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統一存儲系統概述目標學完本課程后，您將能夠:熟悉SAN存儲系統的基本構架熟悉SAN存儲系統的協議熟悉NAS存儲系統的基本構架熟悉NAS存儲系統的協議目錄SAN存儲系統及結構SAN主要協議NAS存儲系統及結構NAS文件共享協議SAN存儲網絡基本架構LAN陣列1陣列2陣列3陣列4陣列5陣列6ETHSwitchFCSwitchUsersSANSAN存儲網絡的硬件組件SAN主機總線適配器交換機存儲設備SAN的I/O處理流程（以FC-SAN為例）應用程序讀/寫請求使用SAN的應用程序I/O請求操作系統SCSI命令數據塊I/O請求光纖通道數據幀光纖通道交換機光纖網數據路徑SCSI讀/寫存儲陣列的基本架構SAN存儲系統模塊控制模塊電源模塊BBU模塊風扇模塊接口模塊機箱SAN存儲網絡的發展趨勢通過引入虛擬化，達到自我優化的效果.組網更加靈活提高SAN的智能性.與NAS融合，進行優勢互補虛擬化自動部署UnifiedFabric.SAN和NAS融合.目錄磁盤陣列結構SAN主要協議2.1SCSI協議2.2FC協議2.3SAS協議2.4iSCSI協議NAS存儲系統及結構NAS文件共享協議SCSI協議基礎SCSI:小型計算機接口（SmallComputerSystemInterface）SCSI協議本質上同傳輸介質無關，SCSI可以在多種介質上實現，甚至是虛擬介質；目前最重要的存儲協議；目前已發展到SCSI-3。SCSI的發展歷程SCSI-3SCSI-2SCSI-11983-1985推出支持異步和同步支持7個8bit設備最大速度5MBps50pin數據線6m距離已經淘汰SCSI-11988-1994推出兼容SCSI-1支持16bit寬帶最大速度16MBps還在使用SCSI-21993年成為標準兼容SCSI-2/SCSI-1真正成為了一個體系結構支持FCP/IEEE1394等多種介質SCSI-3SCSI的發展歷程SCSI-3SCSI-2SCSI-11983-1985推出支持異步和同步支持7個8bit設備最大速度5MBps50pin數據線6m距離已經淘汰SCSI-11988-1994推出兼容SCSI-1支持16bit寬帶最大速度16MBps還在使用SCSI-21993年成為標準兼容SCSI-2/SCSI-1真正成為了一個體系結構支持FCP/IEEE1394等多種介質SCSI-3SCSI-3接口規格：規格別名規范文件接口數據包

(bits)頻率各種極限帶寬(MB/s)帶寬(Mbit/s)設備數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的目標器和啟動器模型ClientServerClient-ServerTransactionServerRequestServerResponseProtocolServiceInterfaceServiceDeliverySubsystemSCSI拓撲舉例SCSI讀寫流程I_T_nexusInitiatorApp.1.SCSI讀指令2.CDB信息3.分配緩存和準備數據4.傳輸數據5.已經讀入Target3.分配緩存InitiatorI_T_nexusApp.1.SCSI寫指令2.CDB信息4.可以傳輸5.傳輸數據6.回應結果7.已經寫入TargetSCSI數據Data-In（Write）流程SCSI數據Data-Out（Read）流程目錄磁盤陣列結構SAN主要協議2.1SCSI協議2.2FC協議2.3SAS協議2.4iSCSI協議NAS存儲系統及結構NAS文件共享協議FC協議介紹FC(FibreChannel)，1994年由ANSI標準化組織T10制定的適合于千兆位數據傳輸通信的網絡技術FC高速率高效率組網靈活FC的網絡協議棧ULP(UpperLevelProtocol)ATMIPSCSI-3FC-4FC-ATMFC鏈路封裝

