三种数据中心存储网络架构优缺点对比解析

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1、三种数据中心存储网络架构优缺点对比解析在分析三种数据中心存储网络架构的基础上，结合当前主魂的存储技术。对数据中心存健架 构的典型性问题进行了分析，总结了不同存储架构的优缺点，并结合实际，况进行对比通过多 个维度的对比，描述了数据中心存储架构发展的趋势，为实际工作提供f要的参考依据和成果。当前，国家电网公司正在开展信息系统容灾中心的建设工作。根据规划，将在北京、上海、 西安统一建设3个集中式信息系统容灾中心，公司各单位按就近原则接入共享，从而形成全公 司两级数据中心及3个集中式信息系统容灾中心的格局。容灾的功能将分为数据级容灾和应用 级容灾2个阶段来实现。数据级阶段完成生产中心的业务数据备份，应

2、用级阶段实现接管生产 中心应用系统功能:即生产端由于自然灾害或其他原因发生亚务系统中断后。容灾中心利用本地 的备份数据接管相应业务系统，保障公司对业务持续性的要求，且容灾中心将来能够平滑过渡到 数据中心。这就要求容灾中心的建设要立足数据级、展望应用级并考虑向数据中心过渡，相应基 础设施建设与系统实施工作要充分考虑容灾中心角色的转变。存储技术在整个容灾中心乃至数据中心涉及的技术体系中占有重要地位。这不仅因为数据存 储在上述3个阶段中处干基础性地位，而且还是因为它必须在容灾中心演进的过程中具有可靠 性、可用性和可扩展性。鉴于存储网络的重要性和上述要求，需要了解和分析当前存储网络架构 领城的技术。下

3、面对3种存储网络技术进行介绍和对比，通过多个维度的考量，明确3种技术 的优缺点。从而为国内各行业容灾中心、数据中心存储网络架构设计提供借鉴。1、存储区域网随着经济、社会的发展，人们对数据的请求方式越来越少地受到时间和空间的限制，数据的 增长与需求不再有很强的规律性可循。然而，大盘的独立存储仍广泛存在干企业的数据中心中， 很容易使数据分布呈现信息孤岛的局面，对数据的存储，利用和分析造成很大翅难。通常这些 独立存储与业务系统相对应，随着数据的增长，对它们的扩容也经常出现顾此失彼的现象。如果 一次性扩容较大，难免挤占其他系统的扩容预算，如果扩容较小，则会承受频繁扩容的压力。此 类问题需要新的存储技术

4、来解决。存储区域网(SAN，Storage Area Network)是将存储设备(诸如磁盘阵列、磁带库等)与服 务器连接起来并采用光纤接口的专用存储网络。它结构上允许服务器和任何存储磁盘阵列或磁带 库相连、并直接存储所需数据。SAN架构如图1所示。存储设每率疗而揪技求制1串行岛成技本咐作一串高级A 技木附井事光奸信道r尚觥技术侧件wor s图 1 SANfflffl较之传统的存储方武，SAN可以跨平台使用存储设备，还能对存储设备实现统一管理和容 量分配，降低维护和使用的成本，提高存储的利用率。根据美国存储专家克里斯多佛的统计，使 用独立存储方式时，存储利用率达到50%就算比较高了，而使用SA

5、N架构的存储利用率通常 在80%以上。更高的存储利用率意味着闲置存储设备的减少，相应的电源能耗和制冷能耗也会 降低。部署SAN的优势包括集中管控、统一交付诸如定期备份等存储服务、高效利用存储资源， 非常适用于应用的集中存储、备份和容灾。SAN的另一大特点是文件传输与存储设备直接交互，而传统的存储需要占用局城网(LAN， Local Area Network)资源，且通过TCP/IP协议传输数据层层打包，资源会有较大的消耗。 SAN也支持IP协议，但它针对存储数据传输的特点设计，在有要大虽、大块的数据传输时，光 纤信道(FC，Fibre channel更有优势。当客户端在LAN上请求来自服务器的

6、数据时，服务器 将在SAN上的存储设备中检索数据。由于这种方式对数据的处理没有冲打包方面的开销，所以 能够史有效地提交数据。倒2果用SAN的裕扑架构示散采用SAN的拓扑架构示意图如图2所示。由图2可以看到，SAN独立于LAN,这个特点的优势已经阐述过，然而它不可避免地带来 了另外一些缺陷。因为它需要建立专属的网络，这就增加了数据中心线缆的数量和复杂度。服务 器方面，除了连接LAN的网卡之外还需配备与SAN交换机连接的主机总线适配器(HSA，Host Bus Adapter)卡。它的建设成本和能耗也相应的比较高。针对这些缺陷，以太网光纤信道(FCoE, Fibre Channel over Et

7、hernet )技术应运而生。2、FCoE技术以太网光纤信道(FCoE)是INCITS T11开发的一项新标准。FCoE协议独立于以太网转发 模式，并在以太网上映射本地光纤信道FCoE保留了所有的光纤信道结构，保持与光纤信道相 同的时延、安全性和流量管理特征，因此可以通过循序渐进的方法向I/O端口整合的趋势演进。数据中心既使用面向TCP/IP网络的以太网，又使用面向存储区城网(SAN)的光纤信道 (FC)，两者相互独立，且可以并存。以太网网络通常用于满足最终用户对少量信息的需求oSAN 则用于访问面向应用的I/O块，例如在SAN上启动系统、邮件服务器、文件服务器和大型数据 库等。考虑到服务器虚

