MSPE基础类5存储协议v

MSPE培训教材—存储协议目前一页\总数二十八页\编于十五点目录了解各种存储协议了解各种存储协议的主要区别目前二页\总数二十八页\编于十五点SCSI的定义主机适配器SCSIID7SCSI总线SCSI阵列ID0SCSI阵列ID5LUN0LUN1LUN2LUN0LUN1数据/地址总线控制信号常见SCSI接口有50、68、80针SCSI（SmallComputerSystemInterface，小型计算机系统接口）是一种为小型计算机研制的接口技术，用于主机与外部设备之间的连接。目前三页\总数二十八页\编于十五点SCSI历史SCSI-3是所有存储协议的基础，其它存储协议都用到SCSI的指令集SCSI-11986年ANSI标准，采纳了SASI接口（1979）；定义了硬盘、磁带和其它存储设备的物理接口、传输协议和标准指令集；SCSI-21994年ANSI标准，SCSI-1的后续接口；提高了速度和总线带宽，支持多线程指令，增加了更多存储设备类型指令集；SCSI-3更高的速度类型：Ultra-2/Ultra-160/Ultra-320；物理接口、传输协议和SCSI指令集分层。目前四页\总数二十八页\编于十五点SCSI架构模型特定设备指令集：包括磁盘设备的“SCSI块指令(SCSIBlockCommands)”等基础指令集：所有SCSI设备都必须实现的“基础指令(SCSIPrimaryCommands)”SCSI传输协议：譬如iSCSI，FCP，SCSI协议等物理连接：譬如光纤，以太网电口，SCSI线缆，SAS线缆等架构模型：定义了SCSI系统模型和各单元的功能分工特定设备指令集基础指令集SCSI传输协议物理连接架构模型目前五页\总数二十八页\编于十五点SCSI标准框架BlockCommands

(e.g.,diskdrive)

(SBC,SBC-2)

ReducedBlockCommands(e.g.,diskdrive)

(RBC)

StreamCommands(e.g.,tapedrive)(SSC,SSC-2,SSC-3)

MediaChangerCommands(e.g.,jukebox)

(SMC,SMC-2)Multi-MediaCommands(e.g.,DVD)(MMC,MMC-2,MMC-3,MMC-4)ControllerCommands(e.g.,RAID)

(SCC-2)Object-BasedStorageDevice

(OSD)Management

ServerCommands

(MSC)PrimaryCommands(foralldevices)

(SPC,SPC-2,SPC-3)ArchitectureModel(SAM,SAM-2,SAM-3)SCSI

ParallelInterface

(SPI-2,SPI-3,

SPI-4,SPI-5Relatedstandardsandtechnicalreports(SDV,PIP,SSM,SSM-2,EPI)SerialBusProtocol

(SBP-2,SBP-3)IEEE1394FibreChannelProtocol(FCP,FCP-2,FCP-3)FibreChannel(FC)SSASCSI-3Protocol

(SSA-S3P)SSA-TL2SSA-PH1orSSA-PH2SCSIRDMAProtocol(SRP,SRP-2)InfiniBand(tm)iSCSIRJ45/SFPSerialAttachedSCSI

(SAS,SAS-1.1)EnclosureServices(SES,SES-2)特定设备指令集共享指令集架构模型传输协议物理接口目前六页\总数二十八页\编于十五点SCSI-3物理接口SCSI-3

ClassDriver

(TapeDeviceDriver)

SCSI-3

ClassDriver

(DiskDeviceDriver)

Interface-IndependentSoftwareProgrammingInterface(MiniportInterface,CAM,ASPI,IO)SCSI-3FCP

PortDriverSCSI-3Parallel

PortDriveriSCSIIP

PortDriverSAS

PortDriverSCSISerialBusProtocol(SBP-2)

PortDriverFibreChannel

PortSCSIParallel

PortEthernet

PortSASSerial

PortIEEE-1394(Firewire)PortFibreChannel

PhysicalI/FSCSIBUS

Fast/Wide/Ultra/etc.EthernetSerialAttachedSCSI

PhysicalI/FFireWire

PhysicalI/FInitiatorI/OSystem物理接口目前七页\总数二十八页\编于十五点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服务接口互连服务接口应用层传输协议层互连层SCSI发起端-目标器模型Initiator设备Target设备主机磁盘阵列磁带库目前八页\总数二十八页\编于十五点特点描述优点与主机无关工作在逻辑层而不是在设备层：支持数据块类型的逻辑地址；数据以字节为单位进行传送；采用通用指令集取代了专用的控制线多设备并行具有总线仲裁、设备选择功能，设备与设备、设备与主机之间是一种双向对等关系，不是主从关系；对多任务操作系统如Unix、Linux、WindowsNT，可以获得更高性能高带宽目前最快可以提供320MB/s的带宽低系统开销具有独立处理芯片，占用CPU资源的比例相当小缺点单I/O控制器两个和多个I/O控制器无法共享一条SCSI总线，不能实现多链路聚合，存在单一故障点地址短缺SCSI总线地址只有8或16个，无法接入更多的设备传输距离短单端SCSI传输距离6米，差分SCSI传输距离25米。所有连接设备只能放在统一地点SCSI的特点目前九页\总数二十八页\编于十五点SCSI允许连接设备数量较少SCSI连接设备距离非常有限

