HC120920001 HCNP2.0-Storage 第一章-统一存储系统概述

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统一存储系统概述目标学完本课程后，您将能够:熟悉SAN存储系统的基本构架熟悉SAN存储系统的协议熟悉NAS存储系统的基本构架熟悉NAS存储系统的协议目录SAN存储系统及结构SAN主要协议NAS存储系统及结构NAS文件共享协议SAN存储网络基本架构LAN阵列1阵列2阵列3阵列4阵列5阵列6ETHSwitchFCSwitchUsersSANSAN存储网络的硬件组件SAN主机总线适配器交换机存储设备SAN的I/O处理流程（以FC-SAN为例）应用程序读/写请求使用SAN的应用程序I/O请求操作系统SCSI命令数据块I/O请求光纤通道数据帧光纤通道交换机光纤网数据路径SCSI读/写存储阵列的基本架构SAN存储系统模块控制模块电源模块BBU模块风扇模块接口模块机箱SAN存储网络的发展趋势通过引入虚拟化，达到自我优化的效果.组网更加灵活提高SAN的智能性.与NAS融合，进行优势互补虚拟化自动部署UnifiedFabric.SAN和NAS融合.目录磁盘阵列结构SAN主要协议2.1SCSI协议2.2FC协议2.3SAS协议2.4iSCSI协议NAS存储系统及结构NAS文件共享协议SCSI协议基础SCSI:小型计算机接口（SmallComputerSystemInterface）SCSI协议本质上同传输介质无关，SCSI可以在多种介质上实现，甚至是虚拟介质；目前最重要的存储协议；目前已发展到SCSI-3。SCSI的发展历程SCSI-3SCSI-2SCSI-11983-1985推出支持异步和同步支持7个8bit设备最大速度5MBps50pin数据线6m距离已经淘汰SCSI-11988-1994推出兼容SCSI-1支持16bit宽带最大速度16MBps还在使用SCSI-21993年成为标准兼容SCSI-2/SCSI-1真正成为了一个体系结构支持FCP/IEEE1394等多种介质SCSI-3SCSI的发展历程SCSI-3SCSI-2SCSI-11983-1985推出支持异步和同步支持7个8bit设备最大速度5MBps50pin数据线6m距离已经淘汰SCSI-11988-1994推出兼容SCSI-1支持16bit宽带最大速度16MBps还在使用SCSI-21993年成为标准兼容SCSI-2/SCSI-1真正成为了一个体系结构支持FCP/IEEE1394等多种介质SCSI-3SCSI-3接口规格：规格别名规范文件接口数据包

(bits)频率各种极限带宽(MB/s)带宽(Mbit/s)设备数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的目标器和启动器模型ClientServerClient-ServerTransactionServerRequestServerResponseProtocolServiceInterfaceServiceDeliverySubsystemSCSI拓扑举例SCSI读写流程I_T_nexusInitiatorApp.1.SCSI读指令2.CDB信息3.分配缓存和准备数据4.传输数据5.已经读入Target3.分配缓存InitiatorI_T_nexusApp.1.SCSI写指令2.CDB信息4.可以传输5.传输数据6.回应结果7.已经写入TargetSCSI数据Data-In（Write）流程SCSI数据Data-Out（Read）流程目录磁盘阵列结构SAN主要协议2.1SCSI协议2.2FC协议2.3SAS协议2.4iSCSI协议NAS存储系统及结构NAS文件共享协议FC协议介绍FC(FibreChannel)，1994年由ANSI标准化组织T10制定的适合于千兆位数据传输通信的网络技术FC高速率高效率组网灵活FC的网络协议栈ULP(UpperLevelProtocol)ATMIPSCSI-3FC-4FC-ATMFC链路封装

