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1、Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.第三章 存储网络技术与应用-DAS/SAN/NASCopyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 1l学习完本章节后，您将能够：p 熟悉存储系统基本构成和各组件功能p熟悉FC-SAN和IP-SAN关键技术和基础知识p 熟悉NAS系统基本结构和相关概念p熟悉多路径技术和主机连接相关基础技术和应用p掌握存储系统与网络技术，具备典型存储网络规划与部署的技术能力目标Copyright 201
2、2 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 2目录1.1.存储存储网络的产生与网络的产生与发展发展2.存储系统技术3.FC-SAN技术4.IP-SAN技术5.FC-SAN与IP-SAN融合6.NAS技术7.主机多路径技术8.FC交换机/HBA卡/光纤Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 3存储遇到的问题l在存储网络出现之前，存储遇到的问在存储网络出现之前，存储遇到的问题：题：p硬盘成为整个系统的性能瓶颈p有限的硬盘槽位，难以满足大容
3、量需求p单个硬盘存放数据，数据可靠性难以保证p存储空间利用率低p本地存储，数据分散，难以共享n可扩展性不够n总线结构，而非网络结构n可连接的设备受到限制，增加容量时，需停机传统内置存储接口接口接口处理器硬盘内存硬盘Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 4存储网络出现与发展Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 5存储网络形态l存储网络几种常见类型pDAS(Direct Attached Storage)
4、pNAS(Network Attached Storage）pSAN(Storage Area Network)Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 6目录1.存储网络的产生与发展2.2.存储系统技术存储系统技术3.FC-SAN技术4.IP-SAN技术5.FC-SAN与IP-SAN融合6.NAS技术7.主机多路径技术8.FC交换机/HBA卡/光纤Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 7存储系统基本组成
5、存储存储软件软件存储管理软件（ISM）快照、镜像软件备份软件存储硬件存储硬件外置外置存储系统存储系统磁盘阵列NAS磁带库 虚拟磁带库存储连接设备存储连接设备FC HBA卡FC交换机以太网交换机连接线缆存储存储方案方案 备份、容灾Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 8SCSI协议与存储系统lSCSI协议是主机与磁盘通信的基本协议lSCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）是一种为小型机研制的接口技术，用于主机与外部设备之间的连接。主机适配器SCS
6、I ID 7SCSISCSI总线总线SCSI SCSI 阵列阵列ID 0ID 0SCSI SCSI 阵列阵列ID 5ID 5LUN 0LUN 0LUN 1LUN 1LUN 2LUN 2LUN 0LUN 0LUN 1LUN 1数据/地址总线控制信号Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 9SCSI协议的常见类型接口模式接口模式 传输率（传输率（MB/s）数据频宽（数据频宽（bits）可连接设备数可连接设备数SCSI-1588SCSI-21088SCSI-32088Ultra-160 SCSI40161
7、6Ultra-320 SCSI3201616Ultra-640 SCSI6401616Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 10SCSI的控制器接口和电缆Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 11目录1.存储网络的产生与发展2.存储系统技术3.FC-SAN技术技术4.IP-SAN技术5.FC-SAN与IP-SAN融合6.NAS技术7.主机多路径技术8.FC交换机/HBA卡/光纤Copyright 20
8、12 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 12FC-SAN典型组网lFCSAN典型组网方式有以下几种：应用服务器光纤卡存储设备应用服务器 应用服务器应用服务器应用服务器光纤交换机光纤交换机光纤交换机存储设备存储设备直连单交换双交换Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 13FC-SAN的组件服务器FC HBA接口卡存储设备LAN用户A用户B服务器FC HBA接口卡存储设备光纤通道光纤网络光纤通道光纤网络Copyright 2012
