存储网络技术.ppt

1、课程简介,本课程通过对存储网络类型；存储体系结构类型；FC与iSCSI协议、FC SAN与IP SAN；HBA卡等内容的介绍，帮助学员建立存储网络相关知识的基本概念，掌握存储网络的基本原理，了解其相关技术。,课程目的,清楚了解存储网络的类型和体系结构以及相关概念 了解几种主流的FC Switch 掌握SAN与NAS的区别和联系 掌握FC和iSCSI在传输协议和HBA卡方面的区别 掌握FC SAN与IP SAN的机制 掌握建造企业SAN系统的方法 了解友商的产品：FC Switch、FC HBA卡、iSCSI HBA卡,目 录,存储网络基础 体系结构基础 FC Switch 以太网卡、FC HB

2、A卡和iSCSI HBA卡 将存储网络拓展到广域网WSAN 存储网络搭建需要考虑的因素 如何建造企业SAN系统,SCSI 存储网络基础,SCSI 是连接存储设备与服务器的最通用的方法。SCSI 诞生于1979 年，是支持一到两个磁盘的8-bit 的并行总线接口。这一协议不断发展，直至成为其他存储相关技术的基础。今天，串行SCSI成为了存储设备领域里，具有良好层结构和体系结构的协议族。 目前对串行SCSI 有多种实现，包括Fibre Channel、Apples Firewire、SSA 等，最近又有iSCSI。,Fibre Channel 存储网络基础,FC开发于1988年，最早是用来提高硬盘

3、协议的传输带宽，侧重于数据的快速、高效、可靠传输；FC同样可以用来传输IP接口协议，因此其就被修改为通过可扩展标准接口兼容多种网络协议，是一种传输率很高的高性能串行接口（现已经发展到4Gbps）。FC可以利用现有的公共传输协议，如IP和SCSI，因此，它是一种具有高速I/O和网络功能集成在一起的技术。,FC传输协议 (一) 存储网络基础,FC协议结构 光纤通道按协议层进行分层，各层之间技术相互独立，留有增长空间，并且由被认可的标准化机构进行开发，分层结构共分5层，如右图所示：,FC传输协议（二） 存储网络基础,FC流量控制常用的两种：端到端（EE-Credit）和缓冲区到缓冲区（BB-Cred

4、it）。 端到端的流量控制机制(EE-Credit)是在两个终端节点之间使用的流量控制。在两个通信节点登录并交换通信参数时候，建立起传输信用度，并且由节点本身来监测。中间的交换机不参与端到端流量控制。 附接到交换机终端的接点将在登录到交换机的过程中建立它的BB-Credit。在交换机远端参与通信的一方将在登录时建立其自身交换机的BB-Credit。BB-Credit没有端到端的成分。,FC传输协议（二） 存储网络基础,下图为FC的流量控制机制：,FC传输协议（三） 存储网络基础,在FC中，当一个新的设备加入到网络中时，它要与它的网络的管理者（一般是交换机）取得联系，网络管理者便会依次告知所有那

5、些已经注册过的和那些需要被通知这一事件的设备。,iSCSI（一） 存储网络基础,TCP/IP 简介： TCP/IP是传输控制协议/网际协议的缩写 TCP/IP是一组不同层次上的多个协议的组合 TCP/IP是一套完整的开放式的通信协议族，扩展性强 TCP/IP 能够支持大量的网络技术,其中包括iSCSI TCP/IP完全有能力成为全球存储网络的基础,iSCSI（二） 存储网络基础,iSCSI是IETF制定的一种基于互联网TCP/IP的网络存储协议。iSCSI存储技术则是目前应用最广、最成熟的SCSI和TCP/IP两种技术的结合与发展。因此，这两种技术让iSCSI存储系统成为一个开放式架构的存储平

6、台，系统组成非常灵活。,iSCSI传输协议（一） 存储网络基础,iSCSI协议结构 根据OSI模型，iSCSI的协议栈自顶向下一共可以分为五层，如右图所示：,iSCSI传输协议（二） 存储网络基础,iSCSI则采用TCP/IP协议的端到端的流量控制机制，以可变发送窗口的方式进行流量控制 iSCSI采用的是TCP的自适应超时重发算法，可根据网络的情况动态调整,iSCSI传输协议（三） 存储网络基础,iSCSI有三种发现机制： 静态配置：iSCSI发起端已经知道iSCSI目标端的IP地址、TCP端口号和名字信息 。 SendTarget发现：iSCSI发起端发送SendTarget命令查询网络中的

