专题3《存储协议基础》-V10

存储协议基础作者：刘果工号：04912课程目的•了解NFS和CIFS协议•了解SCSI和FC协议•了解iSCSI、iFCP、FCIP、infiniband和AoE协议•掌握上述几种相关协议的优劣目录•NFS和CIFS协议介绍•SCSI协议介绍•FC协议介绍•iSCSI、iFCP、FCIP、infiniband和AoE协议介绍•总结存储体系架构--NAS•NetworkAttachedStorage（NAS）•基于NFS、CIFS文件级共享存取，支持HTTP•存储设备功能上独立于网络中的主服务器，不占用服务器资源•扩展较容易，广泛支持操作系统及应用，安装简单方便•数据备份及恢复占用网络带宽NFS协议•NetworkFileSystem，网络文件系统•最初由Sun微系统开发，现为IETF协议•可用于不同类型计算机，操作系统，网络架构和传输协议运行环境中的网络文件远程访问和共享•服务器消息块协议（SMB）和国际互联网普通文件系统（CIFS）是NFS的类似协议，在MicrosoftWindows平台中，拥有着对等的网络文件系统应用NFS协议发展说明NFSV2NFS最早被广泛应用的版本，起初完全运行于UDP之上，并且不保留状态NFSV3整合了TCP传输，支持更大的文件和64bits寻址，安全性也得到了加强NFSV4提高了经由Internet进行访问的性能；将许可条款内置到协议之中，安全性得到了极大的加强；良好的平台互操作性；支持扩展协议NFSV4是V2和V3的进一步修正版本，它不仅保留了前面版本的基本特征，还被设计为易恢复、与传输协议、操作系统和文件系统无关和良好的性能NFS通信架构客户端服务器端NFS传输协议客户端程序服务器端程序NFS传输协议用于服务器和客户机之间文件访问和共享的通信，该协议还支持服务器通过输出控制向一组受到限制的客户计算机分配远程访问特权CIFS协议•Microsoft服务器消息块协议（SMB）的增强版本•微软的一种私有协议•定义了一种与应用程序在本地硬盘和网络文件服务器上共享数据的方式相兼容的远程文件访问协议•在TCP/IP上运行，可扩展至Internet，为慢速拨号连接优化•利用重定向包可以通过网络发送至远端设备，而重定向器也利用CIFS向本地计算机的协议栈发出请求CIFS关键特点•文件访问的完整性：CIFS支持一套通用的文件操作：打开、关闭、读、写以及搜索。也支持文件和记录的锁定和解锁。CIFS允许多个客户端访问和更新同一个文件，它通过提供文件共享和文件锁定功能来避免发生冲突•为慢速连接优化：为使用调制解调器访问Internet的用户改善性能•安全性：CIFS服务器既支持匿名传输，也支持对于指定文件需要验证的安全访问。同时，也易于管理文件和目录的安全策略。•高性能和可扩展性：CIFS服务器和操作系统高度集成，为最大系统性能而优化•使用统一码（Unicode）文件名：文件名可以使用任何字符集，而不局限于为英语或西欧语言设计的字符集•全局文件名：用户不必挂载远程文件系统也直接查阅到全局的有效名称，而不是只有本地意义的那些名称CIFS协议结构CIFS不足•“喜欢唠叨”：完成一次请求需要来回传送大量的事务。传送一个大小为30MB的文件时，CIFS必须在客户端与服务器之间往返数百次。在典型的LAN上，传输过程只需要几秒钟，而在时延为300ms的2MbpsWAN链路上则需要7.5分钟•通常情况下，在客户机与服务器之间的一次往返中，CIFS最多只能传送61KB数据，每个CIFS请求都需要应答，然后下一个请求才能传送给CIFS服务器。性能随着时延的增加而下降。目录•NFS和CIFS协议介绍•SCSI协议介绍•FC协议介绍•iSCSI、iFCP、FCIP、infiniband和AoE协议介绍•总结80MB1998SCSI-3SP2160MB1999SCSI-3SP3320MB2001SCSI-3SP4??SCSI-3SP520MBMid1995SCSI-3SPISCSI发展简史1993-SCSI-3SPI1995(SCSI并行接口)SPI-21998SPI-31999SPI-42001SPI-5终止SCSI:SmallComputerSystemInterface小型计算机系统接口SCSI架构分层模型特定设备命令集Device-TypeSpecificCommandSets基础命令集SharedCommandSetSCSI传输协议SCSITransportProtocols物理连接InterconnectsArchitectureModel架构模型特定设备命令集：包括磁盘设备的“SCSI块命令”等基础命令集：所有SCSI设备都必须实现的“基础命令”SCSI传输协议：比如iSCSI，FCP物理连接：比如光纤通道，internet架构模型：定义了SCSI系统模型和各单元的功能分工SCSI主要实体介绍•SCSI是客户端-服务器架构–在SCSI术语里，客户端叫initiator，服务器叫target–Initiator通过SCSI通道向target发送请求，target通过SCSI通道向initiator发送响应–SCSI通道连接的是SCSIPort：SCSIinitiatorport和SCSItargetport。由ServiceDeliveryProtocol（服务传输协议，如FCP、iSCSI等）建立和维护。