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

(FC-PH,FC-PH2,FC-PH3)物理接口编码/解码封装/数据传递8B/10B编码铜缆、光纤FC-AL-2FC-AL光纤网的拓扑

点对点只能连接2个设备(直接连接)FC-P2P交换式光纤网最多支持1600万个设备(光纤网交换机)FC-SW光纤仲裁环最多支持126个设备(光纤集线器)FC-AL点到点式光纤网络(P2P)800MB/sec800MB/sec应用服务器SAN存储设备点到点式光纤网络使用光纤通道将两个设备进行连接光纤通道仲裁环路(FC-AL)光纤通道仲裁环以环路方式使用光纤通道连接各类设备光纤通道仲裁环应用服务器A应用服务器BSAN存储设备BSAN存储设备A交换式光纤通道网络(FC-SW)交换式FC网络使用光纤网交换机连接各种SAN设备10Km应用服务器光纤网交换机SAN存储设备磁带库备份系统远程站点应用服务器FC的三种拓扑比较特性点到点式

仲裁环方式光纤交换式

最大节点数2127≈1600万地址位数无8位AL_PA24位端口地址单点故障影响无环失效

无多速率传输支持否否是数据帧传输顺序按发送顺序按发送顺序无保证介质访问方式独享仲裁式独享FC协议发展趋势预测200020011GFC2GFC2002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017商用4GFC8GFC16GFC商用商用商用商用40/100GFC10TFC目录磁盘阵列结构SAN主要协议2.1SCSI协议2.2FC协议2.3SAS协议2.4iSCSI协议NAS存储系统及结构NAS文件共享协议SAS协议简介SAS(SerialAttachedSCSI)主要分为三个子协议：SSP:SerialSCSIProtocolSMP:SerialManagementProtocolSTP:SerialTunneledProtocol并行SCSI与串行SCSI的比较串行SCSI并行SCSI速率高寻址能力强 速率低寻址能力弱信号易受干扰信号不易受干扰物理接口简洁物理接口较复杂SAS的优势可以连接大量磁盘设备兼容SAS和SATA低成本SAS的优势高性能、高可靠性SAS端口phyphyNarrowPortNarrowPortPhysicallinkNarrowlinkphyphyPhysicallinkWideportphyphyPhysicallinkWideport...WidelinkSASaddressASASaddressXSASaddressBSASaddressBSASaddressYSASaddressY......SAS域ExpanderExpanderExpanderExpanderExpanderExpanderExpanderSAS/SATAdiskSAS适配器SAS域SASInitiatorSAS在SAN中的应用以S5000T为例，SAS在SAN中的典型应用如图所示IPSANFCSANS5000T存储FCTargetiSCSITarget客户端SAS在SAN中的应用在阵列内部，所有硬盘均为Target，存储控制器作为Initiator对所有硬盘进行控制。硬盘框SAS控制器（Initiator）SAS扩展器硬盘（Target）SAS的未来发展趋势200320042005200620072008200920102011201220132014201520163Gb/sSAS6Gb/sSAS在12Gb/sSASSAS1.1SAS2.0草案SAS3.0草案商用商用商用数据来源于STA及产品数据分析目录磁盘阵列结构SAN主要协议2.1SCSI协议2.2FC协议2.3SAS协议2.4iSCSI协议NAS存储系统及结构NAS文件共享协议iSCSI协议简介