9、 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 14FC拓扑结构与应用点对点点对点只能连接只能连接 2 2个设备个设备(直接连接直接连接)交换式交换式 FabricFabric最多支持最多支持1 1千千6 6百万个设备百万个设备(光纤通道交换机光纤通道交换机)Arbitrated LoopArbitrated Loop (仲裁环仲裁环)最多支持最多支持127127个设备个设备(光纤集线器光纤集线器)普及普及!Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.P
10、age 15FC协议简介lFC-0：物理层，定制了不同介质，传输距离，信号机制标准，也定义了光纤和铜线接口以及电缆指标；lFC-1：定义编码和解码的标准；lFC-2：定义了帧、流控制、和服务质量等；lFC-3：定义了常用服务，如数据加密和压缩；FC协议lFC-4：协议映射层，定义了光纤通道和上层应用之间的接口，上层应用比如：串行SCSI 协议，HBA 的驱动提供了FC-4 的接口函数，FC-4 支持多协议，如：FCP-SCSI，FC-IP，FC-VI。Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 16FC
11、与SCSI协议lFC与SCSI协议的关系pFC通道并不是SCSI的替代，FC可以通过构建帧来传输SCSI的指令、数据和状态信息单元。pSCSI是位于光纤通道协议栈FC4的上层协议，SCSI是FC协议的子集。Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 17目录1.存储网络的产生与发展2.存储系统技术3.FC-SAN技术4.IP-SAN技术技术5.FC-SAN与IP-SAN融合6.NAS技术7.主机多路径技术8.FC交换机/HBA卡/光纤Copyright 2012 Huawei Technologies
12、Co.,Ltd.All rights reserved.Page 18IP-SAN典型组网lIPSAN典型的组网方式有以下几种：应用服务器以太网卡存储设备应用服务器应用服务器应用服务器以太网交换机存储设备存储设备直连单交换双交换以太网交换机应用服务器以太网交换机Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 19IP-SAN的组件服务器iSCSI HBA卡iSCSIiSCSI存储设备存储设备LAN用户A用户B服务器以太网卡iSCSIiSCSI存储设备存储设备以太网卡以太网卡Copyright 2012 Hu
13、awei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 20iSCSI连接方式硬件硬件TOE网卡网卡+initiator软件方软件方式式 以太网卡以太网卡+Initiator软件软件方式方式 iSCSI HBA卡实卡实现方式现方式lIP-SAN根据主机与存储的连接方式不同，可以分为三种Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 21iSCSI协议SCSI应用（文件系统、数据库）应用（文件系统、数据库）SCSI块指令块指令SCSI流指令流指令其他其他SCSI指
14、令指令SCSI指令、数据和状态指令、数据和状态iSCSI TCPIP物理层物理层(以太网以太网)iSCSI协议栈liSCSI（Internet SCSI）把SCSI命令和块状数据封装在TCP中在IP网络中传输，基本出发点是利用成熟的IP网络技术来实现和延伸SAN；Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 22发起端与目标端l发起端（Initiator）pSCSI层负责生成CDB（命令描述符块），将CDB传给iSCSIpiSCSI层负责生成iSCSI PDU（协议数据单元），并通过IP网络将PDU发给t
15、argetl目标器（Target）piSCSI层收到PDU，将CDB传给SCSI层pSCSI层负责解释CDB的意义。必要时发送响应iSCSIInitiatorTargetiSCSITCPIPLinkCopyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 23目录1.存储网络的产生与发展2.存储系统技术3.FC-SAN技术4.IP-SAN技术5.FC-SAN与与IP-SAN融合融合6.NAS技术7.主机多路径技术8.FC交换机/HBA卡/光纤Copyright 2012 Huawei Technologies Co.
