存储基础知识2_SCSI和网络存储

存储基础知识(二）SOUL产品部2010.05目录存储介质1阵列技术2SCSI技术3网络存储4存储应用5OS与存储6SCSI技术SCSI技术SCSI基础SCSI是:标准？总线？协议？SCSI基础SCSI的定义主机适配器SCSIID7SCSI总线SCSI阵列ID0SCSI阵列ID5LUN0LUN1LUN2LUN0LUN1数据/地址总线控制信号SCSI（SmallComputerSystemInterface，小型计算机系统接口）是一种为小型机研制的接口技术，用于主机与外部设备之间的连接。SCSI历史SCSI-3是所有存储协议的基础，其它存储协议都用到SCSI的指令集SCSI-11986年ANSI标准，采纳了SASI接口（1979）；定义了硬盘、磁带和其它存储设备的物理接口、传输协议和标准指令集；SCSI-21994年ANSI标准，SCSI-1的后续接口；提高了速度和总线带宽，支持多线程指令，增加了更多存储设备类型指令集；SCSI-3更高的速度类型：Ultra-2/Ultra-160/Ultra-320；物理接口、传输协议和SCSI指令集分层。SCSI术语Initiator:ASCSIdevicethatrequestsanoperationtobeperformedbyanotherSCSIdevice.发起操作请求的SCSI设备HostAdapter:AControllerBoardthattranslateshostI/OrequestsintoSCSIrequests.将操作系统I/O请求转为SCSI命令Target:ASCSIdevicethatperformsanoperationasrequestedbyaninitiator.响应执行操作请求的SCSI设备LogicalUnit:APhysicalorVirtualdeviceaddressablethroughatarget.SCSI逻辑单元LUN:LogicalUnitNumber.Anencodedthree-bitidentifierforthelogicalunit.逻辑单元号。SCSI总线上可挂接的设备数量是有限的，一般为6个或者15个TargetID或SCSIID来描述这些设备。而实际上我们需要用来描述的对象，是远远超过该数字的，于是引入LUN的概念，也就是说LUNID的作用就是扩充了TargetID，每个Target下都可以有多个LUNdevice，通常简称LUNdevice为LUN。SCSIConfigurationInitiatorSCSIBusTarget1TargetnTarget0InitiatorTInitiatorSCSIBusTarget1TargetnTarget0SCSIBusTerminatorInitiatorSCSIBusLUN0TargetLUN1LUN2MultipleInitiators,MultipleTargetsSingleInitiator,MultipleTargetsSingleInitiator,SingleTargetTTT网络存储SAN存储区域网iSCSINAS网络存储网络存储基于网络的SCSI•SCSI允许连接设备数量较少•SCSI连接设备距离非常有限基于网络的SCSIFCSANIPSANFCPiSCSI如何解决WhatisaSAN?StorageDevicesBlockAggregationFile/RecordSubsystemDeviceInterconnectStorageInterconnectDiskArrayVirtualArrayTapeDiskArrayTapeLibrarySANHP/UXLinuxAIX/MontereyWindowsNT/2000SolarisSource:SNIA常见存储架构DAS直连存储NAS附加网络存储•FCSAN•IPSANSAN存储区域网DAS的局限–存储需要网络化LAN直接附加内置存储磁带库JBODJBODSCSIFCSCSIFCRAIDRAIDDAS的缺点：每台服务器都有其自己的存储部件($$)管理困难，降低了生产效率备份很昂贵浪费的存储空间难于共享数据NAS基于文件的网络存储提供网络文件共享功能支持的协议包括CIFS，NFS异构平台文件数据的共享安装和使用较简单LAN网络服务(TCP/IP)卷管理文件系统CIFS/NFSRAID控制器disks管理NASSAN存储区域网计算（主机）、传输（交换机）、存储（RAID/Tape）分离主机可以访问任何存储设备，存储设备之间可以互访主机、存储设备可以独立扩展SAN磁带库存储阵列存储阵列LANNAS&SANSAN偏指计算平台和存储平台间采用数据块进行传递的网络模型，而NAS狭义地定义计算平台和存储平台间采用文件的方式进行数据传递的网络模型。iSCSI的诞生更加说明了网络模型的实现究竟使用光通道协议还是以太网协议是相对次要的环节。这只是承载数据块的工具而已。因此，SAN和NAS的区别在于传递的内容是数据块还是文件，更根本上来说是文件系统所处的位置。