第2章网络资源设备

第2章

网络资源设备本章主要内容网络服务器网络存储系统2023/2/422.1网络服务器2.1.1服务器概述网络服务器是指在网络环境中可以为客户机提供各种服务的、特殊的专用计算机系统，在网络中承担着数据的存储、转发、发布等关键任务，是网络中不可或缺的重要组成部分。网络服务器先后经历了文件服务器、数据库服务器、通用服务器和专用应用服务器等几种角色的演变。2023/2/432.1.2服务器的分类1．按硬件体系结构划分（1）CISC架构CISC架构服务器主要指IA架构服务器，即日常所说的“PC服务器”。PC服务器的主要优点是通用性好，配置灵活、性价比高、第三方支持的应用软件丰富，缺点是CPU运算处理能力稍差，I/O吞吐能力不及RISC服务器。2023/2/44（2）VLIW架构VLIW架构采用先进的EPIC（清晰并行指令）设计，也把这种架构称为“IA-64架构”。VLIW的最大优点是简化了处理器的结构，删除了处理器内部许多复杂的控制电路，这些电路通常是超标量芯片协调并行工作时必须使用的。2023/2/45（3）RISC架构RISC服务器主要采用Unix操作系统，又被称为Unix服务器。目前RISC服务器的核心技术仍然掌握在IBM、Sun、HP、SGI和Compaq(DEC)等美国少数几家公司手中。RISC架构的CPU种类非常多，全部为64位处理器。其中Sun和Fujistu服务器采用SPARC；HP和DEC服务器采用Alpha；IBM服务器采用Power；SGI服务器采用MIPS。2023/2/462．按网络应用规模划分（1）入门级服务器入门级服务器通常只有1~2颗普通CPU，并根据需要配置512MB~1GB的ECC内存和传输速率在40MB/s以下的IDE硬盘，必要时也会采用SCSI磁盘系统提高性能，或使用IDERAID进行数据保护。2023/2/47（2）工作组级服务器工作组级服务器一般支持1~2个服务器专用CPU（如IntelXeon或AMDOpteron），可支持大容量ECC内存（可达16GB），配置了小型服务器所必备的各种材料，如采用SCSI总线的I/O系统，可选装RAID、热插拔硬盘和热插拔电源等。其功能全面、可管理性强、易于维护，具有高可用性特性。2023/2/48（3）部门级服务器部门级服务器一般支持2~4个服务器专用CPU（SMP对称多处理器结构），具有较高的可靠性、可用性、可扩展性和可管理性。通常标准配置有热插拔硬盘、热插拔电源和RAID。2023/2/49（4）企业级服务器企业级服务器通常支持4~8个服务器专用CPU、最新CPU技术及关键部件热插拔技术，使得系统性能、系统连续运行时间均得到最大的提升。支持超大容量DDR或DDR2ECC内存，双通道Ultra320SCSI高速数据传输，硬盘、电源、风扇等关键部件的在线维护功能，集成双千兆位网络控制器，支持冗余和负载平衡，大容量热插拔硬盘和热插拔电源，具有超强的数据处理能力，同时系统的监控管理也得到很大简化。2023/2/4103．按照外观划分按照服务器的外观，可以分为台式服务器、机架式服务器、刀片式服务器和机柜式服务器等4种。2023/2/4112.1.3服务器相关技术1．SMP（SymmetricMulti-Processing）对称多处理（器）技术对称多处理技术是指在一个计算机上汇集了一组处理器（多CPU），各CPU之间共享内存子系统以及总线结构，系统将任务队列对称地分布于多个CPU之上，从而极大地提高了整个系统的数据处理能力。2023/2/4122．集群（Cluster）技术集群技术是提高服务器性能的一项新技术。它是将一组相互独立的计算机通过高速的通信网络而组成的一个单一的计算机系统，并以单一系统模式加以管理。其出发点是提供高可靠性、可扩充性和抗灾难性。2023/2/4133．NUMA（Nom-UniformMemoryAccess）分布式内存存取NUMA技术是在高性能服务器领域中被广泛采用的一种新技术，是将SMP和群集的优势有机结合在一起。它是由若干通过高速专用网络连接起来的独立节点所构成的系统，各个节点可以是单个的CPU或是一个SMP系统。2023/2/4144．高性能存储技术（1）SCSI（SmallComputerSystemInterface）小型机系统接口SCSI接口具备独立于硬件设备的智能化接口、减轻了CPU负担、多个I/O并行操作、传输速度快等性能优势。2023/2/415（2）RAID（RedundantArrayofIndependentDisks）独立磁盘冗余阵列RAID技术就是利用现有的小型廉价硬盘，把多个硬盘按一定的方法组成一个磁盘阵列，通过一些硬件技术和一系列的调度算法，使得整个磁盘阵列对用户来说，就像是在使用一个容量很大、而可靠性和速度非常高的大型磁盘。2023/2/4165．ISC（IntelServerControl）Intel服务器控制技术ISC是一种网络监控制技术，只适用于使用Intel架构的带有集成管理功能主板的服务器，采用这种技术后，用户在一台普通的计算机上，就可以监测网络上所有使用Intel主板的服务器是否“健康”。2023/2/4176．EMP（EmergencyManagementPort）应急管理端口EMP是服务器主板所带的一个用于远程管理服务器的接口。远程控制机可以通过Modem与服务器相连，控制软件安装于控制机上。远程控制机通过EMPConsole控制界面可以对服务器进行打开或关闭服务器的电源、重新设置服务器（包括主板BIOS和CMOS的参数）、监测服务器内部情况（如温度、电压、风扇情况）等。2023/2/4187．