第五章 SAN概述_v1.0

第五章SAN概述_v1.0幻灯片1幻灯片2幻灯片3幻灯片4幻灯片5实践已经证明，传统的客户机/服务器模式（C/S模式）中的直接连接存储方式在带宽、总线上可用的最大设备数量以及并发流量方面存在着很大的局限性。通过将应用服务器和光纤通道存储设备连接到中心位置，可以为服务器和存储设备建立一个网络。这种配置方式允许应用服务器通过网络访问存储设备，也就是说，无论是服务器还是存储设备，都应该在网络中拥有一个地址并能够登录到网络中，并且应该具备与网络中其它设备进行通信的手段。而SAN（StorageAreaNetwork，存储区域网络）是一个由存储设备和各种系统部件，包括用于管理存储的服务器、用于连接各存储设备的HBA卡（HostBusAdapter，主机总线适配器）以及FC（FiberChannel）交换机等构成的网络。SAN是连接存储设备和服务器的网络，在SAN网络中，所有与数据存储相关的通信都在一个与应用网络隔离的单独网络上完成，用来集中和共享存储资源。也就意味着数据在SAN中传输的时候，不会对现有的应用系统数据网络产生任何影响，从而，SAN可以在不降低原有应用系统数据网络效率的基础上提高网络整体的I/O能力。SAN不但提供了对数据设备的高性能连接，提高了数据备份的速度，同时还增加了对存储系统的冗余链接，并提供了对高可用集群系统的支持。幻灯片6SAN发展历程中的第一个阶段是直接连接的基于光纤通道的存储设备的出现，这也被称为点到点（point-to-point）的配置。这种配置方式下的存储设备使用FC寻址方式处理来自其所连接设备的请求，并将结果发送回该设备，其作用基本等同于连接在服务器上的一个存储阵列。尽管这种方式增加了数据传输的带宽，但是由于它仅限于点到点配置方式中的两个设备。虽然这种方式运转的效果不错，并且可以沿用原有的SCSI设备通信命令，但是随着大型存储基础设施的发展，这种架构所起到的作用是有限的。SAN发展历程中的第二个阶段采用了仲裁环路（ArbitratedLoop）体系结构，使用FC集线器来连接多个设备。这样的结构允许各个存储设备以仲裁的模式持续运行并共享带宽，也允许新的设备通过网络的方式加入到仲裁环路中。尽管这种解决方案实际效果要优于点到点的解决方案，但是集线器协调以及向环路中添加新设备都需要共享带宽，这些问题造成的开销在很大程度上抵消了FC设备所带来的高速效率。幻灯片7在经过仲裁环结构的发展以后，由于众多的设备需要共享带宽，导致了网络实际效率的下降，所以，新的SAN配置方式是将仲裁环结构改进成了交换式光纤网络（SwitchedFabricNetwork）。这种配置方式允许网络中“任意节点“之间的设备相互通信。网络中的每个设备都可以充分利用高速的带宽，即使新的设备被扩展进来以后也不会对网络性能产生影响。通过使用FC光纤网络交换机，在网络中传送FC帧的开销被降到极小。同时，交换式网络使得网络所能够连接的设备数量得到大幅度的提升，理论上光纤网络最大可以提供1600万个连接节点，而FC仲裁环最多可以提供127个节点。从而，以网络方式连接的服务器和存储设备可以实现任意节点之间的双向通信。并且，由于光纤的特性，数据被传递的距离更远（光纤通道理论传输距离可达10公里），并且不易受到电磁干扰，从而得到更好的传输效果。FC-SAN采用光纤网络，利用光纤通道协议上加载SCSI协议来达到可靠的块级传输（区别于NAS的文件级传输），并且，由于数据采用FCP协议以块的方式存取，几乎不占用服务器的CPU运算资源。但是，由于历史的原因，FC-SAN并没有一个统一的标准，这直接导致了各个厂家各自为政，分别推出自己的FC-SAN产品，不同厂商的FC-SAN产品之间的兼容性和互操作性极差，甚至可能同一厂商推出的不同版本、不同型号的FC-SAN产品之间都有很大的区别，这导致了客户在选择产品时的困惑和购买之后的升级扩容问题。幻灯片8由于FC-SAN的高昂价格以及自身的种种不足，使得SAN技术并不能得到真正意义上的广泛应用。