7、存在的iSCSI信息。 零配置发现：这种机制用于iSCSI发送设备完全不知道iSCSI目标端的信息的情况下。iSCSI发起端利用现有的IP网络协议SLP（Service Location Protocol for Discovery,服务定位协议）来获取目标端信息。,FC与iSCSI协议比较（一）,流量控制机制对网络的适应性 1、FC采用基于信用的流量控制机制降低了网络的利用率 2、iSCSI的流量控制机制对网络的适应性更好，尤其在网络传输延迟较大的网络中,FC与iSCSI协议比较（二）,超时重发机制的灵活性 1、FC使用的是静态的超时重发机制，不会根据网络的情况动态地加以改变，因此发送方可能

8、过早或过迟地出现超时，这对改善网络的综合性能不利 2、iSCSI可以动态地自适应于网络的当前情况，改善存储传输的性能,FC与iSCSI协议比较（三）,是否能保证数据安全传送 1、FC是工作在第二层的协议，原本并没有建立相应的安全机制以及安全通用协议，只不过是基于逻辑上的数据通道绑定 2、iSCSI的一个设计标准是它在不受信任的广域环境中的使用，iSCSI规范允许使用多种安全方法来保证数据安全的传送,目 录,存储网络基础 体系结构基础 FC Switch 以太网卡、FC HBA卡和iSCSI HBA卡 将存储网络拓展到广域网WSAN 存储网络搭建需要考虑的因素 如何建造企业SAN系统,直连式存储

9、（Direct Attached Storage）,通过IDE、SCSI以及光纤（FC）接口与服务器直接相连，以服务器为中心 每个服务器都需要独立的存储设备（磁盘），且连接距离短，连接数量有限 数据分散，共享、管理困难 单位成本高存储空间浪费,网络附加存储（Network Attached Storage）,基于NFS、CIFS文件级共享存取，支持HTTP 存储设备功能上独立于网络中的主服务器，不占用服务器资源 扩展较容易，广泛支持操作系统及应用，安装简单方便 数据备份及恢复占用网络带宽,存储区域网络（Storage Area Networks）,存储区域网络（Storage Area Net

10、works）,FC SAN：采用Fibre Channel等存储专用协议，通过光纤通道交换机等连接设备，使网络服务器与多种存储设备连接在一个高速专用独立于以太网的网络中，数据采用FCP协议以块方式存取，不占用服务器运算处理的网络带宽。 IP SAN：使用以太网代替光纤通道（Fibre Channel）网和使用iSCSI协议代替FCP协议，进行块状数据存储访问的SAN。 FC SAN、IP SAN都要有存储管理软件（如卷管理、数据的快照、镜像、备份、恢复、归档等等）。,SAN与NAS的区别,NAS 和SAN 在以下方面区别： SAN 是以数据为中心的，而NAS 是以网络为中心的 SAN具有高带宽

11、块状数据传输的优势，而 NAS 则更加适合文件系统级别上的数据访问 用户可以部署 SAN 运行关键应用，比如数据库、备份等，以进行数据的集中存取与管理 ，而NAS 支持若干客户端之间或者服务器与客户端之间的文件共享，所以用户可使用NAS 作为日常办公中需要经常交换小文件的地方，比如文件服务器、存储网页等,SAN与NAS的联系,NAS 和SAN 在以下方面提供互补： NAS 产品可放置在特定的SAN 网络中，为文件传输提供优化的性能 SAN 可以扩展为包括IP 和其他非存储关联的网络协议,网络存储技术趋势,SAN和NAS的比较,存储技术发展趋势,体系架构发展主线： DAS-SAN(各厂家兼容性差

12、)-OpenSAN(各厂家互为兼容)-SoIP(iSICI/FCIP/IFCP/IP/Ethernet),FC SAN与IP SAN体系架构,早期的SAN存储系统中，服务器与交换机的数据传输是通过光纤进行的，因为服务器是把SCSI指令传输到存储设备上，不能走普通LAN网的IP协议，所以需要使用FC传输，因此这种SAN就叫FC-SAN。 后期出现了用IP协议封装的SAN，可以完全走普通LAN网络，因此叫做 IP-SAN，其中最典型的就是现在热门的iSCSI。,FC SAN与IP SAN比较,在IP SAN中，以太网交换机代替了价格昂贵且只有FC SAN专用的光纤交换机 ，并且其端口速率可以无限制

