网络存储技术概述

1、存储产品技术基础 网络存储技术主要内容网络存储概述IP SAN存储技术基础IP SAN基本组网介绍重要厂商产品介绍 引言网络存储行业应用存储体系架构网络存储技术趋势网络存储概述4引言引言 “以计算为中心以计算为中心”向向“以数据为中心以数据为中心”发生转变发生转变 数据存储、管理方式从以服务器为中心向以网络数据存储、管理方式从以服务器为中心向以网络为中心发生转变，为中心发生转变，“数据持续时间增加数据持续时间增加” 积累的数据越来越多，呈现积累的数据越来越多，呈现“爆炸性的增长爆炸性的增长 ” 多样化、孤立、分散、难以管理的海量数据是多样化、孤立、分散、难以管理的海量数据是 “应用的巨大障碍应

2、用的巨大障碍” 关键业务的数据丢失对企业带来关键业务的数据丢失对企业带来“毁灭性打击毁灭性打击” 业务连续性、数据共享、数据备份恢复、信息生业务连续性、数据共享、数据备份恢复、信息生命周期管理等需求推动存储技术巨大发展命周期管理等需求推动存储技术巨大发展5引言引言网络存储将存储设备从应用服务器中网络存储将存储设备从应用服务器中 分离出来，进行集中管理分离出来，进行集中管理6网络存储行业应用网络存储行业应用数字化校园、图书馆平安工程（监控）省会城市每月3PB十二金工程各级数据中心容灾系统国家标准媒体行业（电视台节目编辑）气象、勘探、高性能计算IDC整合优化中小企业医疗PACS7网络存储行业应用网

3、络存储行业应用l 对数据安全性安全性要求很高的企业 典型行业: 电信、金融和证券 典型业务: 计费l 对数据存储性能存储性能要求高的企业 典型行业: 电视台、交通部门和测绘部门 典型业务: 音频/视频、石油测绘和地理信息系统等 l 在系统级方面具有很强的容量容量(动态动态)可扩展性和灵活性可扩展性和灵活性的企业 典型行业: 各中大型企业 典型业务: ERP系统、CRM系统和决策支持系统l 具有超大型海量存储海量存储特性的企业 典型行业: 图书馆、博物馆、税务和石油 典型业务: 资料中心和历史资料库 8l 对具有本质上物理集中、逻辑上又彼此独立的数据管理数据管理特点的企业 典型行业:银行、证券和

4、电信 典型业务:银行的业务集中和电信的运营支撑系统(BOSS)集中l 实现对分散数据高速集中备份分散数据高速集中备份的企业 典型行业:各行各业 典型业务:企业各分支机构数据的集中处理l 数据在线性要求在线性要求高的企业 典型行业:商业网站和金融 典型业务:电子商务l 实现与主机无关的容灾容灾的企业 典型行业:大型企业 典型业务:数据中心网络存储行业应用网络存储行业应用9DAS ： Direct Attached Storage，直接连接存储（以服务器为中心）NAS ： Network Attached Storage，网络附加存储（以数据为中心）SAN ： Storage Area Netwo

5、rk，存储区域网络（以网络为中心）存储体系架构存储体系架构10存储体系架构存储体系架构-DAS概念：概念：通过IDE、SCSI以及光纤（FC）接口或线缆与服务器直接相连，以服务器为中心。优点：优点：磁盘与服务器分离，便于统一管理缺点：缺点：1.每个服务器都需要独立的存储设备2.连接距离短，连接数量有限3.数据分散，共享、管理困难4.存储资源利用率低，单位成本高5.扩展性差 ,新增服务器需单独配置存储设备Direct Attached Storage（DAS）（以服务器为中心）11存储体系架构存储体系架构-NASNetwork Attached Storage（NAS）概念：概念：使用一个专用存

6、储服务器与网络直接相连，通过NFS或CIFS对外提供文件级访问服务。优点：优点：1.基于NFS、CIFS文件级共享存取，支持HTTP和FTP2.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3.扩展较容易，广泛支持操作系统及应用，安装简单方便4.即插即用 缺点：缺点：1.相比SAN架构，存取速度慢2.访问需要经过文件系统格式转换，不适合Block级应用3.数据备份及恢复占用网络带宽（以数据为中心）12存储体系架构存储体系架构-SANStorage Area Network （SAN）（以网络为中心）概念：概念：将存储系统、服务器和客户端都通过网络相互连接的架构。优点：优点：1.设备整合

