存储基础知识2_SCSI和网络存储

主机 适配器 SCSI ID 7
控制信号 数据/地址总线
SCSI 阵列 ID 0
LUN 0 LUN 2 LUN 1
SCSI 阵列 ID 5
LUN 0 LUN 1
SCSI 历史
SCSI-1
1986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；
数据管理系统
文件系统+ 逻辑卷管理器 RAID 设备驱动 块处理 I/O
FC总线卡 FC协议栈 数据管理系统 RAID 设备驱动 块处理 I/O
网络接口卡 TCP/IP协议栈 数据管理系统 RAID 设备驱动 块处理 I/O
FC SAN
并行与串行接口之间的比较
光纤通道基于核心SCSI协议设计，光纤通道通过将并行接口转换为串行 接口极大的提高了SCSI的性能 并行总线难以保证在远距离上数据的传 输顺序 (电磁干扰)
光纤通道交换机
连接多个端口 (8， 16， 32， 64， 128 口) 支持交换Fabric和传统loop设备 2Gbit/秒和4Gbit/秒传输速率(自适应) 全双工性能， 使用cut-through路由算法 交换机间提供8Gbit/秒逻辑干线合并 拓扑结构自动协调， 自动配置 (自恢复) 端到端性能监控
Single Initiator, Multiple Targets
LUN 0
Initiator SCSI Bus
Target
LUN 1
LUN 2
Single Initiator, Single Target
网络存储
网络存储
网络存储
SAN存储区域网 iSCSI NAS
基于网络的SCSI
SCSI-2
1994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。
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
Zone的好处
Solaris NT
HP-UX
分区
满足SAN Fabric任意连 接的要求 真正支持异构平台的 SAN
NT Disks
Solaris Disks
HP-UX Disks
IP SAN
什么是IP SAN？
IP SAN是采用iSCSI协议构建的SAN存储区域网： 优点：低成本
iSCSI的诞生更加说明了网络模型的实现究竟使用光
通道协议还是以太网协议是相对次要的环节。这只 是承载数据块的工具而已。 因此，SAN和NAS的区别在于传递的内容是数据块 还是文件，更根本上来说是文件系统所处的位置。
DAS、NAS、SAN剖析
DAS
主机 应用 文件/操作系统 逻辑卷管理器 RAID SCSI 设备驱动 SCSI/FC 总线卡 文件处理 I/O 块处理 I/O IP Network 网络接口卡 TCP/IP 协议栈 NFS/CIFS FC Network IP Network 块处理 I/O 块处理 I/O 数据库 裸卷
存储基础知识(二）
SOUL 产品部
2010.05
目录
1 存储介质
2
阵列技术
3
SCSI技术
4
网络存储
5
存储应用

OS与存储
SCSI技术
SCSI技术
SCSI基础
SCSI基础
SCSI是: 标准？ 总线？ 协议？
SCSI 的定义
SCSI（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。 SCSI总线
存储阵列
磁带库
计算（主机）、传输（交换机）、存储（RAID/Tape）分离 主机可以访问任何存储设备，存储设备之间可以互访 主机、存储设备可以独立扩展
NAS & SAN
SAN偏指计算平台和存储平台间采用数据块进行传 递的网络模型，而NAS狭义地定义计算平台和存储 平台间采用文件的方式进行数据传递的网络模型。
单模光纤 芯径一般为9或10μm 包层外直径125μm 传输距离50Km-100Km
光纤常见接头
FC 圆型带螺纹(配线架上用的最多) ST 卡接式圆型 (配线架上用的最多) SC 卡接式方型(路由器交换机上用的最多) LC卡接式方型（路由器常用） MT-RJ 方型,一头双纤收发一体( 华为8850上有用)
光纤网络通道端口类型
交换机 1
节点 N_Port F_Port F_Port N_Port 节点
E_Port
设备 (节点)端口
N_Port = Fabric直接连接设备 NL_Port = Loop连接设备
E_Port NL_Port 节点
交换机端口
E_Port = 扩展端口 (交换机到交换机) F_Port = Fabric端口 FL_Port = Fabric Loop端口 G_Port = 普通(Generic)端口 — 可以转 化为E或F” U_Port = 通用(Universal)端口 (用于描述 自动端口检测的术语)
SCSI 术语
Initiator:
A SCSI device that requests an operation to be performed by another SCSI device. 发起操作请求的SCSI设备
Host Adapter:
A Controller Board that translates host I/O requests into SCSI requests. 将操作系统 I/O 请求转为SCSI命令
磁带库
JBOD
JBOD FC
NAS基于文件的网络存储
LAN
网络服务 (TCP/IP) 文件系统 CIFS/NFS 卷管理

提供网络文件共享功能 支持的协议包括 CIFS， NFS 异构平台文件数据的共享 安装和使用较简单
NAS
RAID控制器
disks
管理
SAN存储区域网
LAN
SAN
存储阵列
U_Port
FL_Port
交换机 2
NL_Port 节点
Fabric
光纤通道的帧格式
一个帧是在光纤通道连接中数据包的最小单位 (上层协议不可见).