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

(FC-PH,FC-PH2,FC-PH3)物理接口編碼/解碼封裝/數據傳遞8B/10B編碼銅纜、光纖FC-AL-2FC-AL光纖網的拓撲

點對點只能連接2個設備(直接連接)FC-P2P交換式光纖網最多支持1600萬個設備(光纖網交換機)FC-SW光纖仲裁環最多支持126個設備(光纖集線器)FC-AL點到點式光纖網絡(P2P)800MB/sec800MB/sec應用服務器SAN存儲設備點到點式光纖網絡使用光纖通道將兩個設備進行連接光纖通道仲裁環路(FC-AL)光纖通道仲裁環以環路方式使用光纖通道連接各類設備光纖通道仲裁環應用服務器A應用服務器BSAN存儲設備BSAN存儲設備A交換式光纖通道網絡(FC-SW)交換式FC網絡使用光纖網交換機連接各種SAN設備10Km應用服務器光纖網交換機SAN存儲設備磁帶庫備份系統遠程站點應用服務器FC的三種拓撲比較特性點到點式

仲裁環方式光纖交換式

最大節點數2127≈1600萬地址位數無8位AL_PA24位端口地址單點故障影響無環失效

無多速率傳輸支持否否是數據幀傳輸順序按發送順序按發送順序無保證介質訪問方式獨享仲裁式獨享FC協議發展趨勢預測200020011GFC2GFC2002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017商用4GFC8GFC16GFC商用商用商用商用40/100GFC10TFC目錄磁盤陣列結構SAN主要協議2.1SCSI協議2.2FC協議2.3SAS協議2.4iSCSI協議NAS存儲系統及結構NAS文件共享協議SAS協議簡介SAS(SerialAttachedSCSI)主要分為三個子協議：SSP:SerialSCSIProtocolSMP:SerialManagementProtocolSTP:SerialTunneledProtocol并行SCSI與串行SCSI的比較串行SCSI并行SCSI速率高尋址能力強 速率低尋址能力弱信號易受干擾信號不易受干擾物理接口簡潔物理接口較復雜SAS的優勢可以連接大量磁盤設備兼容SAS和SATA低成本SAS的優勢高性能、高可靠性SAS端口phyphyNarrowPortNarrowPortPhysicallinkNarrowlinkphyphyPhysicallinkWideportphyphyPhysicallinkWideport...WidelinkSASaddressASASaddressXSASaddressBSASaddressBSASaddressYSASaddressY......SAS域ExpanderExpanderExpanderExpanderExpanderExpanderExpanderSAS/SATAdiskSAS適配器SAS域SASInitiatorSAS在SAN中的應用以S5000T為例，SAS在SAN中的典型應用如圖所示IPSANFCSANS5000T存儲FCTargetiSCSITarget客戶端SAS在SAN中的應用在陣列內部，所有硬盤均為Target，存儲控制器作為Initiator對所有硬盤進行控制。硬盤框SAS控制器（Initiator）SAS擴展器硬盤（Target）SAS的未來發展趨勢200320042005200620072008200920102011201220132014201520163Gb/sSAS6Gb/sSAS在12Gb/sSASSAS1.1SAS2.0草案SAS3.0草案商用商用商用數據來源于STA及產品數據分析目錄磁盤陣列結構SAN主要協議2.1SCSI協議2.2FC協議2.3SAS協議2.4iSCSI協議NAS存儲系統及結構NAS文件共享協議iSCSI協議簡介

IETF提出的基于IP協議的技術標準允許用戶通過其訪問SANSCSI命令和數據以IP幀格式傳輸iSCSI工作在SCSI和TCP/IP之間iSCSI協議棧應用層SCSI流指令SCSI塊指令其它SCSI指令SCSI指令、數據和狀態iSCSI（SCSIOverTCP/IP）TCPIP物理層（以太網）iSCSI封裝過程iSCSIInitiatoriSCSITargetiSCSI會話連接iSCSI協議的會話就是在一個網絡上封包和解包的過程。iSCSI會話建立前必須先建立TCP連接，當TCP經過三次握手建立起連接之后才能建立iSCSI會話。一個TCP會話中可以包含一個或者多個iSCSI會話。iSCSIDiscovery會話Discovery會話僅用于iSCSITargetdiscovery而建立的會話。InitiatorTargetLoginRequestTCPTCP建立TCP會話（三次握手）LoginRequestLoginResponseLoginResponseTextRequestTextResponseDiscoverySessionParameterSessionSendTargetiSCSINormal會話Normal會話是無限制會話iSCSIInitiator直接使用iSCSITarget的名字來建立iSCSI會話，會話建立后可執行iSCSI完整功能。InitiatorTargetiSCSI驅動程序TCPTCP建立TCP會話（三次握手）登錄應答文本應答登錄應答iSCSI驅動程序iSCSI登錄可選文本指令其他多次登錄登錄成功，進入完整功能階段iSCSI協議的優點