7、，多台服务器可以通过存储网络同时访问后端存储系统2.数据集中，易管理 3.高扩展性，存储硬件功能的发挥不受LAN的影响 4.高可用性，复制、备份、恢复数据和安全的管理，容错能力强5.适用于存储量大的Block级应用缺点：缺点：1.系统的安装和升级方面效率不高2.相比NAS成本较高13存储体系架构存储体系架构-SANFC SANIP SANFC SAN 速率高速率高稳定性好稳定性好 扩展能力差扩展能力差 异构化严重异构化严重 光纤网络和光纤协议光纤网络和光纤协议IP SAN 以太网和以太网和iscsi协议协议FC StorageIP StorageFC SwitchLAN Switch 14SA

8、N-提高企业信息的可用性提高企业信息的可用性存储区域网络存储区域网络(SAN)NTNTUNIX80%直接连接存储直接连接存储(DAS)50%50%50%NTUNIXNTNTUNIXNT“让我们的存储设备发挥更大作用让我们的存储设备发挥更大作用”需超过需超过50%的备用空间的备用空间存储容量不易扩展存储容量不易扩展管理成本管理成本5至至6倍于购买成本倍于购买成本仅需仅需20%的备用空间，有效减少备的备用空间，有效减少备用空间用空间可立即按需提供存储容量可立即按需提供存储容量整和整和UNIX与与NT存储增长需求存储增长需求15SAN-提高企业信息的可用性提高企业信息的可用性存储区域网络存储区域网络

9、(SAN) 直接连接存储直接连接存储 (DAS) 信息的可用能力保障业务的正常运行信息的可用能力保障业务的正常运行NTUNIXLANLANNTUNIX备份服务器备份服务器备份服务器备份服务器备份传输堵塞企业局域网备份传输堵塞企业局域网备份备份/恢复时间冗长恢复时间冗长在备份在备份/恢复期间，服务需要中断恢复期间，服务需要中断与基于网络或直接连接式的备份，与基于网络或直接连接式的备份，SAN可令备份操作更快完成可令备份操作更快完成企业应用程序可更快速恢复服务企业应用程序可更快速恢复服务缩短意外服务中断时间，尽快恢缩短意外服务中断时间，尽快恢复遗失或损坏的数据复遗失或损坏的数据提高企业生产力提高企

10、业生产力16SAN-提高对应用系统的保护提高对应用系统的保护存储区域网络存储区域网络 (SAN) 直接连接存储直接连接存储 (DAS) 降低高可用关键业务应用的构建成本降低高可用关键业务应用的构建成本PSPSPSPPPS三台重要应用软件服务器需要三台三台重要应用软件服务器需要三台备用服务器备用服务器1:1故障切换，成本高昂故障切换，成本高昂基于基于SAN群集提供高可用解决方群集提供高可用解决方案，明显降低成本案，明显降低成本一台备用服务器可支持多台工作一台备用服务器可支持多台工作服务器服务器N:1切换切换减少维护开支减少维护开支17存储体系架构的类型存储体系架构的类型Direct-Attach

11、edStorage (DAS)SCSIinitATAUFSEXT2NTFSand/orBlock / Cache / RAIDNetwork-AttachedStorage (NAS)Intelligent IP StorageFC Storage AreaNetwork (SAN)NFSclEthernetEthernetCIFSNFSserCIFSTCP/IPTCP/IPSCSIinitATAUFSEXT2NTFSand/orBlock / Cache / RAIDIP NetworkSCSIinitFCand/orBlock / Cache / RAIDEXT2FC-4FC-1,2FC-

12、0FC-3FC-0FC-1,2FC-3FC-4UFSEXT2NTFSBlockFabricEthernetATATCP/IPiSCSIEthernetSCSIinitFC RAIDTCP/IPiSCSIand/oriSCSIUFSEXT2NTFSEthernetTCP/IPBlockEthernet RAIDTCP/IPiSCSIStorage ServicesEnginesIP NetworkIP Network18存储体系架构的融合存储体系架构的融合应 用234119存储体系架构的融合存储体系架构的融合应用主机通过应用主机通过IP SAN访问存储资源访问存储资源应用主机通过应用主机通过CI

