1、RAID網絡存儲概述2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang2第1章RAID與大容量存儲n本章目的： n 了解海量存儲的基礎知識； n 掌握RAID及RAID分級的概念2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang3RAID概念nRAID的全稱為nRedundant Array of Inexpensive/Independent Disks，n而不是某些詞典中所說的nRedundant Access Independ

2、ent Disks，n它的中文名稱為n廉價（獨立）磁盤冗余陣列。nRAID 等級n磁盤陣列針對不同的應用使用不同的技術，稱為RAID 等級，每一等級代表一種技術2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang4RAID-0等級nRAID0（Striped Disk Array without Fault Tolerance，沒有容錯設計的條帶磁盤陣列）,n如圖1-1所示圖1-1 RAID0結構圖解2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author:

3、NK Jiang5RAID-1等級nRAID-1的定義是nMirroring and Duplexing（相互鏡像）n結構如圖1-2所示2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang6RAID-2等級nRAID2是目前最為復雜的RAID系統等級之一nRAID2之所以復雜是因為它采用了早期的錯誤檢測與修正技術漢明碼（Hamming Code）校驗技術n圖1-4 RAID-2結構圖解2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang

4、7RAID-3等級nRAID3的定義是nParallel Transfer with Parity(并行傳輸及校驗）n圖1-5 RAID-3結構圖解2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang8RAID-4等級n定義是Independent Data Disks with Shared Parity Disk(獨立的數據硬盤與共享的校驗硬盤）n圖1-6 RAID-4結構圖解2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang9R

5、AID-5 等級nRAID-5和RAID-4相似，但避免了RAID-4的瓶頸，方法是不用校驗磁盤而將校驗數據以循環的方式放在每一個磁盤中2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang10RAID-6和RAID-7等級nRAID-6（Independent Data Disks with Two Independent Distributed Parity Schemes，n帶有2個獨立分布式校驗方案的獨立數據硬盤）等級n是在RAID5基礎上，為了進一步加強數據保護而設計的一種RAID方式，實際上是一種擴展RA

6、ID5等級nRAID-7不僅僅是一種技術，還是一種存儲計算機（storage computer）。nRAID7存儲計算機操作系統（storage computer operating system）是一套實時事件驅動操作系統，主要用來進行系統初始化和安排RAID7磁盤陣列的所有數據傳輸，并把它們轉換到相應的物理存儲驅動器上2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang11第2章磁盤存儲陣列容錯和性能介紹n本章目的： n 理解磁盤陣列的容錯功能； n 掌握磁盤陣列在一些不同應用背景下的性能2022-4-4 Co

7、pyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang12磁盤輸入輸出系統的4大要求n(1) 增加存取速度； n(2) 容錯（fault tolerance），即安全性； n(3) 有效地利用磁盤空間； n(4) 最大限度地平衡CPU、內存及磁盤的性能差異，提高計算機的整體工作性能2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang13n磁盤陣列的額外容錯功能 n多數據流對磁盤陣列系統性能的影響n單主機連接情況下的磁盤陣列存儲系統性能n多主機同時訪問時系統性能

8、變化n來自不同主機的多個數據流對小規模磁盤陣列存儲系統性能的影響n來自不同主機的多個數據流對大規模磁盤陣列存儲系統性能的影響n來自不同主機的多個數據流對NAS存儲系統性能的影響n產品舉例分析2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang14相關磁盤陣列存儲術語nSCSI(Small Computer System Interface，小型計算機系統接口）nATA(AT Attachment，AT嵌入式接口)即俗稱的IDE（Integrated Drive Electronics）nSerial ATA（串行A

9、TA,SATA）采用的是串行數據傳輸方式nNAS（Network Attached Storage，網絡連接存儲nDAS（Direct Attached Storage，直連式存儲）nSAN（Storage Area Network，存儲區域網絡）nArray 磁盤陣列模式是把幾個磁盤的存儲空間整合起來，形成一個大的、單一連續的存儲空間nArray Spanning(陣列跨越)2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang15第3章存儲網絡技術n本章目的： n 介紹與存儲有關的網絡技術； n 介紹存儲網路體系