iSCSI協議的優點成本低功能強安全性高傳輸距離長帶寬高iSCSI的幾種連接方式硬件TOE網卡+initiator軟件方式以太網卡+Initiator軟件方式

iSCSIHBA卡實現方式效率最低價格最低效率適中價格適中性能最好價格最高iSCSI在SAN中的應用服務器ALUN1服務器BLUN2服務器CLUN3iSCSI存儲設備LANLUN1LUN2LUN3TCP/IP目錄SAN存儲系統及結構SAN主要協議NAS存儲系統及結構NAS文件共享協議什么是NAS？擁有可訪問的磁盤陣列擁有文件系統對外提供訪問文件系統的接口LUN0LUN1LUN2LUN3LUN6LUN7LUN8LUN9LUN4LUN10LUN5LUN11卷管理模塊卷管理模塊文件系統NetworkAttachedStorage網絡文件系統協議以太網接口以太網接口什么是NAS？NAS網絡拓撲圖NAS技術分析RAIDFCSAS存儲管理模塊NFSCIFS網絡模塊操作系統文件系統OS文件系統模塊NAS技術分析NAS硬件操作系統存儲管理（磁盤監視，異常處理，RAID）文件系統網絡文件共享（NFS,CIFS）GUI界面設備監視與控制；設備配置：網絡、卷、文件存取權限等）可通過Web進行管理網絡模塊TCP/IP微內核操作系統控制器微碼RAID軟件NAS文件系統CIFS或NFS協議NTFS或FAT32文件系統，Windows計算機UFS文件系統，UNIX工作站UFS文件系統，UNIX工作站NTFS或FAT32文件系統，Windows計算機NTFS或FAT32文件系統，Windows計算機CIFS或NFS協議CIFS或NFS協議NAS設備目錄SAN存儲系統及結構SAN主要協議NAS存儲系統及結構NAS文件共享協議4.1CIFS協議4.2NFS協議CIFS是什么CIFS(CommonInternetFileSystem)，通用Internet文件系統，一個新提出的協議，它使程序可以訪問遠程Internet計算機上的文件并要求此計算機的服務。CIFS是公共的或開放的SMB協議版本，包含主要模塊有NBT、SMB、BrowsingCIFS消息流UserRequestUserModeKernelModeI/OManagerRedirectorTDILayerNWLinkNetBTNetBIOSIPXTCP/IPNDISNetworkTDILayerNWLinkNetBTNetBIOSIPXTCP/IPNDISServer目錄SAN存儲系統及結構SAN主要協議NAS存儲系統及結構NAS文件共享協議4.1CIFS協議4.2NFS協議NFS主要模塊：RPC、鑒權、傳輸NFS(NetworkFileSystem)–網絡文件系統NFS（網絡文件系統）是Unix系統間實現磁盤文件共享的一種方法，支持應用程序在客戶端通過網絡存取位于服務器磁盤中數據的一種文件系統協議。NFS消息流SyetemCallinterfaceNFSClientRPC/XDRVFSInterfaceOthertypesoffilesystemLinux&UnixfilesystemNFSClientNetworkRPC/XDRNFSServerVFSInterfaceLinux&UnixfilesystemRPCRPC（Remote

Procedure

Call）

傳輸方式使用UDP協議UDP傳輸在NFS局域網的應用中傳輸速度快UDP協議傳輸的開銷小使用TCP協議可靠性高，有效的阻塞控制客戶端和服務器端都保留TCP連接的狀態服務器崩潰