为了提高SAN的普及程度，充分利用SAN本身所具备的架构优势，SAN的发展方向开始考虑和已经普及的并且相对廉价的IP网络进行融合。由此就导致了“StorageoverIP”的诞生。简单来讲，IP存储就是使用IP网络而不使用光纤网络来做服务器和存储设备的连接技术。IP存储时基于IP网络来实现数据块级存储的方式。目前除了标准已获通过的iSCSI，还有FCIP、iFCP等标准。而iSCSI发展最为迅速，已经成为IP存储的中流砥柱。基于iSCSI的SAN的目的就是要使用本地iSCSI导向器和iSCSI目标来建立SAN。因为每个主机和存储设备都支持以太网接口和iSCSI协议栈，因此，设备可以直接连接到以太网交换机或者路由器上，通过标准的IP实现，到IP网络的直接连接，将连接建立和维护连接完整性的责任交给端设备。同时，iSCSI规范还允许IP层提供诸如IPSec数据加密功能。并且，与光纤通道一样，IP存储是可交换的，但是与光纤通道的交换不一样的是，IP网络是相对成熟的，基本不存在互操作性问题，而互操作性是FC-SAN面临的最大难题。在IP存储方案中，数据的传输是在IP网络中以块级进行的，使得服务器可以通过IP网络连接到SCSI设备，并且就像是使用本地的设备一样，无需关注设备的实际地址或者物理位置。整个存储网络连接则是以IP和以太网为主，以廉价并且成熟的IP技术替换FC-SAN中的光纤通道（FC）技术，使得这样的存储解决方案具备了更好的成熟性和开放性。并且由于IP设备的标准性和通用性，消除了传统FC-SAN的产品兼容性和连接性方面的问题。基于IP存储技术的新型SAN，同时具备了FC-SAN的高性能和传统NAS的数据共享优势，为新的数据应用方式提供了更为先进的架构平台。幻灯片9幻灯片10SAN由存储网络领域中的许多新组件构成。其中最主要的是FC交换机，它提供了一种物理连接手段以实现光纤网络中的任意节点之间的通讯。SAN交换机为建立光纤网络提供了所需的硬件和软件基础，硬件本身具有可供磁盘阵列和服务器等基于FC的设备连接的端口。而要在存储网络中工作，服务器需要安装一种特殊的主机适配器，这种适配器与网络适配器类似，称为FC主机总线适配器（HostBusAdapter，HBA）。HBA提供了存储网络的驱动功能，使得服务器可以与光纤交换机通信，进而登录到存储网络并与存储设备通信。最后，光纤网络中所使用的存储设备应当与FC兼容，也就意味着它们必须使用FC的语言与网络通信。在与以太网并存时，用户需要使用以太网交换机或者是路由器，才能让传统存储设备（如磁带驱动器）在光纤网络中工作。以太网交换机或者路由器可以将FC协议转换为SCSI总线级协议，也就是将FC帧拆分成总线数据片段，以便SCSI级的设备可以与FC光纤网络相连接。幻灯片11SAN改变了服务器与存储设备的单一连接方式，可以无缝添加更多的存储设备和服务器，理论上最多可以连接上万个设备。开放的、标准化的光纤通道技术使得FC-SAN非常灵活。FC-SAN克服了传统上与SCSI相连的线缆限制，极大地拓展了服务器和存储之间的距离，从而增加了更多连接的可能性。SAN消除了单点故障，可以在不停机的情况下拓展存储设备和服务器，从而确保高可用性。在SAN环境中，原有的应用服务器和故障冗余服务器之间一对一的关系转变为多对一的关系，即多台应用服务器可共享一台故障冗余服务器，减少所需设备，从而大大节省了成本。SAN通过整合和提高磁带或磁盘设备的利用率，显著提高了存储投资回报率。存储资源在主机之间集中管理和共享，从而实现企业内的投资共享。SAN可以将多操作系统和多厂商存储设备作为统一的存储池进行管理，客户可以继续使用其原有设备，避免更换现有的所有存储设备。幻灯片12SAN也有几方面的不足之处。其中最主要的问题在于SAN本身具备异质的特性，因而具有较高的复杂性，并且需要较高的构建成本。并且由于SAN是由多个分散的组件配置结合而成的，因此，SAN的配置和实施就成了一个挑战。