存儲網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用

存儲網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用第一頁，共四十六頁，2022年，8月28日學(xué)習(xí)完本章節(jié)后，您將能夠：

熟悉存儲系統(tǒng)基本構(gòu)成和各組件功能熟悉FC-SAN和IP-SAN關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)知識

熟悉NAS系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和相關(guān)概念熟悉多路徑技術(shù)和主機(jī)連接相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)和應(yīng)用掌握存儲系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具備典型存儲網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與部署的技術(shù)能力目標(biāo)第二頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術(shù)FC-SAN技術(shù)IP-SAN技術(shù)FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術(shù)主機(jī)多路徑技術(shù)FC交換機(jī)/HBA卡/光纖第三頁，共四十六頁，2022年，8月28日存儲遇到的問題在存儲網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)之前，存儲遇到的問題：硬盤成為整個系統(tǒng)的性能瓶頸有限的硬盤槽位，難以滿足大容量需求單個硬盤存放數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可靠性難以保證存儲空間利用率低本地存儲，數(shù)據(jù)分散，難以共享可擴(kuò)展性不夠總線結(jié)構(gòu)，而非網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可連接的設(shè)備受到限制，增加容量時，需停機(jī)傳統(tǒng)內(nèi)置存儲接口接口接口處理器硬盤內(nèi)存硬盤第四頁，共四十六頁，2022年，8月28日存儲網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)與發(fā)展第五頁，共四十六頁，2022年，8月28日存儲網(wǎng)絡(luò)形態(tài)存儲網(wǎng)絡(luò)幾種常見類型DAS(DirectAttachedStorage)NAS(NetworkAttachedStorage）SAN(StorageAreaNetwork)第六頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術(shù)FC-SAN技術(shù)IP-SAN技術(shù)FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術(shù)主機(jī)多路徑技術(shù)FC交換機(jī)/HBA卡/光纖第七頁，共四十六頁，2022年，8月28日存儲系統(tǒng)基本組成存儲軟件存儲管理軟件（ISM）快照、鏡像軟件備份軟件存儲硬件外置存儲系統(tǒng)磁盤陣列NAS磁帶庫虛擬磁帶庫存儲連接設(shè)備FC

HBA卡FC交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)連接線纜存儲方案備份、容災(zāi)第八頁，共四十六頁，2022年，8月28日SCSI協(xié)議與存儲系統(tǒng)SCSI協(xié)議是主機(jī)與磁盤通信的基本協(xié)議SCSI（SmallComputerSystemInterface，小型計算機(jī)系統(tǒng)接口）是一種為小型機(jī)研制的接口技術(shù)，用于主機(jī)與外部設(shè)備之間的連接。主機(jī)適配器SCSIID7SCSI總線SCSI陣列ID0SCSI陣列ID5LUN0LUN1LUN2LUN0LUN1數(shù)據(jù)/地址總線控制信號第九頁，共四十六頁，2022年，8月28日SCSI協(xié)議的常見類型接口模式傳輸率（MB/s）數(shù)據(jù)頻寬（bits）可連接設(shè)備數(shù)SCSI-1588SCSI-21088SCSI-32088Ultra-160SCSI401616Ultra-320SCSI3201616Ultra-640SCSI6401616第十頁，共四十六頁，2022年，8月28日SCSI的控制器接口和電纜第十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術(shù)FC-SAN技術(shù)IP-SAN技術(shù)FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術(shù)主機(jī)多路徑技術(shù)FC交換機(jī)/HBA卡/光纖第十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC-SAN典型組網(wǎng)FC－SAN典型組網(wǎng)方式有以下幾種：應(yīng)用服務(wù)器光纖卡存儲設(shè)備應(yīng)用服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器光纖交換機(jī)光纖交換機(jī)光纖交換機(jī)存儲設(shè)備存儲設(shè)備直連單交換雙交換第十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC-SAN的組件服務(wù)器FCHBA接口卡存儲設(shè)備LAN用戶A用戶B服務(wù)器FCHBA接口卡存儲設(shè)備光纖通道光纖網(wǎng)絡(luò)第十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與應(yīng)用點對點只能連接2個設(shè)備(直接連接)交換式Fabric最多支持1千6百萬個設(shè)備(光纖通道交換機(jī))ArbitratedLoop