13、FS或或NFS访问访问NAS共享资源共享资源NAS和和SAN资源共用同一存储池资源共用同一存储池通过IP SAN供给SAN资源，通过CIFS和NFS共享NAS资源最大限度利用存储资源，在同一存储池中同时分配SAN 和 NAS 资源为SAN和NAS同时提供存储服务镜像、快照、复制、时间标记及动态容量申请等存储功能统一的硬件和软件的管理IV5000SAN 访问访问NAS 访问访问SAN网络网络SAN和和NAS的统一的统一SAN 和和 NAS的融合解决方案的融合解决方案20存储体系架构的融合存储体系架构的融合Data Center1 Gbps EthernetIP Connectivity1/2 G

14、bps FCUltra 320 SCSIIP SANIP SAN 和和 FC SAN 融合解决方案融合解决方案FC SANIP SANExtension 21网络存储技术趋势网络存储技术趋势DAS连接方式：服务器直连FC SAN连接方式：FC网络IP SAN连接方式：IP网络1986SCSI协议协议1997FC协议协议2003iSCSI协议协议22网络存储技术趋势网络存储技术趋势SAN和和NAS的比较的比较体系架构发展主线：体系架构发展主线：DASDAS-SAN(SAN(各厂家兼容性差)-OpenSAN)-OpenSAN( (各厂家互为兼容)-)-SoIP(iSCSISoIP(iSCSI/FC

15、IP/IFCP/IP/Ethernet)/FCIP/IFCP/IP/Ethernet)23l存储管理的自动化与智能化存储管理的自动化与智能化l提高存储效率提高存储效率 l减少总体拥有成本减少总体拥有成本(TCO)，增加投资回报，增加投资回报(ROI) 网络存储技术趋势网络存储技术趋势 IP SAN标准、技术的支持SCSI技术iSCSI技术RAID技术IP SAN存储技术及协议标准25存储网络的体系结构存储网络的体系结构存储网关设备需要支持物理层是光纤通道物理接口及以太网的技术体系。26IP SAN标准、技术的支持（一）标准、技术的支持（一）lIP存储技术包含：iSCSI、FCIP、iFCP等，

16、光纤通道技术包含FC-PH、FCP、FC-SW、FC-FS、FC-FG等。lFCIP（ Fibre Channel over IP）：是IETF与ANSI共同提出的基于IP的光纤通道方案，采用这种模式，光纤通道数据帧被压缩为IP帧传输,在两个SAN之间通过IP网络建立点到点的隧道，构成一个统一的SAN环境。 IP头头TCP头头FCIP头头EOFFibre Channel 帧帧SOFFCIP 帧封装SOF（帧起始定界符）、EOF（帧终止符）27IP SAN标准、技术的支持（二）标准、技术的支持（二）IP头头TCP头头IFCP报头报头Fibre Channel 帧帧iFCP 帧封装D_ID:01X

17、XXXS_ID:02XXXXD_IP:01XXXXS_IP:02XXXXliFCP：在FC与IP之间建立网关到网关的连接，使FC帧可以路由到正确的目的地址，为TCP/IP网络上的FC端设备提供FC网络服务，也就是可以实现端到端的IP连接。它可以允许每一个互联的SAN都拥有自己独立的命名空间。实现起来也比FCIP复杂。 28IP SAN标准、技术的支持（三）标准、技术的支持（三）liSCSI （Internet Small Computer Systems Interface） ：一种纯粹意义上的IP存储网络技术，它不包含任何FC的内容，IETF提出的基于IP协议的技术标准，SCSI 命令和数据

18、帧压缩为IP帧传输，实现了SCSI和TCP/IP协议的连接（SCSI在TCP/IP上的传输）。IP头头TCP头头iSCSI头头SCSI命令命令iSCSI 帧封装29IP SAN标准、技术的支持（四）标准、技术的支持（四）三种IP网络存储技术对比表： FCIP iFCP iSCSI 包含的IP的内容 最少 居中 最多，无FC内容 终端设备 Fibre Channel Fibre Channel iSCSI/IP网络服务 Fibre Channel IP IP 协议栈 原封不动使用Fibre Channel协议层次 高层使用FC-4层底层使用iFCP代替FC-2层 自己的串行SCSI实现 是否支持