在存储基础设施的市场上，SAN仍然属于较新的产品，所以其价格仍然相对其他成熟存储产品较高，从而导致成本问题成为牵绊SAN普及的一个不利因素。同时，由于许多产品相对而言尚不成熟，并且与操作系统、存储设备和管理软件等其他技术领域存在着依赖关系，因而这些产品往往会出现较快的变化。用户需要经过培训才能了解并掌握构成SAN的各种新技术以及相关知识，而这种学习所需的成本也导致了部署SAN的总体成本的上涨。还有一个很容易被忽视的问题，那就是服务器软件为管理存储设备而做的逻辑扩展常常存在局限性。文件系统、卷管理和物理I/O操作都在执行存储操作的过程中扮演着极为重要的角色。在SAN中，这些操作大多都转换为逻辑层面上的操作，并且必须与共享光纤网络以及所连接设备的其他服务器并存。I/O功能必须扩展到光纤网络中，并且通过光纤通道软件、存储软件等来执行，对于服务器而言，这些操作都不再是本地进行而是远程操作的。FC光纤网络中所封装的这些新功能也给SAN带来了管理上的困难。尽管SAN的新产品和新的解决方案不断出现，但是SAN的管理一直是一个难题。同时，由于新产品和新技术的不断问世，进而又导致了管理解决方案的快速更新。在这样的情况下，SAN不可能保持简单的配置方式，它必然会不断地从各个软件厂商中获取重要的新功能，并与其他网络和服务器技术进行集成，从而加深了SAN管理的复杂性。幻灯片13SAN具备高性能、高灵活性、高扩展性和高安全性，对大文件的传输没有限制，且适合块级别的数据传输，所以核心应用基本上采用SAN架构来实现。NAS在数据共享的实现上有着独特的优势，但它并不适用于视频等大文件传输，而且不适用于块级别的数据传输。NAS使用主网络传输数据，所以性能上受到主网络环境的影响。幻灯片14幻灯片15使客户获得最大利益S2300把硬盘空间通过IP网络映射给远端各委办局的备份服务器使用。备份服务器采用Symantec备份软件把数据加密保存到S2300的磁盘上实现了集中的备份，同时实现了数据的容灾，数据的传输和存储采用加密方式，保障数据的安全。客户面临的挑战某区政府信息化建设比较早，目前很多业务都在电子政务网络上运行，但是各委办局有些还没有建立自己的备份系统，有些有备份，但只是实现了本地的备份，数据的安全得不到保障华为赛门铁克解决方案充分利用华为赛门铁克OceanStorS2300的IPSAN丰富功能，同时结合Symantec的最佳备份软件，为该区政府实现了集中备份和远程容灾功能。客户获得利益S2300把硬盘空间通过IP网络映射给远端各委办局的备份服务器使用。备份服务器采用Symantec备份软件把数据加密保存到S2300的磁盘上实现了集中的备份，同时实现了数据的容灾，数据的传输和存储采用加密方式，保障数据的安全。幻灯片16使客户获得最大利益采用SAN存储架构大大提高了系统可靠性；采用FC阵列和IPSAN阵列分级存储结构，投资保护实现了最大化；采用刀片服务器架构解决了分散部署方式的单点故障问题。客户面临的挑战高速公路图像监控系统采用硬盘录像机的既有模式无法保障关键图像数据的高可靠存储要求，无法提供高清图像的海量存储需求；针对高速公路分中心+收费站的管理模式，无法提供分级存储解决方案；分中心服务器资源分散管理，单点故障率较高华为赛门铁克解决方案A高速项目在分中心安装S3100，七个无人收费站分别安装V1500，存储阵列主要用来存储视频图像，系统采用分级存储策略，分中心和无人收费站视频图像可以存储一个月以上；中心存储阵列采用双控制器、缓存镜像、RAID5、全局热备盘、冗余风扇、冗余电源、所有关键器件热插拔等技术，实现了高可靠性和高可用性；在A项目中公司采用自主研发的电信级高可靠性计算架构的T8000刀片服务器担当数据采集、视频图像分析和网管服务器，采用S3100和V1500存储器作为数据分析和存储平台。客户获得利益采用SAN存储架构大大提高了系统可靠性；采用FC阵列和IPSAN阵列分级存储结构，投资保护实