帧
S O F 4 帧头 数据载荷
2148 字节
C E R O C F 4 4
24
最大 2112
Fibre Channel Frame
SAN网络的逻辑管理单元Zone
NAS
主机
FC SAN
主机 应用 文件/操作系统 数据库
IP SAN
主机
应用
文件/操作系统 I/O 重定向器 NFS/CIFS TCP/IP 协议栈
应用
文件/操作系统 逻辑卷管理器 数据库 裸卷
逻辑卷管理器
FC协议栈 FC总线卡
裸卷
SCSI 设备驱动
网络接口卡
SCSI 设备驱动 iSCSI Layer TCP/IP Stack 网络接口卡
SCSI Configuration
T
Initiator
Target 0
T Initiator
Target 0
SCSI Bus
Target 1
SCSI Bus
Target 1
Initiator Target n T
SCSI Bus Terminator T
Target n
Multiple Initiators, Multiple Targets
Storage Interconnect
SAN
Block Aggregation Device Interconnect
Disk Array Virtual Array Disk Array Tape Tape Library
Storage Devices Source: SNIA
常见存储架构
DAS直连存储
现在可以提供4gbit400mb秒的数据传输速率全双工专有连接未来可升级至10gbit秒最大10公里连接距离通过扩展器可连接上千公里非常适于灾难恢复应用使用8b10b编码方式将8位转换为10b格式进行串行传输内置时钟信号强大的错误更正能力位错误率1x1012比原有铜连接网络强大1000倍中华人民共和国的成立标志着中国新民主主义革命已经取得了伟大胜利标志着中国人民受奴役压迫的半殖民地半封建时代已经过去光纤通道网络san魔术般的扩展能力san及数据管理san应用san网络级联san信息基础结构wan中华人民共和国的成立标志着中国新民主主义革命已经取得了伟大胜利标志着中国人民受奴役压迫的半殖民地半封建时代已经过去配置灵活的拓扑结构点对点只能连接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个设备光纤集线器中华人民共和国的成立标志着中国新民主主义革命已经取得了伟大胜利标志着中国人民受奴役压迫的半殖民地半封建时代已经过去光纤通道主机接口卡hba为服务器或客户机内部总线pci和sbus等提供与光纤通道网络的接口hba软件驱动为操作系统提供所须存储信息铜光介质支持可能是双接口卡中华人民共和国的成立标志着中国新民主主义革命已经取得了伟大胜利标志着中国人民受奴役压迫的半殖民地半封建时代已经过去光纤线多模光纤纤芯直径为50625m包层外直径125m传输距离几公里单模光纤芯径一般为9或10m包层外直径125m传输距离50km100km中华人民共和国的成立标志着中国新民主主义革命已经取得了伟大胜利标志着中国人民受奴役压迫的半殖民地半封建时代已经过去光纤常见接头fc圆型带螺纹配线架上用的最多st卡接式圆型配线架上用的最多sc卡接式方型路由器交换机上用的最多lc卡接式方型路由器常用mtrj方型一头双纤收发一体华为8850上有用中华人民共和国的成立标志着中国新民主主义革命已经取得了伟大胜利标志着中国人民受奴役压迫的半殖民地半封建时代已经过去光纤通道交换机连接多个端口8163264128端到端性能监控中华人民共和国的成立标志着中国新民主主义革命已经取得了伟大胜利标志着中国人民受奴役压迫的半殖民地半封建时代已经过去光纤网络通道端口类型fabric节点nportfportfporteporteportflport节点nport交换机2交换机1节点nlport节点nlportu
LUN:
Logical Unit Number. An encoded three-bit identifier for the logical unit. 逻辑单元号。SCSI总线上可挂接的设备数量是有限的，一般为6个或者15个Target ID或 SCSI ID来描述这些设备。而实际上我们需要用来描述的对象，是远远超过该数字的， 于是引入LUN的概念，也就是说LUN ID的作用就是扩充了Target ID ，每个Target下都 可以有多个LUN device，通常简称LUN device为LUN。
交换机 1
节点 N_Port F_Port F_Port N_Port 节点
E_Port
Zone 1
E_Port 节点 N_Port F_Port U_Port
Zone 2
Fabric
交换机 2
分区 单独的逻辑管理单元 可以使用WWN和端口作为 成员 可以跨多个域/区/端口 可以包含Fabric内任意数 量的交换机 支持相互交叉 与E_Port无关
iSCSI协议本身没有距离限制 灵活的拓扑结构 易于使用和扩展 10Gb时代很快到来（iSCSI通道速率将超过FC）
Fiber Channel
Initiator HBA
iSCSI
Initiator HBA
Server
Server
FCSAN Target HBA
光纤通道网络 – SAN魔术般的扩展能力
SAN应用
SAN网络级联
WAN
SAN及数据管理
SAN信息基础结构
配置灵活的拓扑结构
点对点 Arbitrated Loop (仲裁环) 交换式 Fabric
只能连接 2个设备 (直接连接)
最多支持126个设备 (光纤集线器)
最多支持1千6百万个设备 (光纤通道交换机)
FCP • SCSI允许连接设备数量较少 • SCSI连接设备距离非常有限 如何解决 基于网络的SCSI IP SAN iSCSI FC SAN
What is a SAN?
File/Record Subsystem
Solaris HP/UX Linux AIX/ Monterey Windows NT/2000
光纤通道主机接口卡(HBA)
为服务器或客户机内部总线(PCI和SBUS等)提 供与光纤通道网络的接口 HBA软件驱动为操作系统提供所须存储信息
– 对I/O进行操作I/O同时对正常请求进行控制 – 铜/光介质支持 (可能是双接口卡)
光纤线
多模光纤 纤芯直径为50~62.5μm 包层外直径125μm 传输距离几公里
Target:
A SCSI device that performs an operation as requested by an initiator. 响应执行操作请求的SCSI设备
Logical Unit:
A Physical or Virtual device addressable through a target. SCSI逻辑单元
NAS附加网络存储
SAN存储区域网
• FC SAN • IP SAN
DAS的局限 – 存储需要网络化
LAN
RAID
直接附加 内置存储
RAID
SCSI
SCSI FC

DAS的缺点： 每台服务器都有其自己的存储部件 ($$) 管理困难，降低了生产效率 备份很昂贵 浪费的存储空间 难于共享数据
SCSI的并行接口
Data 1 Control 1 Data 2
多条连接线
Control 2
Data 3 Control 3
光纤通道的串行接口
单连接线
Data 3
Control 3
Data 2
Control 2
Data 1
Control 1
光纤通道的优点
为上层协议(SCSI， IP等)提供一个通用硬件传输平台。 高速: 现在可以提供4Gbit(400MB)/秒的数据传输速率， 全双工专有 连接，未来可升级至10Gbit/秒 无阻塞数据传输 最大10公里连接距离(通过扩展器可连接上千公里，非常适于灾难恢 复应用) 先进的流控制系统保证数据按顺序传输. 不存在无线电信号散射 (RFI)，从而消除了电磁信号 串行数据传输， 每传输一位需要0.94纳秒(极小的时间延迟) 使用8b/10b编码方式将8位转换为10b格式进行串行传输 (内置时钟信号) 最多可以连接1千6百万个节点(交换Fabric模式) 强大的错误更正能力(位错误率 = 1x10-12)， 比原有铜连接网络强大 1000倍