(仲裁環(huán))最多支持127個設(shè)備(光纖集線器)普及!第十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC協(xié)議簡介FC-0：物理層，定制了不同介質(zhì)，傳輸距離，信號機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)，也定義了光纖和銅線接口以及電纜指標(biāo)；FC-1：定義編碼和解碼的標(biāo)準(zhǔn)；FC-2：定義了幀、流控制、和服務(wù)質(zhì)量等；FC-3：定義了常用服務(wù)，如數(shù)據(jù)加密和壓縮；FC協(xié)議FC-4：協(xié)議映射層，定義了光纖通道和上層應(yīng)用之間的接口，上層應(yīng)用比如：串行SCSI協(xié)議，HBA的驅(qū)動提供了FC-4的接口函數(shù)，F(xiàn)C-4支持多協(xié)議，如：FCP-SCSI，F(xiàn)C-IP，F(xiàn)C-VI。第十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC與SCSI協(xié)議FC與SCSI協(xié)議的關(guān)系FC通道并不是SCSI的替代，F(xiàn)C可以通過構(gòu)建幀來傳輸SCSI的指令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息單元。SCSI是位于光纖通道協(xié)議棧FC4的上層協(xié)議，SCSI是FC協(xié)議的子集。第十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術(shù)FC-SAN技術(shù)IP-SAN技術(shù)FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術(shù)主機(jī)多路徑技術(shù)FC交換機(jī)/HBA卡/光纖第十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日IP-SAN典型組網(wǎng)IP－SAN典型的組網(wǎng)方式有以下幾種：應(yīng)用服務(wù)器以太網(wǎng)卡存儲設(shè)備應(yīng)用服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器以太網(wǎng)交換機(jī)存儲設(shè)備存儲設(shè)備直連單交換雙交換以太網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)用服務(wù)器以太網(wǎng)交換機(jī)第十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日IP-SAN的組件服務(wù)器iSCSIHBA卡iSCSI存儲設(shè)備LAN用戶A用戶B服務(wù)器以太網(wǎng)卡iSCSI存儲設(shè)備以太網(wǎng)卡以太網(wǎng)卡第二十頁，共四十六頁，2022年，8月28日iSCSI連接方式硬件TOE網(wǎng)卡+initiator軟件方式以太網(wǎng)卡+Initiator軟件方式

iSCSIHBA卡實現(xiàn)方式IP-SAN根據(jù)主機(jī)與存儲的連接方式不同，可以分為三種第二十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日iSCSI協(xié)議SCSI應(yīng)用（文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫）SCSI塊指令SCSI流指令其他SCSI指令SCSI指令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)iSCSITCPIP物理層(以太網(wǎng))iSCSI協(xié)議棧iSCSI（InternetSCSI）把SCSI命令和塊狀數(shù)據(jù)封裝在TCP中在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸，基本出發(fā)點是利用成熟的IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)和延伸SAN；第二十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日發(fā)起端與目標(biāo)端發(fā)起端（Initiator）SCSI層負(fù)責(zé)生成CDB（命令描述符塊），將CDB傳給iSCSIiSCSI層負(fù)責(zé)生成iSCSIPDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元），并通過IP網(wǎng)絡(luò)將PDU發(fā)給target目標(biāo)器（Target）iSCSI層收到PDU，將CDB傳給SCSI層SCSI層負(fù)責(zé)解釋CDB的意義。必要時發(fā)送響應(yīng)iSCSIInitiatorTargetiSCSITCPIPLink第二十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術(shù)FC-SAN技術(shù)IP-SAN技術(shù)FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術(shù)主機(jī)多路徑技術(shù)FC交換機(jī)/HBA卡/光纖第二十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC-SAN與IP-SAN比較描述FC－SANIP－SAN網(wǎng)絡(luò)速度1Gb、2Gb、4Gb、8Gb1Gb、10Gb網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)單獨(dú)建設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)和HBA卡使用現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)傳輸距離受到光纖傳輸距離的限制理論上沒有距離限制管理、維護(hù)技術(shù)和管理較復(fù)雜與IP設(shè)備一樣操作簡單兼容性兼容性差與所有IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都兼容性能非常高的傳輸和讀寫性能目前主流1Gb，10Gb正在發(fā)展成本購買（光纖交換機(jī)、HBA卡、光纖磁盤陣列等）、維護(hù)（培訓(xùn)人員、系統(tǒng)設(shè)置與監(jiān)測等）成本高與FC－SAN相比，購買與維護(hù)成本都較低，有更高的投資收益比例容災(zāi)容災(zāi)的硬件、軟件成本高本身可以實現(xiàn)本地和異地容災(zāi)，且成本低安全性較高較低第二十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC-SAN與IP-SAN在產(chǎn)品上的融合如磁盤陣列上控制器上即包含F(xiàn)C端口、又包含iSCSI口，能同時滿足FC-SAN的組網(wǎng)需求，也能滿足IP-SAN的組網(wǎng)需求，這是不完全的融合。S5000T第二十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC-SAN與IP-SAN解決方案的融合校園網(wǎng)服務(wù)器用戶群Secoway防火墻FC交換機(jī)FC交換機(jī)IP交換機(jī)LANIP連接FC連接OceanStorN8000IP交換機(jī)應(yīng)用服務(wù)器群第二十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC-SAN與IP-SAN融合－協(xié)議融合目前FC與TCP/IP協(xié)議的真正融合主要有兩種趨勢：TCP/IP網(wǎng)絡(luò)承載FC信道iFCPFCIPFCOE以FC信道承載TCP/IP數(shù)據(jù)IPFC