13、的随着以太网技术的发展而提升。 在IP SAN中，客户端的Initiator或iSCSI卡代替了价格较高的主机HBA卡 在IP SAN中，具有iSCSI接口的高性价比的存储设备代替了光纤磁盘阵列,目 录,存储网络基础 体系结构基础 FC Switch 以太网卡、FC HBA卡和iSCSI HBA卡 将存储网络拓展到广域网WSAN 存储网络搭建需要考虑的因素 如何建造企业SAN系统,Director,Director 是一个多端口、高带宽网络Switch ，用于提供最高的可用性。Director 中某个部件的失灵不会影响正常应用，对SAN 性能和可用性都无影响。Director 有全冗余、热插拔

14、部件(电源、冷却、处理器和交换部件)，能将宕机时间最小化。此外，Director 支持在线错误探查、隔离、修理和恢复。 Director 提供99.999% 的可用性，或每年少于5 分钟的宕机时间。Director 的高端口数和无堵塞结构使它能提供高性能带宽，允许所有端口同时交流，并能保持性能不变，没有额外延时。,网络Switch,网络Switch 用于在Switch 所有端口间高速传输数据，不受任何干扰和阻碍。与Director 类似，网络Switch 定义一条通过其它Switch 的数据传输路径，“编织”Switch 构成的网路，这些网路对连接设备来说是透明的。 这种Switch 是一大类

15、，各个厂商的产品及其属性(冗余、端口数目等)有很大不同。McDATA 提供的16 和32 端口网络Switch 包含冗余电源和冷却功能。单个网络Switch 提供99.9% 的可用性-年平均宕机时间8.8 小时。,环路Switch,判优环路(FC-AL)Switch 的连接成本最低，适用于低带宽设备，并支持磁带等传统判优环路设备。环路Switch 自身不能构成完整网络，它们是用于扩展原有网络的连接设备。 大多数环路Switch 支持环路内端口之间的同步全速数据传输。但是，如果出现多个连接争抢一个端口的情况，环路内就会出现竞争。由于这个问题，大多数环路Switch 都保持较少的端口数量，将带宽竞

16、争控制在最小程度。,不同类型Switch对比 （可用性）,Director-单一Director 提供的可用性最高，达99.999% 。 网络Switch-单一网络Switch 的可用性最高可达99.9%(年平均宕机时间8.8 小时) 环路Switch-如果附带冗余电源和冷却装置，单一环路Switch 的可用性最高可达99.9%( 年平均宕机时间8.8 小时)。,常见FC Switch厂商,GE Switch,GE Switch:全称Gigabit Ethernet Switch（千兆以太网交换机）。千兆以太网交换机的端口支持大约每秒1000兆比特的传输速度，并且可以在10/100/1000-

17、Mbps的网络间进行数据包的传输，而不必进行数据包的转换。 IP SAN的基本想法是通过高速以太网络连接服务器和后端存储系统。将SCSI指令和数据块经过高速以太网传输，继承以太网的优点，实现建立一个开放、高性能、高可靠性，高可扩展的存储资源平台。千兆以太网交换机有效的支持这一想法成为现实。,目 录,存储网络基础 体系结构基础 FC Switch 以太网卡、FC HBA卡和iSCSI HBA卡 将存储网络拓展到广域网WSAN 存储网络搭建需要考虑的因素 如何建造企业SAN系统,以太网卡,学名Ethernet Adapter,传输协议为IP协议,一般通过光纤线缆或双绞线与以太网交换机连接。接口类型

18、分为光口和电口，光口一般都是通过光纤线缆来进行数据传输，接口模块一般为GBIC （Giga Bitrate Interface Converter）和SFP 小型封装GBIC。 GBIC 使用的光纤接口多为SC或ST型；SFP 小型封装GBIC 使用的光纤为LC型。电口目前常用接口类型为RJ45，用来与双绞线连接，也有与同轴电缆连接的接口，不过现在已经用的比较少了。,HBA卡,FC SAN和IP SAN都需要对数据块进行繁重的读包解包操作，因此高性能的SAN系统是需要在服务器上安装一块专门负责解包工作以减轻处理器负担的网卡，这种网卡就是HBA卡，它除了执行解包工作外还可以提供一个光纤接口（如果

