盘冗余阵列，RAID技术将多个单独的物理硬盘以不同

的方式组合成一个逻辑硬盘，从而提高了硬盘的读写性能和数据安全性。

根据不同的组合方式可以分为不同的RAID级别:

RAID0数据条带化,无校睑

RAID1数据镜像,无校验

RAID3数据条带化读写，校验信息存放于专用硬盘

RAID5数据条带化，校验信息分布式存放

RAID6数据条带化，分布式校验并提供两级冗余

同时采用两种不同的RAID方式还能组合成新的RAID级别:

RAID0+1先做RAID0，后做RAID1,同时提供数据条带化和镜像

RAID10类似于RAID0+1，区别在于先做RAID1后做RAID0

RAID50先做RAID5,后做RAID。，能有效提高RAID5的性能

RAID基本概念数据组织及存取方式

数据组织形式

分块：将一个分区分成多个大小相等的、地址相邻的块，这些块称为分块。它是组成条带的元素。

条带：同一磁盘阵列中的多个磁盘驱动器上的相同〃位置〃（或者说是相同编号）的分块。

RAID基本概念—热备、重构

■热备(HotSpare)的定义：

当冗余的RAID组中某个硬盘失效时，在不干扰当前RAID系统的正常使用的情况下，用RAID系统中另外一个正常的备

用硬盘自动顶替失效硬盘，及时保证RAID系统的冗余性。

・热备一般分为两种：

>全局式：备用硬盘为系统中所有的冗余RAID组共享

>专用式：备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用

什么是服务器?

服务器就是在网络中为其他客户机提供服务的计算机

服务器是计算机的一种，它是在网络操作系统的控制下为

网络环境里的客户机提供（如PC）共享资源（包括查询、

存储、计算等）的高性能计算机，它的高性能主要体现

在高速度的CPU运算能力、长时间的可靠运行、强大的

I/O外部数据吞吐能力等方面。

服务器是干什么用的？

这些信息服务都有哪些项目呢?

业务种类业务名称

ERP

核心业务CRM

数据库

虚拟化

及即时通信

基础业务Email

Web服务

文件及打印

搜索

互联网业务

内容服务器

HPC高性能计算

创新业务Hadoop

ServersAN

RAID基本概念逻辑卷

在RAID的基础上可以按照指定容・创建一个或多个逻辑卷，通过LUN(LogicUnitNumber)来标识

LUN1LUN2LUN3

逻辑卷

分割

RAID

物理磁盘

RAID级别一RAIDO.RAID1

没有容错设计的条带硬盘阵列，以条带形式

将RAID组的数据均匀分布在各个硬盘中

数据

RAID1

又称镜像（Mirror），数据同时一致写到主

RAID级RAID3,RAID5

RAID3RAID5

带有校验的并行数据传输阵列,数据条带化分布在数据与RAID3机制类似，但校验数据均匀分布在各数据硬

盘中，同时使用专用校验硬盘存放校验数据盘上，RAID成员硬盘上同时保存数据和校验信息，数

据块和对应的校睑信息保存在不同硬盘上。RAID5是

最常用的RAID方式之一

lAOBOCODOB1Q1E1A2B2

PA

P

西

PD

RAID级RAID6原理示例

别

A2A3JK4IA5A6A7LA8A9

异或运算

A4

A8

A12

A16

数据盘

斜向校验盘

横向校验盘：PI—P4为各个数据盘中横向数据的校验信息

例:P1=A1XORA2XORA3XORA4

斜向校验盘：DPI-DP4为各个数据盘及横向校验盘的斜向数据的校验信息

例：DP1=A1XORA6XORAllXORA16

RAID组合级别一一RAID10,RAID50

将镜像和条带进行两级组合的RAID级别,将RAID5和RAID0进行两级组合的RAID级另，

第

级是RAID1镜像对，第二级为RAID0o

IA0BODOE0AlCODIF0Bl

ATBTCIRAIDO

硬盘0硬盘1硬盘2硬盘3硬盘4硬盘5

常见RAID级别的比较

RAID级别RAIDORA1D1RAID5RAID6RAID10

可靠性最低高较高最胃J高

冗余类型无镜像冗余校验冗余校验冗余镜像冗余

可用空间100%50%(N-l)/N(N-2)/N50%

性能最高最低较高较高高

服务器网卡基础知识

什么是网卡?

网卡是计算机与局域网互连的设备

网卡，又称为网络适配器或网络接口卡NIC(NetworkinterfaceCardi,是构成计算机网络

系统中最基本的、最重要的和必不可少的连接设备，计算机主要通过网卡接入网络。

历史：上世纪80年代末期，国外微机界已

测，90年代计算机使用的环境就是网络，

上也确实如此。局域网的发展在整个计算

络领域中有相当大的影响。网卡即局域网

算机的连接设备。

是局域网中连接计算机和传统介质的接口

仅能实现与局域网传输介质之间的物理连

电信号匹配，还涉及帧的发送与接收、帧

装与拆封、介质的访问控制、数据的编码

码以及数据缓存的功能。

网卡的主要功能

网卡在TCP/IP模型中，工作在物理层及数据链路层，用于接收和发

送计算机数据。

网卡主要功能

DATA应用层■代表固定的网络地址

■数据的发送与接收

TCP头前|DATA传输层

■数据的封装与解封

IP头部1|TCP头部|DATA网络层发送数据时，加上首部和尾部；接收数据

时,剥去首部和尾部

MAC头部可部|TCP头部|DATA数据链路层

■链路管理：主要是CSMA/CD（冲突检

TALrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLTL

测的载波监听多路访问）的实现

.编码与译码：物理层数据的编码与译码

网卡的演进

带宽更宽，延迟更短

10yearsago\Today°Future

NetworkCommunicationNetworkCommunicationCo-DesignCommunication

FrameworkFramework

ssKITS

•10*100-0.1-10,0.05

microsecondmicrosecon^rnicrosecon^ymicrosecondyAmicrosecondmicrosecond?