16、,Ltd.All rights reserved.Page 24FC-SAN与IP-SAN比较描述描述FCSANIPSAN网络速度1Gb、2Gb、4Gb、8Gb1Gb、10Gb网络架构单独建设光纤网络和HBA卡使用现有IP网络传输距离受到光纤传输距离的限制理论上没有距离限制管理、维护技术和管理较复杂与IP设备一样操作简单兼容性兼容性差与所有IP网络设备都兼容性能非常高的传输和读写性能目前主流1Gb，10Gb正在发展成本购买（光纤交换机、HBA卡、光纤磁盘阵列等）、维护（培训人员、系统设置与监测等）成本高与FCSAN相比，购买与维护成本都较低，有更高的投资收益比例容灾容灾的硬件、软件成本高本身可
17、以实现本地和异地容灾，且成本低安全性较高较低Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 25FC-SAN与IP-SAN在产品上的融合l如磁盘阵列上控制器上即包含FC端口、又包含iSCSI口，能同时满足FC-SAN的组网需求，也能满足IP-SAN的组网需求，这是不完全的融合。S5000TCopyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 26FC-SAN与IP-SAN解决方案的融合校园网服务器用户群Secoway防火墙FC
18、交换机FC交换机IP交换机LANIP连接FC连接OceanStor N8000IP交换机应用服务器群Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 27FC-SAN与IP-SAN融合协议融合l 目前目前FC与与TCP/IP协议的真正融合主要有两种趋势：协议的真正融合主要有两种趋势：pTCP/IP网络承载FC信道niFCPnFCIPnFCOEp以FC信道承载TCP/IP数据nIPFCl 从现有的情况来看，以太网技术和FC技术都在飞速发展，IP-SAN和FC-SAN会在很长的一段时间内都将是并存且互为补充的。C
19、opyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 28目录1.存储网络的产生与发展2.存储系统技术3.FC-SAN技术4.IP-SAN技术5.FC-SAN与IP-SAN融合6.NAS技术技术7.主机多路径技术8.FC交换机/HBA卡/光纤Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 29NAS的产生与发展l非结构化数据的需求 l共享的需求l成本的需求l扩展性的需求l支持协议的需求l支持业务类型的需求（随机高并发小IO）Li
20、nux/Unix用户Windows用户文件服务器应用服务器NAS存储设备TCP/IP网络NFS协议CIFS协议Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 30NAS的硬件结构处理器内存网络接口 磁盘阵列接口 （FC）PCI总线NAS控制器存储子系统NAS设备客户机客户机100/1000/10000Mb/sCopyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 31NAS文件传输协议控制器微码RAID软件NAS文件系统NTFS
21、或FAT32文件系统，Windows计算机UFS文件系统，UNIX工作站UFS文件系统，UNIX工作站NTFS或FAT32文件系统，Windows计算机NTFS或FAT32文件系统，Windows计算机CIFS或NFS协议NAS设备TCP/IP微内核操作系统CIFS或NFS协议CIFS或NFS协议Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 32NAS与SAN比较描述描述SANNAS适用场景适用场景普通SAN存储的应用，基于数据块适用于非结构化数据（如文件、语音、图象等数据）的存储，对性能和可扩展性要求高
22、的应用支持协议支持协议FC，iSCSINFS，CIFS，FTP，HTTP扩展性扩展性扩容通常需要新增存储，成本较高扩容通过在线添加引擎和后端存储单元，形成一个整体的存储池，进行空间分配数据共享数据共享不支持数据共享对业务服务器实现数据共享，同一文件被多服务器同时访问组网方式组网方式在现有的以太网基础上新建光纤网络，组网方式较复杂直接在现有的以太网上接入就可，组网简单建设成本建设成本新增服务器，需要昂贵的HBA卡和光纤交换机，成本较高通过现有GE网络即可访问存储资源，成本较低Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserve
23、d.Page 33目录1.存储网络的产生与发展2.存储系统技术3.FC-SAN技术4.IP-SAN技术5.FC-SAN与IP-SAN融合6.NAS技术7.7.主机多路径技术主机多路径技术8.FC交换机/HBA卡/光纤Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 34多路径的可靠性l没有多路径软件会有以下问题存在的：p混淆 操作系统看到几倍真实数量的磁盘p没有冗余 没有多路径切换软件，操作系统将不知道何时它该使用多余的路径p危险 多路径导致操作系统认为看到的多份磁盘是独立的，这将导致数据毁坏或IO错误左图中
24、没有使用多路径，右图为使用多路径后 LUN磁盘驱动 LUN LUN LUN 虚拟 LUN多路径驱动磁盘驱动Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 35多路径failover 技术A控制器 LUN2 LUN1HBA1HBA2 LUN3 LUN3B控制器存储设备Failover功能lFailover功能p当主路径出现故障后自动将业务路径切换到备用路径上，避免了因单点故障而造成的业务中断。物理路径I/O路径Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rig
