05-存储区域网.

存储区域网SAN:StorageAreaNetwork存储架构的形式存储区域网络集线器交换机磁盘阵列磁盘阵列磁带库磁盘阵列服务器服务器服务器服务器磁盘阵列磁带库BridgeLAN磁盘阵列集线器磁盘阵列磁盘阵列SANSAN互联管理软件WAN路由器GBICSCSI磁盘设备以太交换机距离的限制：小于12米设备数量的限制：15／通道带宽的限制没有网络拓扑结构无法满足对存储空间呈几何级数增长的需求存储设备被服务器完全约束、无法共享不适合作大规模的集群应用备份必须通过局域网进行、或每台服务器连接独享的带库存储架构的形式传统SCSI的弱点AgoodLANdoesn’tmakeagoodSANTCP/IP是为不可靠传输设计的网络，大量的校验LAN使用CSMA/CD协议，对某些应用有极大地破坏性LAN的用户产生大量广播数据包，不利于某些基于数据流的应用LAN适合于短的、突发性的数据传输，不适合大数据量传输LAN是不安全的、易受攻击存储架构的形式为什么不使用LANSCSI高速度低延时稳健的传输LAN网络广泛的连通性超长的距离可路由可管理性光纤通道网络高速度超长距离低延时可路由稳健数据广泛的连通性可管理性存储架构的形式专门为存储设计的网络Anetworkwhoseprimarypurposeisthetransferofdatabetweencomputersystemsandstorageelementsandamongstorageelements.(SNIA)SAN：StorageAreaNetworkAcommunicationinfrastructure,whichprovidesphysicalconnections,andamanagementlayer,whichorganizestheconnections,storageelements,andcomputersystemssothatdatatransferissecureandrobust.ThetermSANisusually(butnotnecessarily)identifiedwithblockI/OservicesratherthanfileaccessservicesSAN：存储区域网在网络环境下将存储设备从服务器中分离出来，用区域网连接，进行集中管理，这就是所说的存储网络（StorageNetworking）.ASANistwoormoredevicescommunicatingviaaserialSCSIprotocol,suchasFibreChanneloriSCSI几乎无限的扩展能力非常强健的设备连接异构平台数据共享(需软件支持)高速度、极高的传输效率传输距离更远，可达数十公里磁带库服务器服务器服务器LAN存储架构的形式SAN的优势磁盘阵列磁盘阵列磁盘阵列SCSI-3介质转换命令(SMC)SCSI-3图形命令(SGC)SCSI-3流命令(SSC)SCSI-3块命令(SBC)命令公用存取方式(CAM)SCSI｜3体系结构模型(SAM)SCSI-3SSP协议SCSI-3串行总线协议(SBP)SCSI-3光纤通道协议(FCP)SCSI-3互锁协议(SIP)协议串行存储体系结构总线(SSA-PH)IEEE1394高性能串行总线光纤通道物理和信令接口(FC-PH)SCSI-3并行接口(SPI)互连SCSI-3体系结构模型iSCSI1IDCWWQuarterlyEnterpriseStorageSystemsTracker,1Q2015,June2015FCIARoadmapFCIARoadmap15+yearsdeploymentSecure&pervasive(SAN)–30%marketrevenuesharein20141•Establishedinlate1980s,firststandardizedbyANSIT11in1994•16GFC&32GFCTODAY!•$9.9BFibreChannelSANMarketin2007&growingfasterthantotalstoragemarket•Over50%ofallexternalstorageisFCandover90%ofallSANisFC•4.4MTerabytesofFCstorageby2010(50%CAGR)•FCSwitchandHBAPortcountgrowingat35%CAGR•SerialSCSI;FCPprotocol•Minimalerrorratesfornetworktechnology•Credit-basedflowcontrol(nodroppedframes)@2007StorageNetworkingIndustryAssociation传统SAN即FC-SAN•FC（FibreChannel）是介于通道和局域网之间的一种接口，构成存储专用网络的基础FC的特点：五个协议层次：物理层（FC-0）、传输层（FC-1）、帧构造协议和流控层（FC-2）、普通服务层（FC-3）、协议映射层（FC-4）物理介质可以是光纤或电缆（宽带和基带电缆或屏蔽双绞线），连接距离为10米到10公里数据传输率高达1600MBps以上，双通道数传率达到3200MBpsFC的特点FC传输的数据都用8—10编码器将每字节数据编码成10位的“字符”，这是一种直流平衡（DC-Balanced）的传输码，使接收端能将时钟精确恢复出来FC的基本传输单位是帧，其数据域的长度为02112字节支持三种拓扑结构：点对点、光通道开关（FibreChannelSwitch，FCS）、仲裁环形连接(FibreChannelArbitrationLoop，FC-AL)。