從現(xiàn)有的情況來看，以太網(wǎng)技術(shù)和FC技術(shù)都在飛速發(fā)展，IP-SAN和FC-SAN會在很長的一段時間內(nèi)都將是并存且互為補(bǔ)充的。第二十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術(shù)FC-SAN技術(shù)IP-SAN技術(shù)FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術(shù)主機(jī)多路徑技術(shù)FC交換機(jī)/HBA卡/光纖第二十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日NAS的產(chǎn)生與發(fā)展非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的需求

共享的需求成本的需求擴(kuò)展性的需求支持協(xié)議的需求支持業(yè)務(wù)類型的需求（隨機(jī)高并發(fā)小IO）Linux/Unix用戶Windows用戶文件服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器NAS存儲設(shè)備TCP/IP網(wǎng)絡(luò)NFS協(xié)議CIFS協(xié)議第三十頁，共四十六頁，2022年，8月28日NAS的硬件結(jié)構(gòu)處理器內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)接口磁盤陣列接口（FC）PCI總線……NAS控制器存儲子系統(tǒng)NAS設(shè)備客戶機(jī)客戶機(jī)……100/1000/10000Mb/s第三十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日NAS文件傳輸協(xié)議控制器微碼RAID軟件NAS文件系統(tǒng)NTFS或FAT32文件系統(tǒng)，Windows計算機(jī)UFS文件系統(tǒng)，UNIX工作站UFS文件系統(tǒng)，UNIX工作站NTFS或FAT32文件系統(tǒng)，Windows計算機(jī)NTFS或FAT32文件系統(tǒng)，Windows計算機(jī)CIFS或NFS協(xié)議NAS設(shè)備TCP/IP微內(nèi)核操作系統(tǒng)CIFS或NFS協(xié)議CIFS或NFS協(xié)議第三十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日NAS與SAN比較描述SANNAS適用場景普通SAN存儲的應(yīng)用，基于數(shù)據(jù)塊適用于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如文件、語音、圖象等數(shù)據(jù)）的存儲，對性能和可擴(kuò)展性要求高的應(yīng)用支持協(xié)議FC，iSCSINFS，CIFS，F(xiàn)TP，HTTP擴(kuò)展性擴(kuò)容通常需要新增存儲，成本較高擴(kuò)容通過在線添加引擎和后端存儲單元，形成一個整體的存儲池，進(jìn)行空間分配數(shù)據(jù)共享不支持?jǐn)?shù)據(jù)共享對業(yè)務(wù)服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同一文件被多服務(wù)器同時訪問組網(wǎng)方式在現(xiàn)有的以太網(wǎng)基礎(chǔ)上新建光纖網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)方式較復(fù)雜直接在現(xiàn)有的以太網(wǎng)上接入就可，組網(wǎng)簡單建設(shè)成本新增服務(wù)器，需要昂貴的HBA卡和光纖交換機(jī)，成本較高通過現(xiàn)有GE網(wǎng)絡(luò)即可訪問存儲資源，成本較低第三十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術(shù)FC-SAN技術(shù)IP-SAN技術(shù)FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術(shù)主機(jī)多路徑技術(shù)FC交換機(jī)/HBA卡/光纖第三十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日多路徑的可靠性沒有多路徑軟件會有以下問題存在的：混淆–操作系統(tǒng)看到幾倍真實數(shù)量的磁盤沒有冗余–沒有多路徑切換軟件，操作系統(tǒng)將不知道何時它該使用多余的路徑危險–多路徑導(dǎo)致操作系統(tǒng)認(rèn)為看到的多份磁盤是獨(dú)立的，這將導(dǎo)致數(shù)據(jù)毀壞或IO錯誤左圖中沒有使用多路徑，右圖為使用多路徑后LUN磁盤驅(qū)動LUNLUNLUN

