HC120920001 HCNP2.0-Storage 第一章-統(tǒng)一存儲系統(tǒng)概述

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統(tǒng)一存儲系統(tǒng)概述目標學完本課程后，您將能夠:熟悉SAN存儲系統(tǒng)的基本構(gòu)架熟悉SAN存儲系統(tǒng)的協(xié)議熟悉NAS存儲系統(tǒng)的基本構(gòu)架熟悉NAS存儲系統(tǒng)的協(xié)議目錄SAN存儲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議NAS存儲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議SAN存儲網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)LAN陣列1陣列2陣列3陣列4陣列5陣列6ETHSwitchFCSwitchUsersSANSAN存儲網(wǎng)絡(luò)的硬件組件SAN主機總線適配器交換機存儲設(shè)備SAN的I/O處理流程（以FC-SAN為例）應(yīng)用程序讀/寫請求使用SAN的應(yīng)用程序I/O請求操作系統(tǒng)SCSI命令數(shù)據(jù)塊I/O請求光纖通道數(shù)據(jù)幀光纖通道交換機光纖網(wǎng)數(shù)據(jù)路徑SCSI讀/寫存儲陣列的基本架構(gòu)SAN存儲系統(tǒng)模塊控制模塊電源模塊BBU模塊風扇模塊接口模塊機箱SAN存儲網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢通過引入虛擬化，達到自我優(yōu)化的效果.組網(wǎng)更加靈活提高SAN的智能性.與NAS融合，進行優(yōu)勢互補虛擬化自動部署UnifiedFabric.SAN和NAS融合.目錄磁盤陣列結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議2.1SCSI協(xié)議2.2FC協(xié)議2.3SAS協(xié)議2.4iSCSI協(xié)議NAS存儲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議SCSI協(xié)議基礎(chǔ)SCSI:小型計算機接口（SmallComputerSystemInterface）SCSI協(xié)議本質(zhì)上同傳輸介質(zhì)無關(guān)，SCSI可以在多種介質(zhì)上實現(xiàn)，甚至是虛擬介質(zhì)；目前最重要的存儲協(xié)議；目前已發(fā)展到SCSI-3。SCSI的發(fā)展歷程SCSI-3SCSI-2SCSI-11983-1985推出支持異步和同步支持7個8bit設(shè)備最大速度5MBps50pin數(shù)據(jù)線6m距離已經(jīng)淘汰SCSI-11988-1994推出兼容SCSI-1支持16bit寬帶最大速度16MBps還在使用SCSI-21993年成為標準兼容SCSI-2/SCSI-1真正成為了一個體系結(jié)構(gòu)支持FCP/IEEE1394等多種介質(zhì)SCSI-3SCSI的發(fā)展歷程SCSI-3SCSI-2SCSI-11983-1985推出支持異步和同步支持7個8bit設(shè)備最大速度5MBps50pin數(shù)據(jù)線6m距離已經(jīng)淘汰SCSI-11988-1994推出兼容SCSI-1支持16bit寬帶最大速度16MBps還在使用SCSI-21993年成為標準兼容SCSI-2/SCSI-1真正成為了一個體系結(jié)構(gòu)支持FCP/IEEE1394等多種介質(zhì)SCSI-3SCSI-3接口規(guī)格：規(guī)格別名規(guī)范文件接口數(shù)據(jù)包

(bits)頻率各種極限帶寬(MB/s)帶寬(Mbit/s)設(shè)備數(shù)UltraSCSIFast-20SCSI-3SPIIDC50820

MHz20MB/s160Mbit/s8-4(HVD:8)UltraWideSCSISCSI-3SPI68-pin1620

MHz40MB/s320Mbit/s8-4(HVD:16)Ultra2SCSIFast-40SCSI-3SPI-2(1997)50-pin840

MHz40MB/s320Mbit/s8Ultra2WideSCSISCSI-3SPI-268-pin;80-pin(SCA/SCA-2)1640

MHz80MB/s640Mbit/s16Ultra3SCSIUltra-160;Fast-80wideSCSI-3SPI-3(1999)68-pin;80-pin(SCA/SCA-2)1640

MHzDDR160MB/s1280Mbit/s16Ultra-320SCSIUltra-4SCSIorFast-160SCSISCSI-3(2002)68-pin;80-pin(SCA/SCA-2)1680