智能输入/输出（I2O）技术依据I2O技术规范实现的PC服务器在硬件规模不变的情况下能处理更多的任务，作为中小型网络核心的低端PC服务器可以从中获得更多的性能提高。2023/2/4198．热插拔（HostSwap）热插拔功能就是允许用户在不关闭系统，不切断电源情况下取出和更换损坏的硬盘、电源或板卡等部件，从而提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性等。2023/2/4209．I2C总线技术I2C（Inter-IntegratedCircuit）总线是一种由飞利浦公司开发的串行总线技术。I2C总线包括一个两端接口，通过一个带有缓冲区的接口，数据可以被I2C发送或接收。控制和状态信息则通过内存映射寄存器来传送。2023/2/42110．刀片技术刀片技术是一种HAHD（HighAvailabilityHighDensity，高可用高密度）的低成本技术，使用刀片技术生产出的刀片服务器，是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的。2023/2/4222.1.4服务器的性能指标1．响应速度和作业吞吐量响应速度是指导用户从输入信息到服务器完成任务给出响应的时间。而作业吞吐量是整个服务器在单位时间内完成的任务量。响应速度和作业吞吐量是服务器的CPU、内存、I/O能力等的综合性能指标，只有这些部件协同运行才能提高服务器的整体性能。2023/2/4232．可扩展性可扩展性是指服务器增加设备的扩展能力，具体表现在两个方面：一是留有富余的机箱可用空间，二是充裕的I/O带宽。2023/2/4243．高可用性（Availability）可用性是指设备处于正常运行状态的时间比例，一般使用平均无故障工作时间（MTBF）和平均修复时间（MTBR）来衡量可用性指标。系统的可用性可用下式表示：系统可用性=MTBF/（MTBF+MTBR）2023/2/4254．可管理性可管理性旨在利用特定的技术和产品来提高系统的可靠性，降低系统的购买、使用、部署和支持费用。服务器的管理性能直接影响服务器的易用性，系统的可管理性对企业正常运行起着非常关键的作用。2023/2/4265．可靠性可靠性就是要求服务器必须稳定运行,也就是宕机率低。其中的关键在于操作系统与配件设备的协作,如果待处理的资源控制在CPU和操作系统上,而不是应用上,就会避免由于某项任务处理出错与导致系统无法运行的情况,服务器宕机率将大大降低。2023/2/4272.1.5服务器的选型要点1．服务器选购原则（1）稳定压倒一切（2）需求决定一切（3）最佳性价比（4）知名品牌优先2023/2/4282．网络服务与服务器选型（1）文件服务器（FTP）和通信服务器（News/E-mail/VOD）因为文件服务器主要用来进行读/写操作，所以服务器需要有大容量的硬盘和内存，对CPU的处理能力则没有太高要求。一般情况下，单CPU或双CPU架构的服务器即可满足需要。硬盘一般采用磁盘阵列，以获得磁盘冗余和快速的硬盘的I/O吞吐速率。2023/2/429（2）数据库及应用服务器用户在本地客户机上运行客户端应用程序，数据服务系统则在服务器端运行，客户通常发送“事务处理请求”，服务器要及时处理这些请求，然后返回相应类型的结果。这里服务器就是数据的中心，它必须快速地处理各种请求，因此这类服务器需要具有强大的CPU处理能力，大容量的内存，同时需要有很好的I/O吞吐性能以及高速网络带宽。2023/2/430（3）Web服务器及代理服务器要求有大容量的内存，较高CPU的处理能力，对硬盘要求不高2023/2/4313．网络规模与服务器选型（1）小型网络用户在30人以下的小型规模网络，建议采用入门级专用服务器。当用户数量达到50人左右时，随着网络服务的丰富、访问量的增加和动态网站的搭建，也就需要配置较高的工作组级服务器来担当重任。2023/2/432（2）中型网络对于100～200用户的网络而言，必须采用双CPU架构的部门级服务器，用于进行快速的数据处理，及时响应大量的并发访问。当用户数量达到300人时，将每种网络服务分摊在不同的服务器上，并且根据网络服务的类型选择相当性能的服务器。2023/2/433（3）大型网络对于500个以上用户的大型网络而言，除了需要将不同的网络服务分配到不同性能的部门级服务器和企业级服务器外，还必须为一些重点服务设置负载均衡和集群，一方面可以分担过于集中的网络请求，减缓每台服务器的压力，为客户的请求提供快速和可靠的响应。另一方面，可实现服务器的故障冗余，以确保在一台或几台服务器发生故障时，仍然能够不间断地提供网络服务。2023/2/4342.2网络存储系统2.2.1SCSI接口总线1．SCSI概述SCSI的英文全称为“SmallComputerSystemInterface”，其含义是小型计算机系统接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。随着计算机技术的发展，现在它已经被完全移植到了PC服务器上了。。2023/2/435SCSI接口总线由SCSI控制器和SCSI电缆及SCSI终结器组成，可以连接采用SCSI接口的硬盘驱动器、CD—ROM驱动器、磁带驱动器、光盘刻录机以及扫描仪等，每条SCSI电缆所连接设备的最大数目可达16个2023/2/4362．SCSI分类（1）SCSI-1：这是最早定义的SCSI界面，当时最大的传输的速率仅为4MB/S。（2）SCSI-2：也被称为Fast-SCSI,数据传输率为10MB/s，使用8位的并行数据传输，最多7个设备。（3）Ultra-SCSI：也被称为Fast-SCSI2或