–Target包含一个SCSIport，任务分发器和逻辑单元–SCSIport用来连接SCSI通道，任务分发器负责将客户端的请求分到到适当的逻辑单元，而逻辑单元才是真正处理任务的实体–通常一个逻辑单元都支持多任务环境，所以需要包含一个任务管理器和真正响应请求的服务器•initiator至少必须包括一个SCSIPort，和一个能发起请求的客户端•Initiator用一种叫做CDB(CommandDescriptorBlocks)的数据结构封装请求SCSI域•initiator：包括至少一个SCSIport和一个客户端，客户端用来发起SCSI命令•target：包括至少一个SCSIport和一个任务路由器（taskrouter）、一个或多个逻辑单元LU•LU：逻辑单元（LogicUnit），处理命令的真正实体，包括一个任务处理器（taskmanager）和一个设备服务器（deviceserver），每个LU都有一个逻辑单元号（LUN）targetinitiator客户端SCSIportSCSI通道SCSIport任务路由器逻辑单元LU任务管理器设备服务器SCSI域Target端组件：任务路由器：target的组件，负责将发送到target的任务分送到目标LU任务管理器：LU组件，负责管理到达LU的任务，包括初始化任务，管理任务对列和维护任务状态等设备服务器：LU组件，任务的真正执行者。处理操作和并将其指向特定的LUN任务在target的执行过程：1.Initiator发起任务，由SCSI通道传输到target2.Target端由任务路由器将任务分送到指定的LU3.LU的任务管理器接管任务，将任务初始化，并放置到任务队列4.任务队列的任务获得执行权限，交由设备服务器，由设备服务器执行具体操作targetSCSIport任务路由器逻辑单元LU任务管理器设备服务器任务SCSI通信模型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协议接口互连协议接口•Initiator的应用层封装好SCSICDB后，调用SCSI传输协议接口……•Target的应用层收到SCSICDB后，根据CDB内容进行相应处理，封装好SCSI响应后，调用SCSI传输协议接口……•iSCSI正是SCSI传输协议的一种SCSI特点及应用特点：应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔，但价格较高应用场合：中、高端服务器和高档工作站。磁盘、光驱、磁带机、硬盘存储SCSI必须要有专门的SCSI控制器，也就是一块SCSI控制卡，才能支持SCSI设备SCSI-3架构协议簇与SCSI分层架构相对应，每个框都是一个协议单元；而FC、infiniband和iSCSI只是它的物理连接和传输协议而已目录•NFS和CIFS协议介绍•SCSI协议介绍•FC协议介绍•iSCSI、iFCP、FCIP、infiniband和AoE协议介绍•总结FC简介FC-AL(光纤通道仲裁环FibreChannelArbitratedLoop)，是一种基于SCSI协议设计的双端口的串行存储接口，支持全双工工作方式FC为上层协议(SCSI,IP等)提供一个通用硬件传输平台。光纤通道不是一种新的协议FC是一种高速度、高可靠、低延迟、高吞吐量的串行数据传输接口40-pinMaleFC-SCAIIConnectorFC存储特性比较SCSI-命令集-物理传输光纤通道第一代(4Gb/s下)ArbitrationLoop光纤通道第二代交换式Fabric节点连接能力15126(28)(光纤通道集线器)1千6百万个(224)(光纤通道交换机)距离限制12米10公里10公里(可扩展)最大带宽320MB/秒(半双工共享带宽)400MB/秒(全双工共享带宽)800MB/秒(全双工独占带宽)多协议支持否是是管理支持能力否是先进(telnet,SES,SNMP,GUI,API)错误隔绝否最低程度是FC基本架构FC各层功能简述•FC-0（物理接口层）：主要由传输介质、发送端、接收端以及它们之间的接口组成；•FC-1（字节编码层）：定义了包括串行解码、编码及差错控制的传输协议；•FC-2（数据分发层）：指明了传输规则，并提供了进行端到端数据块传输时所需的传输机制；FC-2的功能包括：几种服务类型、帧格式定义、顺序分解和重组、交换管理、地址分配、别名地址定义、广播管理和堆栈连接请求；•FC-3（通用服务层）：提供了一系列通用服务：LinkServices和HuntGroups；•FC-4（高层协议映射）：FC标准集的最高层，定义了FC底层和高层之间的协议映射关系。比如将光纤通道性能映射为IP,SCSI或ATM等协议连接线和接口部件介质种类速度距离(m=米)9µm单模光纤(长距离)100MB/s200MB/s2m–10km50µm多模光纤(短距离)100MB/s200MB/s2m–500m电信号(铜介质)100MB/s0m–24m1Gbps光纤使用SC接口,2Gbps使用LC接口(SFP)光纤通道不只等于光纤铜缆和光缆光纤通道端口类型•设备(节点)端口–N_Port=“Fabric直接连接设备”–NL_Port=“Loop连接设备”•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=“FabricLoop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)端口链接输入输出•点对点•ArbitratedLoop•FabricFabric端口状态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_PortU_Port点对点拓扑结构主机ProcessorMemoryI/OBusN_Port0BridgeTXRXRXTX磁盘柜N_Port1控制器Transmit(TX)信号发射Receive(RX)信号接收仲裁环拓扑结构TXRXNL_port0TXRXNL_port3RXTXNL_port1RXTXNL_port2最大连接126的节点FC-ALPronounced“F-kal”交换拓扑结构FabricTXRXN_port0TXRXN_port1TXRXN_port2TXRXN_port3TXRXN_port4224=16millionnodespossibleF_