FCS结构最多可连接16M个设备；FC-AL结构比FCS便宜得多，最多可连接127个设备，但任何时候只有一对设备能相互通讯光纤通道协议通讯模型SCSI-3ULP(UpperLevelProtocol)FC-4FC-3FC-2FC-1FC-0IPATMFC-ATMLinkEncapsulationFC_LESCSI-3CommandSetMappingPIP-3CommandSetMappingCommonServicesFramingProtocolEncode/DecodeInterface&MediaFC-PHPhysicalStandardSoFHDDataCRCEoF8B/10BEncodingCopper,Optical拓扑结构｜点到点光纤通道技术服务器两个设备之间的专有连接8Gb的FC速度为800MBps，全双工为1600MBps用于两个设备之间的专有FibreChannel协议磁盘阵列光纤通道拓扑结构｜环路结构光纤通道技术共享100/200/400/800/1600MBps带宽每个Loop最多支持126个节点和1个FL_Port使用LIP给每个设备指定FC-AL地址使用仲裁环路协议控制对介质的访问拓扑结构｜光纤交换光纤通道技术每端口独享接口传输带宽1/2/4/8/16Gbps可以直接连接节点或接仲裁环路集线器支持各种高级服务，用于发现和监控设备使用3个字节的地址，可支持1600万个设备3种拓扑结构的比较AttributePoint-PointArbitratedLoopSwitchedFabricNumberofPorts22~1272^24Max.BandwidthLinkratetimes2Linkratetimes2LinkratetimesNum.ofportpairsNumofconcurrentcircuits11NumberofportpairsEffectofportfailureP-PlinkfailsLoopfails(portbypassfunctionrequired)LinkbetweenswitchandportfailsExpansionAddadditionalP-PAttachtofabricExpandfabricRedundancyAddredundantP-PUsedualloopsanddual-porteddevicesUseredundantswitchesConcurrentMaintenanceLinkdownMaybedisruptiveentireloopLinkbetweenswitchandportdownFramedeliveryorderInorderInorderswitchdependentCostperportPortcostPortcost+loopfun.Portcost+fabricport接口类型与线缆光纤通道卡HBAFibreChannel仲裁环路集线器FibreChannelFabric交换机Bridge–FC与SCSI之间转换Extender-连接SAN孤岛(FC-ATM/IP)存储设备磁盘阵列、带库SAN管理软件SAN构成部件常见部件光纤铜缆HSSDCGBICDB9GBICSCGBIC•被动式铜缆可长达13米•主动式铜缆可长达30米•多模光纤可长达500米•单模光纤可长达10公里SAN构成部件接口类型与线缆安装在服务器上PCItoFCAdapter、SbustoFC速度1/2/4/8/16Gbps，支持FC-AL、FabricHostBusAdapter(HBA卡）SAN构成部件可管理或不可管理SAN构成部件集线器支持FC-AL协议每个LOOP共享1/2/4/8Gb带宽支持FC-SW标准SAN构成部件交换机每个端口独享1/2/4/8Gbps带宽将SCSI设备映象为一个单一的AL-PA中的设备保护用户现有投资FC-SCSI桥接器SAN构成部件使得光纤通道可以在超过10公里的距离传输FCoverIP或FCoverATM或FCoE可应用于灾难恢复光纤通道ExtenderSAN构成部件管理配置SAN设备监测SAN设备的运行故障诊断、报警SAN管理软件SAN构成部件远程管理、自动发现SAN设备FCAccessControl•SoftZoning:EmploystheNameServertolimittheinformationreturnedtoaninitiatorinresponsetoaquery.DevicesinthezonecanbeidentifiedbyWorldWideNodeName,WorldWidePortName,ordomain/portoftheswitchthedeviceisconnectedto.•HardZoning:EnforcedbytheFabric.switchesmonitorthecommunicationsandblockanyframesthatdonotcomplywiththeeffectivezoneconfiguration.Thisblockingisperformedatthetransmitsideoftheportwherethedestinationdeviceislocated.Redundancy,Availability,andFailover•Multi-Path•FullRedundancy•PathFailoverFCoEGen5(16Gb)FibreChannelAdvantageFlash&Gen5FibreChannel(FC)intersection–lowlatency(mstoμs)Flasharrays(allflashorhybrid)–Gen5FCisapopularchoiceDell,EMC,HP3PAR,IBM,Nimbus,NetApp,PureStorage,Solidfire,EMC,ViolinGen5FibreChannelAdvantageHybridimplementation–“jitter”isaproblem.Howdoweprioritizelowlatencyflasht