存储局域网(san)络简介

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1、 存储局域网络简介 存储局域网络简介 2007 Infortrend Technology Inc. Page 2 存储局域网络简介： 存储局域网络简介： 在进入此次主题之前，让我们先来思考几个问题。当然，这不是脑筋急转弯！ 1、一个硬盘的容量有多少？ 2、一台计算机能容纳多少硬盘机？ 3、如果一台计算机的存储空间不够用时，是否能以外接的方式来扩充？ 4、如果计算机可以利用外接存储设备来扩充存储空间，该如何使用这些空间才能让使用率达到最佳状况？ 5、如果每台计算机都外接了存储空间，那么又该如何管理，才能简化管理上的复杂度？ 6、有没有什么东西是可以提供一个非常大的存储空间，可以让企业内部的计算

2、机共享，在空间不足时又很容易扩充，管理及维护又不会非常复杂，同时又具有合理的价格？ 你想到答案了吗？ 什么是存储局域网络？ 什么是存储局域网络？ 为了满足企业对存储空间日渐升高的需求，同时顾及使用效能的提升、容量扩充的弹性、数据安全的维护及成本花费的控制，存储局域网络(Storage Area Network)便应运而生。根据网络存储产业协会(Storage Networking Industry Association / SNIA )所下的定义： 1、 所谓的存储局域网络(Storage Area Network, SAN)主要的目的是在存储装置之间或是存储装置与计算机系统之间进行数据的传

3、输。而存储局域网络的构成包含了提供存储装置与计算机主机实体链接的通讯架构，以及管理存储装置、计算机主机及相关网络设备的管理机制，藉以提供强而有力且安全的数据传输环境。而 SAN 这个名词通常会被认为是提供区块输入输出(Block I/O)的服务而非档案存取服务，但此一说法并不是 SAN 的必要条件。 2、 一个存储系统的构成包含存储组件、存储装置、计算机系统等设备，再加上相关的控制软件及网络上通信讯息的传递。 在这样的定义之下，存储局域网络基于整合、共享、管理的理念目标，将各种存储Page 3 装置诸如磁盘阵列、光盘机、磁带机、磁带库等机器，透过高速网络链接，构成一专门负责提供存储空间之局域网

4、络；对外则透过集线器、交换机连结服务器对前端客端提供服務。 SAN 主要架构可分为五大部份： SAN 主要架构可分为五大部份： 1、 高速网络 (LAN)：串联服务器群及个人计算机。 2、 Servers 服务器群。 3、 高度整合的储域管理软件：提供单一管理界面去管理监控存储设备。 4、 高容量及高速存储设备。 5、 SAN Devices：包括 Hub, Switch, 将 Servers 与 Storage device 整合为存储资源环境。 SAN 的优点在于： SAN 的优点在于： 1. 整合了存储装置的运用，使得整体空间的使用率得以大幅提升，节省企业的成本支Page 4 出。 2.

5、 它采用高速的传输媒介，将存储系统网络化，实现了真正高速的共享存储。 3. 综合网络的灵活性、可管理性及可扩展性的同时，提高了网络的带宽和存储 I/O 的可靠性。 4. SAN 独立于应用服务器网络系统之外，拥有几乎无限的存储能力。 5. 由于将企业的数据存储空间加以合并运用，在环境的建置及设备的管理维护复杂度得以大幅改善，因而降低了存储管理费用。 由于早年存储局域网络的建置多以光纤做为传输媒介，因此许多人在谈论到 SAN 时会直接联想到光纤信道(Fibre Channel)，然而在 SNIA 的定义当中并未强调 SAN 建构时应采用何种网络技术。目前除了以光纤信道技术所建构的 FC SAN

6、外，另外还有以 TCP/IP 做为基础的的 IP SAN。SNIA 建议，以光纤信道技术建构的存储网络称为 Fibre Channel SAN（FC SAN），以以太网络技术（如 iSCSI）建构的存储网络则称为 IP SAN。除了 IP SAN 和 FC SAN 外，也有利用一些新的接口提供不同成本和效率的产品，像是利用 SAS 或是 InfiniBand 所架构出来的 SAN，不过这类方案一方面比较少见，另一方面会局限于连接距离只能在机房内，故于本文不予介绍。 Fibre Channel SAN vs. IP SAN Fibre Channel SAN vs. IP SAN 存储局域网络依

7、其组成架构主要可区分为两种：光纤信道存储局域网络(Fibre Channel SAN)及透过以太网络所建构的 IP SAN。 ? Fibre Channel SAN (FC SAN) Fibre Channel SAN (FC SAN) Fibre Channel 的主要用途是运用于建构具高传输速度的存储网络技术。此一技术的相关技术标准是由国际讯息技术标准委员(INCITS)的 T11 技术委员会进行相关标准的制定。FC SAN 在架构上通常以光纤做为传输媒介，因此具有高传输速度、高可靠度、长传输距离等特点。目前 Fibre channel 的传输速度已经达到 4Gbps(bits per s

8、econd)，预计在 2008 年 8G FC 相关产品将会问世。 Page 5 FC SAN 技援三种基本的拓扑架构：点对点、仲裁回路及交换式光纤网络。其架构如图所示。 点对点(Point-to-point)点对点(Point-to-point)：最简单的拓扑架构，允许两节点之间直接通讯。一般而言，这种架构常用于一部存储设备直接连接到一部服务器的配置。点对点的连结方式虽然架构简单且能提供高速传输能力，但其仍有扩充困难的限制；如果要在点对点的环境下增加任何存储设备，只能在服务器上安装多张连结适配卡与每一部机器个别建立连接。 HostStorageHostStorageStorageSwitch