8、拟化在数据中心的逐渐普及(例如8台虚拟机存在于一台物理主机己经比比皆是），需要通过光纤信道来连接这些虚拟主机。这种情况下。系统管理程序通过光纤信道为 访客操作系统提供虚拟存储资源，并通过光纤信道网络基础设施来访问存储资源（系统管理程序 为一个虚拟化平台，支持多个操作系统同时运行于一台主机上）。这些服务器需要配置一对光纤 信道主机总线适配器以及2个或多个网络接口（NIC）。某些高端部署会在只有2个CPU内核的 高性能服务器中配里8个以太网NIC。FCoE支持将SAN和以太网流量整合到一个通用网络适 配器上，从而减少所需的适配器数量。FoCE架构如图3所示。理论上FC需要3种扩展，以实现FCoE的

9、功能:1）把本地的FC帧封装为以太网帧，2）以 太网协议也需要改进更新，以支持拥塞情况下的无损传输；3）在以太网的MAC地址和FC的 N_port ID之间建立映射。由图3可知，服务器通过聚合网络适配器（CNA，ConvergedNetwork Adapters）连接 FCoE交换机。CNA有1个或多个以太网物理端口，并在一张卡上同时包含了 HBA和NIC的 功能。虽然FCoE的封装可以通过传统NIC上的软件实现，但CNA能够减少CPU对底层帧处 理和HBA功能的压力。FCoE能够迎合数据中心服务器虚拟化的趋势，它支持I/O整合，且可以为数据中心提供以 下增强特性:1）减少服务器所描的网络接口

10、卡数量；2）减少服务器电费预算并降低冷却要求。3） 大幅度减少需要管理的线缆数量；4）无缝连接现有的存储网和以太网，可继续使用现有的FC工 具、安全模式和基础设施等。3、IPSAN 技术以上所述的SAN，指的是采用光纤信道的存储局城网络（FCSAN）0 iSCSI协议出现以后， 业界把5AN分为FC-SAN和IP-SAN。iSCSI即互联网小型计算机系统接口，是一种在TCP/IP 上进行数据块传输的标准。iSCSI可以实现在IP网络上运行SCSI协议。使其能够在诸如千兆以太网上进行快速的数据存取备份操作。IP-SAN和FC-SAN的区别可以用图4中的图a)和图 b)来表示。7 F适AN集构IF

11、存儒-I 醐 I T 厂一.剧E 女并系统 卷管再i %lra. )41 RAID f OrSK ib IP-SAN栗掏.tor s业4串有精架榆从图4中可以看出，在FC-SAN架构中，文件流存在于应用系统和文件系统之间，文件系 统和卷管理进行交互，卷管理和存储之间进行块传送，存储设备包含独立冗余磁盘阵列(RAID) 和磁盘。在IP-SAN架构中，基本的组成元素和FC-SAN是一样的，但是应用系统和独立于服 务器之外的文件系统交互文件流，块传送因而也在存储设备内部发生，由此可见IP-SA N降低 了服务器端的复杂度。它建立在常见和稳定的工业标准上.对IP技术熟悉的人员可以很容易接受 和实施，因

12、而减少了聘请专业人员的成本。同时，它还减少了网络数量、降低了布线复杂度，并 且可以使用常规以太网交换机而不必专门采购光纤交换机，很大程度提高了互操作性，降低了投 资。使用IP-SAN架构使得数据传播更为便捷，可以在全球IP网络上进行以太网传输，实际传 播距离不会受到任何限制。毒1 SAN FCorrP-SAN技术知持点及应用移萌大块敷据性粕忧越 田色的可每性建设成本高林准比程度不商操作只朵大型割据牌对带魔要水部的苫晶 关厦性业羚可扩麋性日由致祓少毋卡.壅安全性牧建.即刍服务阔舛偲、F5E配葬和咎夷同统的效童.易蒲融合f商K容性H。整合于网路骨丑和间睡*事W*的格心.开放怪及兼容性以速率较便：在

13、】0G以太冽 还蠢成熟之禅此点泯询 尤为突出）安全ttWFC SAS.需 待蛛的ss保m最近合耐要在阿捋上祥 魅传物莅据流利成次 量数据的企业，SQEitt 期暇务提供商.存学餐 务提供商，IT笑蠢、基 战曲施捋毋邳为十分有 需的企业响if狄$4、结语20世纪90年代出现光纤信道SAN之后，数据中心一般都保存着SAN和LAN 2种网络。 随着系统整台和SAN技术的发展，业界需要把通信与网络、存储与集群合并在一个网络中实现， 因此出现了诸如IP-SAN和FCoE等旨在扩大并统一存储网络的技术。但是，在增强10G以太 网还不成熟的条件下，传统的SAN暂时不会退出历史舞台。然而，FCoE技术及其解决方案在 确保数据中心可靠性的同时，还拥有很多方面的优势，它被认为是满足刀片服务器和虚拟化服务 器环挽需求的10G以太网过渡技术，为建设下一代面向服务的数据中心铺平了道路。