MHzDDR320MB/s2560Mbit/s16Ultra-640SCSIUltra-5;SCSI-3(2003)68-pin;80-pin16160

MHzDDR640MB/s5120Mbit/s16InterfaceAlternative

namesWidth

(bits)ClockMaximumThroughput(MB/s)Throughput(Mbit/s)DevicesSSASerialStorageArchitecture1200

MHz40MB/s320Mbit/s96SSA401400

MHz80MB/s640Mbit/s96FibreChannel1Gbit1GFC11

GHz100MB/s800Mbit/s127(FC-AL)/224(FC-SW)FibreChannel2Gbit2GFC12

GHz200MB/s1600Mbit/s127/224FibreChannel4Gbit4GFC14

GHz400MB/s3200Mbit/s127/224FibreChannel8Gbit8GFC18

GHz800MB/s6400Mbit/s127/224FibreChannel16Gbit16GFC116

GHz1600MB/s12.8Gbit/s127/224SAS1.1SerialattachedSCSI13

GHz300MB/s2400Mbit/s16,256SAS2.116

GHz600MB/s4800Mbit/s16,256SAS3.0112

GHz1200MB/s9600Mbit/s16,256IEEE1394SerialBusProtocol(SBP)1400MB/s3200Mbit/s63SCSIExpressSCSIoverPCIe(SOP)18

GT/s985MB/s7877Mbit/sUSBAttachedSCSIUAS15Gbit/s~400MB/s~3200Mbit/s127ATAPATAPacketInterface1633

MHzDDR133MB/s2iSCSIimplementation-andnetwork-dependent2128(IPv6)SRPSCSIRDMAProtocol(SCSIoverInfiniBandandsimilar)implementation-andnetwork-dependentSCSI的目標器和啟動器模型ClientServerClient-ServerTransactionServerRequestServerResponseProtocolServiceInterfaceServiceDeliverySubsystemSCSI拓撲舉例SCSI讀寫流程I_T_nexusInitiatorApp.1.SCSI讀指令2.CDB信息3.分配緩存和準備數(shù)據(jù)4.傳輸數(shù)據(jù)5.已經(jīng)讀入Target3.分配緩存InitiatorI_T_nexusApp.1.SCSI寫指令2.CDB信息4.可以傳輸5.傳輸數(shù)據(jù)6.回應(yīng)結(jié)果7.已經(jīng)寫入TargetSCSI數(shù)據(jù)Data-In（Write）流程SCSI數(shù)據(jù)Data-Out（Read）流程目錄磁盤陣列結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議2.1SCSI協(xié)議2.2FC協(xié)議2.3SAS協(xié)議2.4iSCSI協(xié)議NAS存儲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議FC協(xié)議介紹FC(FibreChannel)，1994年由ANSI標準化組織T10制定的適合于千兆位數(shù)據(jù)傳輸通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)FC高速率高效率組網(wǎng)靈活FC的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧ULP(UpperLevelProtocol)ATMIPSCSI-3FC-4FC-ATMFC鏈路封裝

FC-LESCSI-3命令集映射IPI-3命令集映射(IPI-3STD)FC-3公共服務(wù)FC-0FC-1FC-2FCPhysical&SignalingInterface

(FC-PH,FC-PH2,FC-PH3)物理接口編碼/解碼封裝/數(shù)據(jù)傳遞8B/10B編碼銅纜、光纖FC-AL-2FC-AL光纖網(wǎng)的拓撲

點對點只能連接2個設(shè)備(直接連接)FC-P2P交換式光纖網(wǎng)最多支持1600萬個設(shè)備(光纖網(wǎng)交換機)FC-SW光纖仲裁環(huán)最多支持126個設(shè)備(光纖集線器)FC-AL點到點式光纖網(wǎng)絡(luò)(P2P)800MB/sec800MB/sec應(yīng)用服務(wù)器SAN存儲設(shè)備點到點式光纖網(wǎng)絡(luò)使用光纖通道將兩個設(shè)備進行連接光纖通道仲裁環(huán)路(FC-AL)光纖通道仲裁環(huán)以環(huán)路方式使用光纖通道連接各類設(shè)備光纖通道仲裁環(huán)應(yīng)用服務(wù)器A應(yīng)用服務(wù)器BSAN存儲設(shè)備BSAN存儲設(shè)備A交換式光纖通道網(wǎng)絡(luò)(FC-SW)交換式FC網(wǎng)絡(luò)使用光纖網(wǎng)交換機連接各種SAN設(shè)備10Km應(yīng)用服務(wù)器光纖網(wǎng)交換機SAN存儲設(shè)備磁帶庫備份系統(tǒng)遠程站點應(yīng)用服務(wù)器FC的三種拓撲比較特性點到點式