DAS、NAS、SAN剖析主机DASFCSAN应用文件/操作系统I/O重定向器TCP/IP协议栈NFS/CIFS网络接口卡主机文件处理I/ONASIPNetwork网络接口卡TCP/IP协议栈NFS/CIFS文件系统+逻辑卷管理器数据管理系统RAID块处理I/O设备驱动应用逻辑卷管理器裸卷SCSI设备驱动块处理I/OIPSAN应用逻辑卷管理器裸卷iSCSILayerTCP/IPStack网络接口卡主机块处理I/O块处理I/OIPNetworkFCNetwork网络接口卡TCP/IP协议栈数据管理系统RAID块处理I/OFC总线卡FC协议栈数据管理系统RAID块处理I/O应用逻辑卷管理器裸卷SCSI设备驱动FC协议栈FC总线卡设备驱动设备驱动SCSI设备驱动主机文件/操作系统数据库文件/操作系统数据库文件/操作系统数据库RAIDSCSI/FC总线卡FCSAN并行与串行接口之间的比较光纤通道基于核心SCSI协议设计，光纤通道通过将并行接口转换为串行接口极大的提高了SCSI的性能Data1Control1Data2Control2Data3Control3SCSI的并行接口多条连接线光纤通道的串行接口Data3Control3Data2Control2Data1Control1单连接线并行总线难以保证在远距离上数据的传输顺序(电磁干扰)光纤通道的优点为上层协议(SCSI，IP等)提供一个通用硬件传输平台。高速:现在可以提供4Gbit(400MB)/秒的数据传输速率，全双工专有连接，未来可升级至10Gbit/秒无阻塞数据传输最大10公里连接距离(通过扩展器可连接上千公里，非常适于灾难恢复应用)先进的流控制系统保证数据按顺序传输.不存在无线电信号散射(RFI)，从而消除了电磁信号串行数据传输，每传输一位需要0.94纳秒(极小的时间延迟)使用8b/10b编码方式将8位转换为10b格式进行串行传输(内置时钟信号)最多可以连接1千6百万个节点(交换Fabric模式)强大的错误更正能力(位错误率=1x10-12)，比原有铜连接网络强大1000倍光纤通道网络–SAN魔术般的扩展能力SAN及数据管理SAN应用SAN网络级联SAN信息基础结构WAN配置灵活的拓扑结构点对点只能连接2个设备(直接连接)交换式Fabric最多支持1千6百万个设备(光纤通道交换机)ArbitratedLoop(仲裁环)最多支持126个设备(光纤集线器)光纤通道主机接口卡(HBA)为服务器或客户机内部总线(PCI和SBUS等)提供与光纤通道网络的接口HBA软件驱动为操作系统提供所须存储信息–对I/O进行操作I/O同时对正常请求进行控制–铜/光介质支持(可能是双接口卡)光纤线多模光纤纤芯直径为50~62.5μm包层外直径125μm传输距离几公里单模光纤芯径一般为9或10μm包层外直径125μm传输距离50Km-100Km光纤常见接头FC圆型带螺纹(配线架上用的最多)ST卡接式圆型(配线架上用的最多)SC卡接式方型(路由器交换机上用的最多)LC卡接式方型（路由器常用）MT-RJ方型,一头双纤收发一体(华为8850上有用)光纤通道交换机连接多个端口(8，16，32，64，128口)支持交换Fabric和传统loop设备2Gbit/秒和4Gbit/秒传输速率(自适应)全双工性能，使用cut-through路由算法交换机间提供8Gbit/秒逻辑干线合并拓扑结构自动协调，自动配置(自恢复)端到端性能监控光纤网络通道端口类型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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)光纤通道的帧格式帧SOF4数据载荷最大2112EOF4CRC4帧头242148字节一个帧是在光纤通道连接中数据包的最小单位(上层协议不可见).FibreChannelFrameSAN网络的逻辑管理单元Zone节点N_PortFabric节点N_PortF_PortF_PortE_PortE_PortU_Port节点N_Port交换机2交换机1F_PortZone1Zone2分区单独的逻辑管理单元可以使用WWN和端口作为成员可以跨多个域/区/端口可以包含Fabric内任意数量的交换机支持相互交叉与E_Port无关Zone的好处NTSolarisDisksHP-UXNTDisksHP-UXDisksSolaris分区满足SANFabric任意连接的要求真正支持异构平台的SANIPSAN什么是IPSAN？FC-SANIP-SANServerInitiatorHBAFCSwitchTargetDevicesTargetHBAServerInitiatorHBATargetDevicesTargetHBAGigSwitchiSCSIFiberChannelFibreChannelEthernetIPSAN是采用iSCSI协议构建的SAN存储区域网：优点：低成本iSCSI协议本身没有距离限制灵活的拓扑结构易于使用和扩展10Gb时代很快到来（iSCSI通道速率将超过FC）iSCSISCSI应用（文件系统、数据库）SCSI块指令SCSI流指令其他SCSI指令SCSI指令、数据和状态iSCSITCPIP以太网等iSCSI协议栈iSCSI（InternetSCSI）把SCSI命令和块状数据封装在TCP中在IP网络中传输iSCSI作为SCSI的传输层协议，基本出发点是利用成熟的IP网络技术来实现和延伸SANiSCSIInitiator&TargetUserlayerKernellayeriSCSITargetiSCSIInitiatorFileSystemSCSIDriveriSCSIInitiatorDriverDiskTransportNetworkNetworkStackNetworkStackSCSIDriveriSCSITargetDriverSCSIHBADriver/RAIDControllerUserApplication发起端InitiatorSCSI层负责生成CDB（命令描述符块），将CDB传给iSCSIiSCSI层负责生成iSCSIPDU（协议数据单元），并通过IP网络将PDU发给target目标器Ta