10、結構； n 討論新一代多層智能化存儲網絡； n 討論存儲網路的發展趨勢； 2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang16存儲網絡基礎nSCSIn是連接存儲設備與服務器的最通用的方法nTCP/IPnTCP協議和IP協議共同構成了通信協議族，這組協議是Internet獲得成功的主要因素n以太網n最早由Xerox公司所開發的以太網（IEEE 802.3）是局域網領域得到最廣泛使用的技術，也是桌面計算機互聯的最佳技術nFiber Channeln大多數的存儲區域網絡(Storage Area Networks，S

11、AN)都是基于一個叫做Fiber Channel(FC)的體系結構。nFC的發展是為了解決服務器和存儲設備之間的通信要求。這些要求包括速度、容量和可靠性等2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang17存儲體系結構n直連式存儲（DAS）n在直連式存儲（Direct Attached Storage，DAS）方式中，存儲設備是通過電纜（通常是SCSI接口電纜）直接連到服務器的，輸入輸出（I/O）請求直接發送到存儲設備nDAS結構如圖3-1所示2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All

12、Rights Reserved.Author: NK Jiang18存儲體系結構n網絡連接存儲（NAS）n網絡連接存儲(Network Attached Storage,NAS)，即將存儲設備連接到現有的網絡上，提供數據和文件服務n結構如圖3-2所示2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang19存儲體系結構n存儲區域網絡（SAN）n存儲區域網絡(Storage Area Networks,SAN)是一個用在服務器和存儲資源之間的、專用的、高性能的網絡體系，為實現大量原始數據的傳輸而進行了專門的優化nSAN

13、與NAS的區別和聯系n技術上是互補nSAN是以數據為中心的，而NAS是以網絡為中心的2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang20以太網和存儲網絡相結合的多層環境niSCSIniSCSI(Internet SCSI,Internet小型計算機接口)n是IETF（Internet Engineering Task Force，互聯網工程任務組）制訂的一項標準，用于將SCSI數據塊映射成以太網數據包nFCIPn(Fiber Channel over IP)是在TCP/IP上用管道技術來實現Fiber Chan

14、nel的受推薦標準。n它采用封裝技術將Fiber Channel協議封裝在IP包中，以使它能夠通過IP網nSAN的應用n(1) 數據共享n(2) 存儲共享n(3) 數據備份 n(4) 災難恢復2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang21存儲網絡的未來發展n多層智能化存儲網絡n用一種層次化的方式來實現網絡和存儲智能，為存儲網絡的發展開辟了一個新的紀元n存儲管理的自動化與智能化n提高存儲效率n減少總體擁有成本，增加投資回報2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Re

15、served.Author: NK Jiang22如何建造企業SAN系統n怎樣才能找到建設存儲環境的最佳構件？n從目前的標準來衡量，最佳構件即是由其最終建成的基礎設施能給予應用系統充分支持，并能隨業務需要靈活擴展。nSAN應用系統評估n包括以下5項n1. 應用要求n2. 數據存儲要求n3. 備份和災難恢復戰略n4. 網絡連接要求n5. 服務器連接要求2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang23n1. 應用要求n1） 宕機冗余n2） 性能n3） 增長2022-4-4 Copyright SEI ECNU

16、. All Rights Reserved.Author: NK Jiang24n2. 數據存儲要求n1） 數據位置n了解數據量和數據的位置很關鍵。數據是放在統一的存儲庫中，還是分布在存儲小區內； 存儲據點之間的電纜距離和與服務器的連接等都必須要納入考慮范圍。長途連接(大于10km)會有特別的連接要求，如支持長途連接的Switch、光纖信號轉發器和橋接等。n2） 數據量n需要存取的數據量是決定網絡帶寬和存儲網絡連接數量的關鍵因素。存儲陣列的規模和性能特點將決定支持陣列的必要網絡連接數量。此外，每個存儲端口支持的服務器數量由存儲制造商確定，以避免網絡堵塞和瓶頸。n3） 數據和存取共享2022-4