仲裁環(huán)方式光纖交換式

最大節(jié)點數(shù)2127≈1600萬地址位數(shù)無8位AL_PA24位端口地址單點故障影響無環(huán)失效

無多速率傳輸支持否否是數(shù)據(jù)幀傳輸順序按發(fā)送順序按發(fā)送順序無保證介質(zhì)訪問方式獨享仲裁式獨享FC協(xié)議發(fā)展趨勢預測200020011GFC2GFC2002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017商用4GFC8GFC16GFC商用商用商用商用40/100GFC10TFC目錄磁盤陣列結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議2.1SCSI協(xié)議2.2FC協(xié)議2.3SAS協(xié)議2.4iSCSI協(xié)議NAS存儲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議SAS協(xié)議簡介SAS(SerialAttachedSCSI)主要分為三個子協(xié)議：SSP:SerialSCSIProtocolSMP:SerialManagementProtocolSTP:SerialTunneledProtocol并行SCSI與串行SCSI的比較串行SCSI并行SCSI速率高尋址能力強 速率低尋址能力弱信號易受干擾信號不易受干擾物理接口簡潔物理接口較復雜SAS的優(yōu)勢可以連接大量磁盤設(shè)備兼容SAS和SATA低成本SAS的優(yōu)勢高性能、高可靠性SAS端口phyphyNarrowPortNarrowPortPhysicallinkNarrowlinkphyphyPhysicallinkWideportphyphyPhysicallinkWideport...WidelinkSASaddressASASaddressXSASaddressBSASaddressBSASaddressYSASaddressY......SAS域ExpanderExpanderExpanderExpanderExpanderExpanderExpanderSAS/SATAdiskSAS適配器SAS域SASInitiatorSAS在SAN中的應(yīng)用以S5000T為例，SAS在SAN中的典型應(yīng)用如圖所示IPSANFCSANS5000T存儲FCTargetiSCSITarget客戶端SAS在SAN中的應(yīng)用在陣列內(nèi)部，所有硬盤均為Target，存儲控制器作為Initiator對所有硬盤進行控制。硬盤框SAS控制器（Initiator）SAS擴展器硬盤（Target）SAS的未來發(fā)展趨勢200320042005200620072008200920102011201220132014201520163Gb/sSAS6Gb/sSAS在12Gb/sSASSAS1.1SAS2.0草案SAS3.0草案商用商用商用數(shù)據(jù)來源于STA及產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析目錄磁盤陣列結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議2.1SCSI協(xié)議2.2FC協(xié)議2.3SAS協(xié)議2.4iSCSI協(xié)議NAS存儲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議iSCSI協(xié)議簡介

IETF提出的基于IP協(xié)議的技術(shù)標準允許用戶通過其訪問SANSCSI命令和數(shù)據(jù)以IP幀格式傳輸iSCSI工作在SCSI和TCP/IP之間iSCSI協(xié)議棧應(yīng)用層SCSI流指令SCSI塊指令其它SCSI指令SCSI指令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)iSCSI（SCSIOverTCP/IP）TCPIP物理層（以太網(wǎng)）iSCSI封裝過程iSCSIInitiatoriSCSITargetiSCSI會話連接iSCSI協(xié)議的會話就是在一個網(wǎng)絡(luò)上封包和解包的過程。iSCSI會話建立前必須先建立TCP連接，當TCP經(jīng)過三次握手建立起連接之后才能建立iSCSI會話。一個TCP會話中可以包含一個或者多個iSCSI會話。iSCSIDiscovery會話Discovery會話僅用于iSCSITargetdiscovery而建立的會話。InitiatorTargetLoginRequestTCPTCP建立TCP會話（三次握手）LoginRequestLoginResponseLoginResponseTextRequestTextResponseDiscoverySessionParameterSessionSendTargetiSCSINormal會話Normal會話是無限制會話iSCSIInitiator直接使用iSCSITarget的名字來建立iSCSI會話，會話建立后可執(zhí)行iSCSI完整功能。InitiatorTargetiSCSI驅(qū)動程序TCPTCP建立TCP會話（三次握手）登錄應(yīng)答文本應(yīng)答登錄應(yīng)答iSCSI驅(qū)動程序iSCSI登錄可選文本指令其他多次登錄登錄成功，進入完整功能階段iSCSI協(xié)議的優(yōu)點