19、FC SAN的合并 支持 不支持 网络管理 复杂，需要FC和IP两套网管 简单，单一网管 简单，单一网管 安全性 一般 利用磁盘分区增强安全性 对安全有专门定义 服务质量 使用IP QoS 一般 使用IP QoS 技术实施复杂度 简单 复杂 简单 30SCSI概述概述lSCSI：Small Computer System Interface 小型计算机系统接口小型计算机系统接口lSCSI是客户端是客户端-服务器架构服务器架构在SCSI术语里，客户端叫initiator，服务器叫targetInitiator通过SCSI通道通道向target发送请求，target通过SCSI通道向initiat

20、or发送响应SCSI通道连接的是SCSI Port，SCSI initiator port和SCSI target portInitiator至少必须包括一个SCSI Port，和一个能发起请求的客户端Target也需要包括一个SCSI Port ，以及任务分发器和逻辑单元，targetinitiator客户端SCSIportSCSI通道SCSIport任务分发器逻辑单元任务管理器服务器31SCSI通信通信lInitiator用一种叫做CDB 的数据结构封装请求(Command Descriptor Blocks)lInitiator的应用层封装好SCSI CDB后，调用SCSI传输协议接口l

21、Target的应用层收到SCSI CDB后，根据CDB内容进行相应处理，封装好SCSI 响应后，调用SCSI传输协议接口liSCSI正是SCSI传输协议的一种SCSI应用SCSI传输协议SCSI物理连接SCSI应用SCSI传输协议SCSI物理连接Initiator 设备Target 设备互连协议应用协议传输协议传输协议接口互连协议接口32iSCSI概述概述l由由IBM，CISIO，HP发起；发起；2000-2为为IETF草案，草案，2004-4作为正式的作为正式的IETF标准标准现在的iSCSI协议对应SAM2，而最新的SAM是SAM4，SAM5l主要由主要由RFC3720描述描述涉及的RFC

22、还有：3721（iSNS），3722（命令规范），3723（安全），3347（设计），3783（IP上的有序命令传送），3385（错误估计）l用用TCP/IP作为作为SAN的基础设施的基础设施iSCSI构建在TCP之上，不是IP；是面向连接的，不是无连接的。（一个iSCSI命令可能分在几个IP报文中）liSCSI命名规范命名规范liSCSI的主要功能是在的主要功能是在TCP/IP上封装，并可靠的传输上封装，并可靠的传输SCSI命令及数据命令及数据33iSCSI协议栈协议栈lInitiatorSCSI层负责生成CDB，将CDB传给iSCSIiSCSI层负责生成iSCSI PDU（含CDB），并通

23、过IP网络将PDU发给target。注意，iSCSI层并不知道CDB的内容，只是简单的将整个CDB封装在PDU中。lTargetiSCSI层收到PDU，将CDB传给SCSI层SCSI层负责解释CDB的意义。必要时发送响应。34iSCSI报文封装报文封装liSCSI报文格式以太网头(14)IP头(20)TCP头(20)iSCSI（TCP数据）FCS源端口目的端口序列号确认号首部长度保留 UAPRSF窗口大小校验和紧急指针iSCSI的知名端口是：3260基本报头段(BHS，48字节)附加报头段（若有）头部校验（若有）数据段（若有）数据校验（若有）35iSCSI会话会话l两种会话类型（一）两种会话类

24、型（一）Dicovery session 用于发现用于发现target，只支持三种，只支持三种iSCSI报文报文 Login Req / Rsp TextReq(Send Target) / Rsp Logout Req / Rspl建立建立TCP连接连接报文报文1，2，3；三路握手；三路握手l拆除拆除TCP连接连接报文报文12，13，14，15；四次握手；四次握手Initiator:0Target:0Discovery session1 syn2 syn,ack3 ack4 Login Req:Discovery session5 Login

25、Rsp6 Login Req:parameter negotiate7 Login Rsp8 Text Req:SendTarget9 Text Rsp10 Logout Req11 Logout Rsp12 fin13 ack14 fin15 ack36iSCSI会话会话l两种会话类型（二）两种会话类型（二）Normal session登录阶段登录阶段 初始化登录阶段初始化登录阶段 安全认证阶段安全认证阶段 操作协商操作协商阶段阶段完整功能阶段完整功能阶段退出退出阶段阶段Normal sessionInitiator:0Target:01 Lo