17、-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang25n3. 備份和災難恢復戰略n集中式、離網、少服務器備份是促使企業實施SAN的主要因素。關于備份如何生成的評估也是必要的，因為它將決定連接范圍和吞吐量大小。集中式備份戰略要求設計完備的SAN。為了使戰略成功，從備份設備到每一個存儲設備之間都應該有一條高速、高可用性的數據路徑2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang26n4. 網絡連接要求n1） 端口計數要求n評估支持現有和未來增長所需

18、網絡連接數十分重要。如果在部署初期沒有考慮增長因素，事后不斷追加網絡規模和重新配置會浪費大量資源，并增加宕機時間。在最初設計中，如果沒有包括完備的擴展戰略，在實際應用中不斷擴展的網絡會出現傳輸量不平衡的現象，并最終影響整個網絡的性能和可用性。n2） 網絡傳輸模式n為統一存儲而實施的SAN與為少服務器備份應用而實施的SAN的傳輸模式有很大不同。服務器和存儲設備之間的新連接需要考慮額外的端口計量。如果忽略了這一點，SAN沒有為傳輸量的增長做好準備，當數據在全網范圍內傳輸時，很有可能產生“瓶頸”。n3） 帶寬要求2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Res

19、erved.Author: NK Jiang27n5. 服務器連接要求n每個服務器的SAN連接請求需要從帶寬、性能和可用性等方面確定，目的是了解每一種連接在正常和高峰傳輸環境中的不同要求2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang28存儲網絡系統中的交換機n如果是支持大型企業應用，就需要多類型的交換機（Switch），每種Switch在基礎設施中承擔不同的任務。有些Switch承擔到存儲庫的主要連接，因此需要非常高的可用性。其他Switch用于支持服務器集群的整合，只需要高性能和較少端口數量nSwitch類

20、型n分為3種：n光纖信道Switch（Director）、n網絡Switch和n判優環路Switch(或稱環路Switch)n分類也不是絕對的，某個廠商的Director在一定情況下可能是另一廠商的網絡Switch2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang29不同類型Switch比較n1） 可用性n可用性用于衡量Switch正常運行時間，也用于衡量滿足應用系統和基礎網絡需要的能力n2） 性能n無論是只安裝一臺Switch，還是要建立完整網絡，性能問題都不能回避。Switch的性能取決于Switch的結構。

21、結構性能實際上取決于整體網絡設計和網絡內的傳輸模式n3） 擴展性n擴展性指的是SAN能以對業務損害最小的方式增大規模n4） 成本n在采購網絡基礎設施時，成本是最重要的考慮因素2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang30企業存儲網絡系統管理n網絡的不斷擴展，管理重點從Switch轉移到網絡，管理問題變得重要起來nSAN交換機管理側重Switch配置和流量監控。該功能有助于用戶評估端口的應用情況和Switch的總容量n網絡管理則側重于全網運行，而非某個Switchn網絡故障隔離和恢復也是網絡管理的重點n在多

22、供應商網絡中，用戶要管理異構SAN，要使用多種管理工具，導致管理變得更加復雜，成本也更高2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang31第4章備份帶庫n本章目的： n 引入磁帶庫的概念； n 介紹磁帶庫的發展史； n 介紹磁帶庫的評估指標及其重要性2022-4-4 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved.Author: NK Jiang32磁帶庫基礎n磁帶存儲還是由于其本身固有的特質確保青春不老n主要概念n1. 磁帶庫的機械手n2. 磁帶庫分區 n3. 磁帶庫連接 n