25、hts reserved.Page 36多路径failback技术lFailback功能p当主路径的故障解除或修复后自动的将I/O传输路径从从路径切换回主路径上。A控制器 LUN2 LUN1HBA1HBA2 LUN3 LUN3B控制器存储设备Failback功能物理路径I/O路径Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 37目录1.存储网络的产生与发展2.存储系统技术3.FC-SAN技术4.IP-SAN技术5.FC-SAN与IP-SAN融合6.NAS技术7.主机多路径技术8.FC交换机交换机/HBA卡
26、卡/光纤光纤Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 38FC交换机相关概念l光纤通道交换机，它使用光纤网络路由直接连接的方式，发起者和目标设备可以通过光纤通道交换机中的路由软件建立直接的连接以独享光纤的所有带宽。l与以太网交换机相比，一个用于构建光纤网络，一个用于构建以太网络；光纤交换机中使用的是FC协议，以太网交换机使用的是TCP/IP协议。光纤通道交换机Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 39FC
27、交换机端口节点N_PortF_PortF_PortE_PortE_PortFL_Port 节点N_PortFC交换机2FC交换机 节点NL_Port 节点NL_PortG_PortFL_PortFL_PortFL_PortFC集线器Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 40GBIC封装封装FC交换机模块常见的纤连接器FC TypeSC TypeSC2 TypeFDD Type常见的光模块SFP封装封装SFP封装封装Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd
28、.All rights reserved.Page 41光纤基础知识l纤芯core：折射率较高，用来传送光；l包层coating：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；l保护套jacket：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。纤芯纤芯包层包层保护套保护套光纤结构示意图光纤实物图Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 42常见的光纤连接介质介质类型介质类型发射器发射器速率速率距离距离9m单模光纤1550nm长波光激光器1Gb/s2m50Km2Gb/s2m50Km1300nm长波光激光器1Gb/s2m10
29、Km2Gb/s2m2Km4Gb/s2m2Km50m多模光纤850nm短波光激光器1Gb/s0.5m-500m2Gb/s0.5m-300m4Gb/s0.5m-170m62.5m多模光纤1Gb/s0.5m-300m2Gb/s0.5m-150m4Gb/s0.5m-70mCopyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 43HBA卡基础知识1lHBA（Host Bus Adapter）：主机总线适配器，就是连接主机I/O总线和计算机内存系统的I/O适配器。HBA分为FC HBA、SCSI HBA、SAS HBA、iS
30、CSI HBA等。l用途：用于服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯。各类 HBA卡Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 44HBA卡基础知识2lWWNN（World Wide Node Name）：全球惟一节点名字，由光纤通道进行映射的分配给每一个上层节点一个全球惟一的64 位标识符，一个HBA上的所有端口共享一个WWNN。在计算机处理中，一个WWNN被分配给一个接入到光纤网中的节点（一个端点，如，一个设备）。WWNN可以被一个或者多个不同的端口（每个
31、端口拥有不同的WWPN，并且属于同一个节点）共同使用。lWWPN（World Wide Port Name）：全球惟一端口名字，分配给每一个光纤通道端口的全球惟一的64 位标示符，每个WWPN被该端口独享。WWPN在存储区域网络中的应用就等同于MAC地址在以太网协议中的应用。链接链接输入输入输出输出 P2P FC-AL FC-SWWWNNFC网络Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 45FC相关概念区分FC-HBA卡FC交换机FC线缆FC硬盘FC端口FC端口Copyright 2012 Huawe
32、i Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 46思考题1.IPSAN与FCSAN的区别？2.SAN网络的基本组件？每种组件的功能？3.NAS与SAN的区别？4.多路径作用和功能？5.光纤交换机端口模式有哪些？在哪些场景下是什么模式？6.SCSI、FC、iSCSI协议有什么异同？7.WWNN和WWPN的区别？Copyright 2012 Huawei Technologies Co.,Ltd.All rights reserved.Page 47实验49:FC-SAN与IP-SAN组网实验l实验内容与目标p熟悉SAN网络组件与典型组网特点p掌握S2600/S5000/S5000T FC-SAN与IP-SAN的组网规划p掌握S2600/S5000/S5000T FC-SAN与IP-SAN的组网及注意事项l实验时间3-4 Hl实验硬件与软件版本p硬件设备：S2600控制框 3台,1-2台GE交换机,1台FC交换机,2台服务器p软件版本：S2600V100R005l实验要求p结合实验手册具体描述和S2600设备,掌握三款SAN存储典型组网Thank