？基于网络的SCSIFCSANIPSANFCPiSCSI如何解决基于网络的SCSI目前十页\总数二十八页\编于十五点公共服务传输协议（编/解码）信号协议和连接服务介质和接口FC-1代码层FC-0物理层FC-2协议层FC-3服务层FC-4映射层IPI3SCSIHIPPIIPSBCCS802.2ATM通道网络光纤通道是构建FCSAN的基础，是FCSAN系统的硬件接口和通信接口。FC可以通过构建帧来传输SCSI的指令、数据和状态信息单元。FC（光纤通道）目前十一页\总数二十八页\编于十五点点对点只能连接2个设备(直接连接)交换式Fabric最多支持1千6百万个设备(光纤通道交换机)ArbitratedLoop

(仲裁环)最多支持126个设备(光纤集线器)FC的三种拓扑结构目前十二页\总数二十八页\编于十五点Fabric节点N_PortF_PortF_PortE_PortE_PortFL_Port

节点N_Port交换机2交换机1

节点NL_Port

节点NL_PortG_Port服务器或存储设备：N端口NL端口FC交换机：F端口FL端口E端口G端口FC端口类型目前十三页\总数二十八页\编于十五点不足优势连接设备比SCSI多高带宽，低时延连接距离远远超出并行SCSI存储设备FC特点构建维护成本高，时间长互操作性不强，FC协议具体实现上各个厂商有所不同FCSAN缺少统一管理标准单模光纤理论上最长传输距离10公里左右，长距离传输时需借助于其他手段（协议转换/DWDM等）目前十四页\总数二十八页\编于十五点FCSAN孤岛如何连接，并跨越WAN？通过IP网络隧道方案

路由方案FCIPiFCPFCSAN的连接目前十五页\总数二十八页\编于十五点应用场合两个FCSAN孤岛通过IP连接成一个大的FCSAN特点基于IP的FC隧道协议，将FC帧封装在TCP/IP上FCIP连接对IP网络是透明的，整个传输中只有FCIP网关需要知道FCIP的封装FCIP报文IP头TCP头TCP数据FCSSOFFC帧头SCSI数据CRCEOFFCIP头封装FCIP（FCoverIP）目前十六页\总数二十八页\编于十五点SCSI应用（文件系统、数据库）SCSI块指令SCSI流指令其他SCSI指令SCSI指令、数据和状态iSCSITCPIP以太网等iSCSI协议栈iSCSI（InternetSCSI）把SCSI命令和块状数据封装在TCP中在IP网络中传输iSCSI作为SCSI的传输层协议，基本出发点是利用成熟的IP网络技术来实现和延伸SANiSCSI目前十七页\总数二十八页\编于十五点iSCSI发起端-目标器模型发起端（Initiator）SCSI层负责生成CDB（命令描述符块），将CDB传给iSCSIiSCSI层负责生成iSCSIPDU（协议数据单元），并通过IP网络将PDU发给target目标器（Target）iSCSI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iSCSITCPSCSIIPLinkiSCSITCPSCSIIPLinkInitiatorTarget目前十八页\总数二十八页\编于十五点iSCSI的报文格式以太网头(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APRSF窗口大小校验和紧急指针基本报头段(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）U目前十九页\总数二十八页\编于十五点OSI模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层以太网和TCP/IP应用层(i.e.POP3,SMTP,DNS,DHCP,FTP,WWW协议)TCP/IP动态IP地址7固定MAC地址00-00-0e-21-17-68物理接口光纤通道FC-4:高层协议(ULP)(空白)FC-3:通用服务(未定义)FC-2:帧协议/流控制World-WideName(64-bits)FC-1:8b/10b编码FC-0物理接口光纤通道只是二层协议，不具备广域路由能力用于数据安全的第三层没有定义，协议本身不具备安全性FCVSTCP/IP协议目前二十页\总数二十八页\编于十五点iSCSI优点良好的标准化易管理，IP技术成熟，具备IP知识的专业技术人员多很低的安装成本和维护费用：建立在TCP/IP上减少了异构网络和电缆：不需要特殊的FC交换机无距离限制，远程存储：异地数据交换、备份及容灾灵活的安全性和QoS保证跨广域网传输效率不高目前二十一页\总数二十八页\编于十五点几种存储协议报文结构比较FCIPSCSI-FCPiFCPiSCSIEthernet头IP头TCPFCIP头SOFFC帧头CRCEOFFCSSOFFC帧头Payload:SCSICommandinIUCRCEOFEthernet头IP头TCPiFCP头SOFFC帧头CRCEOFFCSEthernet头IP头TCPiSCSI头FC帧头FCSPayload:SCSICommandinIUPayload:SCSICommandinIUPayload:SCSICommandinIU目前二十二页\总数二十八页\编于十五点其它存储协议？FCoE……其它存储协议目前二十三页\总数二十八页\编于十五点从FC到FCoEMACFCoEMappingFC-2FC-3FC-4FC-0（物理接口）FC-1（编码）FC-2（数据分发）FC-3（通用服务）FC-4（高层协议映射）PHYFC协议层（无改变）IEEE802.3（Ethernet）从FC到FCoE没有质变！目前二十四页\总数二十八页\编于十五点FCoE报文结构目的MAC地址源MAC地址以太网帧类型FCoE有效载荷帧校验序列6字节6字节2字节MAC帧头分片FC数据，小于1500字节4字节目的MAC地址源MAC地址以太网帧类型FCoE有效载荷帧校验序列6字节6字节2字节MAC帧头21