IETF提出的基于IP协议的技术标准允许用户通过其访问SANSCSI命令和数据以IP帧格式传输iSCSI工作在SCSI和TCP/IP之间iSCSI协议栈应用层SCSI流指令SCSI块指令其它SCSI指令SCSI指令、数据和状态iSCSI（SCSIOverTCP/IP）TCPIP物理层（以太网）iSCSI封装过程iSCSIInitiatoriSCSITargetiSCSI会话连接iSCSI协议的会话就是在一个网络上封包和解包的过程。iSCSI会话建立前必须先建立TCP连接，当TCP经过三次握手建立起连接之后才能建立iSCSI会话。一个TCP会话中可以包含一个或者多个iSCSI会话。iSCSIDiscovery会话Discovery会话仅用于iSCSITargetdiscovery而建立的会话。InitiatorTargetLoginRequestTCPTCP建立TCP会话（三次握手）LoginRequestLoginResponseLoginResponseTextRequestTextResponseDiscoverySessionParameterSessionSendTargetiSCSINormal会话Normal会话是无限制会话iSCSIInitiator直接使用iSCSITarget的名字来建立iSCSI会话，会话建立后可执行iSCSI完整功能。InitiatorTargetiSCSI驱动程序TCPTCP建立TCP会话（三次握手）登录应答文本应答登录应答iSCSI驱动程序iSCSI登录可选文本指令其他多次登录登录成功，进入完整功能阶段iSCSI协议的优点

iSCSI协议的优点成本低功能强安全性高传输距离长带宽高iSCSI的几种连接方式硬件TOE网卡+initiator软件方式以太网卡+Initiator软件方式

iSCSIHBA卡实现方式效率最低价格最低效率适中价格适中性能最好价格最高iSCSI在SAN中的应用服务器ALUN1服务器BLUN2服务器CLUN3iSCSI存储设备LANLUN1LUN2LUN3TCP/IP目录SAN存储系统及结构SAN主要协议NAS存储系统及结构NAS文件共享协议什么是NAS？拥有可访问的磁盘阵列拥有文件系统对外提供访问文件系统的接口LUN0LUN1LUN2LUN3LUN6LUN7LUN8LUN9LUN4LUN10LUN5LUN11卷管理模块卷管理模块文件系统NetworkAttachedStorage网络文件系统协议以太网接口以太网接口什么是NAS？NAS网络拓扑图NAS技术分析RAIDFCSAS存储管理模块NFSCIFS网络模块操作系统文件系统OS文件系统模块NAS技术分析NAS硬件操作系统存储管理（磁盘监视，异常处理，RAID）文件系统网络文件共享（NFS,CIFS）GUI界面设备监视与控制；设备配置：网络、卷、文件存取权限等）可通过Web进行管理网络模块TCP/IP微内核操作系统控制器微码RAID软件NAS文件系统CIFS或NFS协议NTFS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CIFS或NFS协议NAS设备目录SAN存储系统及结构SAN主要协议NAS存储系统及结构NAS文件共享协议4.1CIFS协议4.2NFS协议CIFS是什么CIFS(CommonInternetFileSystem)，通用Internet文件系统，一个新提出的协议，它使程序可以访问远程Internet计算机上的文件并要求此计算机的服务。CIFS是公共的或开放的SMB协议版本，包含主要模块有NBT、SMB、BrowsingCIFS消息流UserRequestUserModeKernelModeI/OManagerRedirectorTDILayerNWLinkNetBTNetBIOSIPXTCP/IPNDISNetworkTDILayerNWLinkNetBTNetBIOSIPXTCP/IPNDISServer目录SAN存储系统及结构SAN主要协议NAS存储系统及结构NAS文件共享协议4.1CIFS协议4.2NFS协议NFS主要模块：RPC、鉴权、传输NFS(NetworkFileSystem)–网络文件系统NFS（网络文件系统）是Unix系统间实现磁盘文件共享的一种方法，支持应用程序在客户端通过网络存取位于服务器磁盘中数据的一种文件系统协议。NFS消息流SyetemCallinterfaceNFSClientRPC/XDRVFSInterfaceOthertypesoffilesystemLinux&UnixfilesystemNFSClientNetworkRPC/XDRNFSServerVFSInterfaceLinux&UnixfilesystemRPCRPC（Remote

Procedure

Call）

传输方式使用UDP协议UDP传输在NFS局域网的应用中传输速度快UDP协议传输的开销小使用TCP协议可靠性高，有效的阻塞控制客户端和服务器端都保留TCP连接的状态服务器崩溃