iSCSI協(xié)議的優(yōu)點成本低功能強安全性高傳輸距離長帶寬高iSCSI的幾種連接方式硬件TOE網(wǎng)卡+initiator軟件方式以太網(wǎng)卡+Initiator軟件方式

iSCSIHBA卡實現(xiàn)方式效率最低價格最低效率適中價格適中性能最好價格最高iSCSI在SAN中的應(yīng)用服務(wù)器ALUN1服務(wù)器BLUN2服務(wù)器CLUN3iSCSI存儲設(shè)備LANLUN1LUN2LUN3TCP/IP目錄SAN存儲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議NAS存儲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議什么是NAS？擁有可訪問的磁盤陣列擁有文件系統(tǒng)對外提供訪問文件系統(tǒng)的接口LUN0LUN1LUN2LUN3LUN6LUN7LUN8LUN9LUN4LUN10LUN5LUN11卷管理模塊卷管理模塊文件系統(tǒng)NetworkAttachedStorage網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)協(xié)議以太網(wǎng)接口以太網(wǎng)接口什么是NAS？NAS網(wǎng)絡(luò)拓撲圖NAS技術(shù)分析RAIDFCSAS存儲管理模塊NFSCIFS網(wǎng)絡(luò)模塊操作系統(tǒng)文件系統(tǒng)OS文件系統(tǒng)模塊NAS技術(shù)分析NAS硬件操作系統(tǒng)存儲管理（磁盤監(jiān)視，異常處理，RAID）文件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)文件共享（NFS,CIFS）GUI界面設(shè)備監(jiān)視與控制；設(shè)備配置：網(wǎng)絡(luò)、卷、文件存取權(quán)限等）可通過Web進行管理網(wǎng)絡(luò)模塊TCP/IP微內(nèi)核操作系統(tǒng)控制器微碼RAID軟件NAS文件系統(tǒng)CIFS或NFS協(xié)議NTFS或FAT32文件系統(tǒng)，Windows計算機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NTFS或FAT32文件系統(tǒng)，Windows計算機CIFS或NFS協(xié)議CIFS或NFS協(xié)議NAS設(shè)備目錄SAN存儲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議NAS存儲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議4.1CIFS協(xié)議4.2NFS協(xié)議CIFS是什么CIFS(CommonInternetFileSystem)，通用Internet文件系統(tǒng)，一個新提出的協(xié)議，它使程序可以訪問遠程Internet計算機上的文件并要求此計算機的服務(wù)。CIFS是公共的或開放的SMB協(xié)議版本，包含主要模塊有NBT、SMB、BrowsingCIFS消息流UserRequestUserModeKernelModeI/OManagerRedirectorTDILayerNWLinkNetBTNetBIOSIPXTCP/IPNDISNetworkTDILayerNWLinkNetBTNetBIOSIPXTCP/IPNDISServer目錄SAN存儲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)SAN主要協(xié)議NAS存儲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)NAS文件共享協(xié)議4.1CIFS協(xié)議4.2NFS協(xié)議NFS主要模塊：RPC、鑒權(quán)、傳輸NFS(NetworkFileSystem)–網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）是Unix系統(tǒng)間實現(xiàn)磁盤文件共享的一種方法，支持應(yīng)用程序在客戶端通過網(wǎng)絡(luò)存取位于服務(wù)器磁盤中數(shù)據(jù)的一種文件系統(tǒng)協(xié)議。NFS消息流SyetemCallinterfaceNFSClientRPC/XDRVFSInterfaceOthertypesoffilesystemLinux&UnixfilesystemNFSClientNetworkRPC/XDRNFSServerVFSInterfaceLinux&UnixfilesystemRPCRPC（Remote

Procedure

Call）

傳輸方式使用UDP協(xié)議UDP傳輸在NFS局域網(wǎng)的應(yīng)用中傳輸速度快UDP協(xié)議傳輸?shù)拈_銷小使用TCP協(xié)議可靠性高，有效的阻塞控制客戶端和服務(wù)器端都保留TCP連接的狀態(tài)服務(wù)器崩潰