虛擬LUN多路徑驅(qū)動磁盤驅(qū)動第三十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日多路徑failover技術(shù)A控制器LUN2LUN1HBA1HBA2LUN3LUN3B控制器存儲設(shè)備Failover功能Failover功能當(dāng)主路徑出現(xiàn)故障后自動將業(yè)務(wù)路徑切換到備用路徑上，避免了因單點故障而造成的業(yè)務(wù)中斷。物理路徑I/O路徑第三十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日多路徑failback技術(shù)Failback功能當(dāng)主路徑的故障解除或修復(fù)后自動的將I/O傳輸路徑從從路徑切換回主路徑上。A控制器LUN2LUN1HBA1HBA2LUN3LUN3B控制器存儲設(shè)備Failback功能物理路徑I/O路徑第三十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日目錄存儲網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展存儲系統(tǒng)技術(shù)FC-SAN技術(shù)IP-SAN技術(shù)FC-SAN與IP-SAN融合NAS技術(shù)主機(jī)多路徑技術(shù)FC交換機(jī)/HBA卡/光纖第三十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC交換機(jī)相關(guān)概念光纖通道交換機(jī)，它使用光纖網(wǎng)絡(luò)路由直接連接的方式，發(fā)起者和目標(biāo)設(shè)備可以通過光纖通道交換機(jī)中的路由軟件建立直接的連接以獨(dú)享光纖的所有帶寬。與以太網(wǎng)交換機(jī)相比，一個用于構(gòu)建光纖網(wǎng)絡(luò)，一個用于構(gòu)建以太網(wǎng)絡(luò)；光纖交換機(jī)中使用的是FC協(xié)議，以太網(wǎng)交換機(jī)使用的是TCP/IP協(xié)議。光纖通道交換機(jī)第三十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日FC交換機(jī)端口節(jié)點N_PortF_PortF_PortE_PortE_PortFL_Port

節(jié)點N_PortFC交換機(jī)2FC交換機(jī)

節(jié)點NL_Port

節(jié)點NL_PortG_PortFL_PortFL_PortFL_PortFC集線器第四十頁，共四十六頁，2022年，8月28日GBIC封裝FC交換機(jī)模塊常見的纖連接器FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType常見的光模塊SFP封裝SFP封裝第四十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日光纖基礎(chǔ)知識纖芯core：折射率較高，用來傳送光；包層coating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件；保護(hù)套jacket：強(qiáng)度大，能承受較大沖擊，保護(hù)光纖。纖芯包層保護(hù)套光纖結(jié)構(gòu)示意圖光纖實物圖第四十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日常見的光纖連接介質(zhì)介質(zhì)類型發(fā)射器速率距離9μm單模光纖1550nm長波光激光器1Gb/s2m－50Km2Gb/s2m－50Km1300nm長波光激光器1Gb/s2m－10Km2Gb/s2m－2Km4Gb/s2m－2Km50μm多模光纖850nm短波光激光器1Gb/s0.5m-500m2Gb/s0.5m-300m4Gb/s0.5m-170m