服务器的组成

服务器主要由CPU,内存、硬盘.RAID卡、网卡组成，配合电源，主板.机箱等基础硬件以提供信

息服务；不同于PC机，服务器自带管理系统用于

PCIe-k/RAID卡/网

可处理器

卡等可选部件

配

置

部

件

基

础

硬

件

主板机箱电源风扇

BMC带外管理系统

网卡的分类

按结构类按总线

型分类类型分类

按应用类

型分类

按总线类型分类■PCIe标卡网■服务器专用网卡按协议分类技速率分类

、、卡■以太网卡

■PCIeUSB:•100Mb、1000Mb、

ISA、PCI■灵活插卡■FC网卡

按结构类型分类■Mezz卡■IB网卡;1Gb.10Gb-.25Gb、

■集成网卡按应用类型分类

(LOMJ■工作站网卡

服务器网卡

服务器专用网卡VS普通网卡

相对于服务器专用网卡来说，普通网卡指应用在普通PC'工作站、消费级电子产品中的网卡，对网卡的可靠性、安全性

等要求不高。而服务器与普通PC工作站的不同在于，服务器一直处于工作中，且要求长时间稳定运行，这就要求服务器网卡

具有以下特点：

.数据传输速度快

服务器时刻处于大数据计算'交换过程中，普通网卡的10Mbps、100Mbps的数据已不满足大数据流量网络,当前服务器常

用的网卡速率为KDGbps、25Gbps等；

■CPU占用率低

服务器的CPU是不停工作的，处理者大量的数据。如果一台服务器的大部分时间都在为网K提供数据响应，势必会影响到对

其他任务的处理速度。服务器网卡有自带的控制芯片，可以处理一些CPU任务，从而减少CPU的计算开销；

■安全性能高

如果服务器的网卡出现故障，则服务器将无法接收、发送数据，相当于宕机,所以高可靠性是服务器网卡的一个要求。服务器

网卡大都具有容错功能，如intel的AFT（网卡出错冗余〉、ALB（网卡负载均衡）等技术。

NIC:NetworkinterfaceCard

”特指以太网卡，支持TCP/IP协议，应用于以太网络中

NetworkCard,Gigabit,LCFiberOptic.2Ports,PCIE2.0X4-8086-1522-2

CNA:ConvergedNetworkAdapter

”融合网卡，本质上是以太网卡，但支持FCoE功能(FCoverEthernet)

OtherCards2FCoE-SFPInterface,2ports,PCIE2.0X8-VendorID19a2-DeviceID0710|0714-4

HBA:HostBusAdapter

,特指FC网卡，支持FC协议，连接存储或光纤交换机

SinglePortFCHBACard,PCJE2.0X4|PCIE1.0X8-VendorlDlODF-DeviceIDF100-lz8GbpszFiberChannel

MultimodeLCOpticInterface

HCA:HostChannelAdapter

A特指Infiniband网卡，即旧卡，应用于高带宽,低时延的高性能计算项目中；

OtherCardszInfinibandMCX353A-FCBTJDRSingleport-56Gb/sPCIE3.0X8-VendorID15b3-DeviceID1003-1

网卡接口

网卡的物理接口主要有两种:电口和光口浇

■电口

网线接口

即普通的RJ45接口，连接网电口

岷口：用于连接光模块

根据接口封装形式，可以分为SFP+、SFP28、QSFP+;

SFP+:支持GE/10GE速率

SFP28:支持GE/10GE/25GE速率

QSFP+:支持40GE/100GE速率

QSFP+笼子SFP+笼子

传输介质

SFP+光模块SFP28光模块QSFP+光模块DAC线缆AOC线缆

业界网卡主流厂商

©BROADCOM

EMHEX—

以太网卡领域重要厂商，司，以Broadcom命

基于DPDK构建生态，持名，

续在网卡发力端到端整合NIC,发力云

Avago收购Emulex.场景.SOC

BRCM后，成立新的母公

IntelBroadcom

&CAVIUM

Mellanox

TECHNOLOGIES

EZCHIP

0BROADCOM—Q盅

C

收购BRCMCNA业务，端到端Infiniband和以太

聚焦FCHBA,发力存储网互联解决方案提供商，

HBA场景；CAVIUM收收购EZchip，聚焦RDMA.

购后拓展SOC领域云计算场景

CaviumMellanox

服务器的演进

•1964年旧M推出第一台大型机二60年代DEC公司开发出PDP-8型小

•1946年世畀上第一台电子计算机System/360.成为真正意义上型机，撤起一场小型机革命,但今

I的服务器天的所指小型机以不是当初的飘念

邯务主的核心乱仁“CPU”._白SPARC、HPPARISC等•70年代后期个人计算机开始发展|

在遵从摩尔定律，绝大部分服务器•1989年康柏推出全球第一款IA架构的

已采用Intel处理器，即X86架构服务器：SystemPro，采用Intel4861

90年代衍生出针对中小企业低成本的微处理器_____I

Unix小型机，如IBMPower.SUN

服务器的分类

(Intel)

精简指令集RSC

（非x86架构）

按CPU指令集分类!按处理器数量分类：按服务器外形分类：按负裁类型分类：

.Unix服务器！■1路、2路、多路：■塔式'机琴式、■数据库朋务器

■X86服务器.CPUCores（Unix服务器）［刀片式、高密■应用服务器■Web服务

■接入服务器■文件服务器

Intel@Parley®归一化可扩展的新平台

Intel®Xeon®E7系