9、SwitchHostHostStorageStoragePoint-to-PointArbitrated LoopSwitched Fabric? Fibre Channel Topology Fibre Channel Topology 仲裁环路(Arbitrated Loop)：是一种单向的环状架构，环路中的每一个节点均将所要传输的数据传送至下一个节点。在仲裁回路环境中，每一个节点的发送器将数据传送到下一个节点的接收器，而回路中的所有设备都必须根据仲裁存取回路。当回路中的某一节点欲向另一目标节发送数据时，必须先取得使用的许可，在获得许可后，发送节点与目标节点将建立起点对点的传输管道。在仲裁

10、回路的架构下可链接 127 部存储装置，但其仍Page 6 有使用上的技术限制，诸如：所有装置共享带宽，同一时间仅能存在单一连结，致使传输效能受到影响等。 交换式光纤网络(Switched Fabric)：所谓的交换式光纤网络即服务器与存储设备之间透过交换器构成连结。此种透过交换器所建构的光纤网络具有以下特点： 1、高传输效能，各装置之间的传输链接可同时存。 2、原生支持备援路径(redundant path)，可提高可利用性(availability) 3、支持区域划分(Zoning)，在安全性具有较佳之保护。 4、具良好之扩充性。 IP SAN IP SAN IP SAN 是基于 TCP/

11、IP 数据传输技术所构筑之存储局域网络，主要是将 SCSI 的指令透过 TCP 的通讯协议传送到远方，以达到控制远程存储设备的方式。由于传送的封包内含有传输目标的 IP 位置，因此是一种效率较高的点对点传输。利用 TCP/IP 来实现 SAN 的方法有很多种，像是 FCIP (Fibre Channel over IP), iFCP (Internet Fibre Channel Protocol) 以及最近流行的 iSCSI (Internet SCSI)，让本来只存在光纤网络才能使用的 SAN，有了成本较低廉的选择。本文将针对目前应用面较广而也比较热门的iSCSI 技术做个简单的说明。 P

12、age 7 iSCSI 网络架构 iSCSI 协议模型 iSCSI 相关的技术标准是由因特网工程工作小组(Internet Engineering Task Force, IETF)所订定。 透过 iSCSI 技术所建构的存储区网络其优势在于透过既有之以太网络环境及技术，简化建置所需之时程、设备及技术。就以 IP SAN 的各个组成组件来讨论： 首先，在主机端必须具备处理 iSCSI 封包的能力，此一能力的获得有两种方式，一为在不改变硬件的状况下，安装专门处理封包的软件驱动程序，透过计算机中央处理单元的运算来处理相关的指令和数据；或是采用具有 TCP/IP 卸除能力的网络卡(TCP/IP Of

13、fload Engine，一般又称为 TOE 卡)，透过硬件直接处理封包，减低中央处理器的负荷，提升主机整体的运作效能。其次在交换设备方面，IP SAN 可以沿用既有之交换器，不需额外其它特殊设备。在传输媒介方面，相较于 FC SAN 用光纤做为传输媒介，IP SAN可直接沿用既有之线路，节省重新更换线材及布线的耗费。相较于 FC SAN 之建置，IP SAN 提供了快速的建置方案，降低建置存储局域网络的复杂度，同时也可节省成本花费。如果为了效率问题，使用者可以单独建立一独立的 IP SAN 环境，其成本依然远低于Fibre Channel SAN。 目前已经有许多厂商推出支持 iSCSI 架

14、构的相关存储设备，主要以磁盘阵列为主。 Page 8 最后让我们来对这两种主要的存储局域网络做一个简单的比较 iSCSI Fibre Channel 传输速度 1G bps 4G bps 联机距离 最大数十公里 与 LAN 相同 最长 40 公里 传输介质 Cat-5e 网络线 光纤、特殊铜质导线 传输模式 Data block Data block 传输(Frame)大小 非固定长度，01.5KB 非固定长度，02KB 拓扑架构(Topology) 点对点(Point-to-Point)透过集线器/交换器连结(Hub/Switched) 点对点(Point-to-Point) 仲裁回路(Ar

15、bitrated Loop) 交换式网络(Switched Fabric) 传输系统(Transport) Ethernet, ATM, Packet-over-SONET, T-1, T-3, DS-3, DWDM Fibre Channel, DWDM 主机接口支持 软件 iSCSI initiator TOE 卡 FC HBA 卡 交换设备 Ethernet switch Fibre Channel Switch 电磁干扰 有 无 与 IP 网络共存 可，亦可独立建置 否 建置成本 较低 较高 主要市场 中小型企业 大型企业 目前效能 较差 好 下一代产品 10G bps 8G bps Page 9 近年来企业对存储设备的需求大量提高，针对企业需求分析，在合理的成本考虑下，规划出高扩充性、高效率、容易管理、安全，一个真正适合其企业的存储局域网络，让企业能存储更多的数据，提升存取效率和达成数据保护，避免造成数据损毁或服务中断，将成为建置企业环境不可忽略的一个重要课题。 本文作者： 张小强，目前服务于 Infortrend 中国分公司技术部。 Infortend 为全球网络存储装置磁盘阵列的领导厂商，专注于高效能且稳定的磁盘阵列系统研究与制造，提供各种完整的网络存储方案，给予企业数据最佳保护。