SCSI-3,传输速率为20MB/s或40MB/s。2023/2/437（4）Ultra2–SCSI:又称为Fast4，

8位数据总线上传输速率为40MB/s，16位宽度则为80MB/s。（5）Ultra160SCSI，也称为Ultra3SCSI

，其传输率为160MB/s。（6）Ultra320SCSI，也称为Ultra4SCSI，其传输速率可以达到320MB/s。2023/2/4383．SCSI其他部件（1）SCSI控制卡SCSI控制卡是SCSI接口总线的核心部件。2023/2/439（2）SCSI电缆及连接器SCSI连接器分为内置和外置两种。2023/2/440（3）SCSI终结器每一根SCSI电缆必须连接一个以上的终结器，终结器能告诉SCSI主控制器整条总线在何处终结，并发出一个反射信号给控制器。2023/2/4414．SCSI控制卡产品以品牌而言，市场上Adaptec、TEMRAM（建邦）、Iwill（艾威）、LSI（逻辑）四大品牌在服务器磁盘SCSI市场具有相当的份额，也是市场上最常见的产品。2023/2/4422.2.2独立磁盘冗余阵列（RAID）1．RAID概述把多个磁盘按一定的方法组成一个磁盘阵列，通过一些硬件技术和一系列的调度算法，由多个磁盘驱动器构成一个逻辑单元，使整个磁盘阵列对用户来说，就像在使用一个容量很大、可靠性和速度非常高的大型磁盘。2023/2/443RAID具有以下优点：（1）功耗小，传输速率高。（2）存储容量大。（3）具有容错功能。（4）扩展容易。2023/2/4442．RAID的实现方式RAID有两种方式可以实现，那就是软件RAID与硬件RAID。2023/2/4453．RAID的分级（1）RAID-0：存储在RAID-0中的数据只是采用了条块（Striping）算法，在阵列中的硬盘之间并行读/写数据，数据块被交替写到磁盘中。（2）RAID-1：通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据。2023/2/446（3）RAID-3：利用专门奇偶校验实现的以字节为单位的条块技术。（4）RAID-5：各块独立硬盘进行条带化分割，相同的条带区进行奇偶校验(异或运算)，校验数据平均分布在每块硬盘上。（5）RAID-10：即RAID0+1。正如其如名字一样，综合了RAID0和RAID1的特点。2023/2/447（6）RAID-30：也称为专用奇偶阵列的条块化，是RAID-0和RAID-3的组合形式。（7）RAID-50：也称为分布式奇偶性阵列的条块化。数据在磁盘上被分为条块，就像RAID-0一样，使用分布式的奇偶性磁盘，就像RAID-5一样。2023/2/448（8）RAID5E：它是由IBM公司提出的一种私有RAID级别，没有成为国际标准。它是从RAID5的基础上发展而来的，与RAID5不同的地方是将数据校验信息平均分布在每一个磁盘中，并且每个磁盘都要预留一定的空间，这部分空间没有进行条带化。（9）RAID