19、是iSCSI HBA卡就是提供普通的RJ45接口）以用于跟对应的交换机连接。 HBA的常规定义：就是连接主机I/O总线和计算机内存系统的I/O适配器。,FC HBA卡,FC HBA卡：一般也叫光纤网卡。传输协议为光纤通道协议，一般通过光纤线缆与光纤通道交换机连接。,iSCSI HBA卡,iSCSI HBA卡：传输iSCSI协议，接口类型与以太网卡相同。将硬件iSCSI initiator集成到板卡上，利用 TCP/IP卸载引擎在适配卡上完成数据处理，作用在于减轻主机CPU负载，也提供了高可用环境下硬件多通道功能和服务器远程引导功能。,常见FC HBA卡厂商及产品,FC HBA卡主要厂商有,Ql

20、ogic： Qla2200A/Qla2200F/Qla2200F/Qla2200G Qla2310F/Qla2340L/Qla2342L WinNT/XP/NetWare/Linux/Solaris SANSurfer,Emulex: LP850/LP9002L/LP9802L WinNT/XP/NetWare/Linux/Solaris/HPUX/AIX HBAnywhere,LSI Logic: FC40909G/FC40919O/FC44929LO WinNT/XP/NetWare/Linux/Solaris/SCO MPT Driver,常见iSCSI HBA卡厂商及产品,Qlogic

21、： 4010/4010C/4050/4050C WinNT/XP/Linux/Solaris SANSurfer,Adpatec：7211/7211C/7211F,Adpatec 7211C,Adpatec 7211F,目 录,存储网络基础 体系结构基础 FC Switch 以太网卡、FC HBA卡和iSCSI HBA卡 将存储网络拓展到广域网WSAN 存储网络搭建需要考虑的因素 如何建造企业SAN系统,将iSCSI存储网络拓展到广域网WSAN,通过IP安全设施（例如IPSec 和 SSL提供的认证和加密）的利用可以在公网上部署广域的iSCSI存储。下图为数据中心建立iSCSI存储网络提供MA

22、N/WAN访问的无缝路径。,将FC存储网络拓展到广域网WSAN,FC数据包经由IP网络（FCIP） FC数据包经由ATM FC数据包经由密集波分复用设备（DWDM）,Internet,目 录,存储网络基础 体系结构基础 FC Switch 以太网卡、FC HBA卡和iSCSI HBA卡 将存储网络拓展到广域网WSAN 存储网络搭建需要考虑的因素 如何建造企业SAN系统,业务连续性需求,保证业务连续性已成为当今IT基础设施的关键所在，随着行业数据应用水平的不断提升，数据安全性已成为系统应用的灵魂所在。目前，存储系统连续性的需求呈现以下三大特性。,高可用性 不间断运行 灾难恢复,信息系统整合的需求

23、,整合，作为一种新兴概念，被越来越多的IT厂商所讨论，也被越来越多的用户所接受。 业务系统的集中化需求不断对信息系统整合提出新的要求，对于一个运营级的信息系统整合，其实现形式也是逐步、分阶段实现的。 数据集中的处理需求推动了存储整合的完成，数个零散的存储系统升级为容量更高、性能更好的高端磁盘阵列存储系统上，整合后存储资源利用率和性能均得到了提升。 依据阶段性整合的思路，随后的信息系统建设将是存储网络整合。,目 录,存储网络基础 体系结构基础 FC Switch 以太网卡、FC HBA卡和iSCSI HBA卡 将存储网络拓展到广域网WSAN 存储网络搭建需要考虑的因素 如何建造企业SAN系统,S

24、AN应用系统评估,为了能设计出最合适的SAN 拓扑布局，企业必须准确定义SAN 将要支持的应用环境。需要分析所支持的应用系统在数据整合和灾难恢复等多个方面如何影响整个数据环境。必须要评估的主要属性包括：,应用要求 数据存储要求 备份和灾难恢复战略 网络连接要求 服务器连接要求,应用要求,宕机冗余-必须确定应用系统现在和未来的宕机冗余。需要充分估计应用系统的宕机成本和对业务连续性的影响，以便清楚了解是否需要高可用性解决方案 性能-必须从数据吞吐量和最大可容许延时方面定义应用系统的性能要求 增长-由于应用扩展导致的网络增长必须予以充分的估计。需要从几方面估计增长需要，如用户数量、服务器数量和每应用系统的存储连接数量等,数据存储要求,数据位置-数据是放在统一的存储库中，还是分布在存储小区内，了解数据量和数据的位置很关键。 数据量-需要存取的数据量是决定网络带宽和存储网络连接数量的关键因素。存储阵列的规模和性能特点将决定支持阵列的必要网络连接数量。此外，每个存储端口支持的服务器数量由存储