26、gin Req:Normal session2 Login Rsp3 Login Req:parameter negotiate4 Login Rsp5 SCSI Command:Report LUNs6 Data-In:n SCSI Command:.n+1 SCSI Rsp.x Logout Reqx+1 Logout RspIP SAN基本组网介绍38IP SAN基本组网介绍基本组网介绍liSCSI产品的两种主要形式：uNative iSCSI DeviceuiSCSI GatewayiSCSI ServeriSCSI InitiatorIP NetworkNative iSCSI De

27、viceiSCSI GatewayFC Switch39IP SAN典型组网图典型组网图 40IP SAN典型组网图典型组网图SnapShot AgentLANIP SAN交换机交换机QPM磁带库磁带库IV5100ORACLET3T2T1PQMIX1000TimeMark远程复制远程复制持续数据保护持续数据保护T-3T-2T-1PQ备用服务器备用服务器IX1000备份存储系统备份存储系统41广域数据集中广域数据集中 IP SAN典型组网图典型组网图 重要厂商产品介绍43IP SAN主要厂商列表主要厂商列表uEMCuNetwork Appliance uIBMuHewlett-PackarduH

28、itachi Data SystemsuSun MicrosystemsuAdaptecuEqualLogicuLeft Hand NetworksuFalconStoruDataCore SoftwareuString Bean Software44主流主流iSCSI产品定位产品定位高端高端iSCSI产品（企业级）产品（企业级）u大型组织一级应用u价格昂贵u高可靠性u高可用性u高性能u大容量EMC NS700GEMC NS704GEMC NS700EMC CNSEMC SymmetrixNetApp FAS940NetApp FAS940cNetApp FAS960NetApp FAS960

29、cNetApp FAS980NetApp FAS980cIntransa IP7000Intransa IP3000Intransa IP5000NetApp FAS270cNetApp FAS920NetApp FAS920cEqualLogic PS100EEMC NS500EMC NS500GEMC CX300iEMC CX500iu大型组织二级应用u中型组织主要业务u高可靠性u良好的性能u大容量中端中端iSCSI产品产品低端低端iSCSI产品（产品（SMB）u中小企业应用系统u较低的价格 u跨地区分布u有限的技术维护能力u良好的可靠性u较低的性能要求EMC CLARiiON AX100

30、iEMC NS500SHP NAS500sHP NAS1200sHP NAS1500sHP NAS2000sIBM DS300S / DS300Left Hand NSM 150Left Hand NSM 200NetApp FAS250NetApp FAS270Adaptec Snap 4200Adaptec Snap 4500Adaptec iSA1500Adaptec Snap 15000Adaptec Snap 18000Adaptec Snap 1400045主流存储厂商的比较主流存储厂商的比较厂商厂商优势优势劣势劣势EMC产品线齐全，原有的产品线齐全，原有的FC产品很成熟，在中高端

31、市场产品很成熟，在中高端市场有比较稳定的客户群。有比较稳定的客户群。缺乏全套以太网系统解决方案，原有缺乏全套以太网系统解决方案，原有FC产品的产品的软件功能没有完全移植到软件功能没有完全移植到iSCSI产品中，产品产品中，产品维护门槛高，后期服务成本高维护门槛高，后期服务成本高Adaptec具备具备NAS / iSCSI 、iSCSI 产品产品; 与与IBM结成结成OEM关关系。系。缺乏企业级产品和解决方案，销售渠道薄弱缺乏企业级产品和解决方案，销售渠道薄弱EqualLogic产品扩展性较好产品扩展性较好公司规模小，产品单一，与第三方公司规模小，产品单一，与第三方 SRM软件软件兼容性差兼容性差FalconStor持续增长持续增长;OEM伙伴众多伙伴众多公司规模小，缺乏销售渠道，纯软件厂商，缺公司规模小，缺乏销售渠道，纯软件厂商，缺少硬件配合构成整体解决方案少硬件配合构成整体解决方案HDS具有强大的技术能力具有强大的技术能力iSCSI产品策略不明朗，过分依靠产品策略不明朗，过分依靠OEM伙伴伙伴HP已经具备已经具备iSCSI NAS，与服务器绑定销售，与服务器绑定销售存储部门较混乱，产品策略不明朗存储部门较混乱，产品策略不明朗IBM低端低端iSCSI产品产品DS3000已经上市，强大的服务和解决已经上市，强大的服务和解决方案能力，强大的销售渠道方案