7：这是一种新的RAID标准，其自身带有智能化实时操作系统和用于存储管理的软件工具，可完全独立于主机运行，不占用主机CPU资源。2023/2/4494．如何为服务器选定RAID级别有3个因素影响对RAID级别的选择：可用性（数据冗余）、性能和成本。下面的流程图提供了选择RAID级别的一些指导原则。2023/2/4502023/2/4512.2.3网络存储系统1．概述网络已逐渐成为主要的信息处理模式，需要存储的数据量大大增加，以及数据作为企业的生命和核心竞争力的重要性在增加。传统的存储模式已经不能满足要求，由此人们提出了网络存储技术。2023/2/452网络存取技术将文件资料存储在网络服务器上，用户只需连接到网络或Internet，即可根据权限读取或存储文件资料。2023/2/4532．SAN技术SAN即StorageAreaNetwork（存储区域网络），是以数据存储为中心，采用可伸缩的网络拓扑结构，通过具有高传输速率的光通道的直接连接方式，提供SAN内部任意节点之间的多路可选择的数据交换，并且将数据存储管理集中在相对独立的存储区域网内。2023/2/454SAN具有如下优点：（1）SAN具有无限的扩展能力。（2）

SAN具有更高的连接速度处理能力。（3）

SAN实现需要相当高的费用。（4）网络维护的费用比较高。2023/2/4553.NAS技术网络附加存储（NAS）系统一般由存储设备、操作系统以及文件系统等几部分组成。它将存储设备直接连到现有的IP网/以太网上，可以提供大带宽文件数据的服务。NAS尤其适用于文件系统和WEB服务系统的存储和共享优化存储，可以有效地管理多用户、多应用的单一数据的共享。2023/2/456NAS具有以下优点：（1）

NAS是真正的即插即用产品，NAS设备支持多计算机平台。（2）

NAS放置位置灵活，无须应用服务器干预。（3）保证了系统的安全性和可靠性。（4）系统的管理和设置较为简单。2023/2/4574．SAN与NAS的比较DAS、SAN与NS存储结构在网络中的位置2023/2/458SAN只能由一种操作系统平台独享数据存储设备。NAS是共享与独立兼顾的数据存储结构。2023/2/4595．iSCSI技术iSCSI技术是一种由IBM公司研究开发的，是一个供硬件设备使用的可以在IP协议的上层运行的SCSI指令集，这种指令集合可以实现在IP网络上运行SCSI协议，使其能够在诸如高速千兆以太网上进行路由选择。2023/2/4602.2.4服务器数据备份系统1．数据备份的必要性数据是无形的资产，所以由于数据备份问题而带来的损失比比皆是。备份非常重要。很多企业的服务器都采取了容错设计，即硬件备份，无法预防许多自然灾害。对网络来说，最合理有效的备份是使用专业大容量的备份设备对整个网络系统进行备份。2023/2/4612．网络数据备份介质（1）硬盘介质存储：硬盘是存取速度最快的，但费用是极其昂贵的。适合容量小但备份数据需读取的系统。（2）光学介质备份：光学存储设备具有可持久地存储和