計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程第九章第9章存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)過程本章主要內(nèi)容存儲系統(tǒng)分類；硬盤和接口；RAID；FCSAN實(shí)現(xiàn)過程；ISCSI實(shí)現(xiàn)過程；存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例。9.1存儲系統(tǒng)分類本講主要內(nèi)容DASNASFCSANISCSI各種存儲系統(tǒng)比較一、DAS直接附加存儲（DAS）結(jié)構(gòu)中，主機(jī)與硬盤之間是固定連接，CPU通過內(nèi)部總線與硬盤總線適配器相連，硬盤總線適配器通過固定連接線與硬盤相連。二、NAS網(wǎng)絡(luò)附加存儲（NAS）結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備是一種集網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與存儲設(shè)備于一體的設(shè)備，多個終端可以通過文件系統(tǒng)方式共享網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備。三、FCSAN

光纖通道存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（FCSAN）結(jié)構(gòu)中，多個主機(jī)通過光纖通道（FC）交換網(wǎng)絡(luò)與多個存儲設(shè)備相連。主機(jī)與存儲設(shè)備之間關(guān)系是動態(tài)的，多個主機(jī)可以共享同一個存儲設(shè)備，單個主機(jī)也可控制多個存儲設(shè)備。四、ISCSI互聯(lián)網(wǎng)小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（iSCSI）結(jié)構(gòu)中，由TCP/IP網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)器與存儲設(shè)備，多個主機(jī)可以共享同一個存儲設(shè)備，單個主機(jī)也可控制多個存儲設(shè)備。五、各種存儲系統(tǒng)比較DAS直接通過專用總線連接服務(wù)器和存儲設(shè)備，服務(wù)器獨(dú)占該存儲設(shè)備。SAN和NAS通過網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)器和存儲設(shè)備，存儲設(shè)備作為單獨(dú)設(shè)備連接在網(wǎng)絡(luò)上，因此，存儲設(shè)備必須是一個智能設(shè)備，能夠運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。NAS方式下，服務(wù)器只能共享存儲設(shè)備中的文件系統(tǒng)，以文件為單位訪問存儲設(shè)備。9.2硬盤和接口本講主要內(nèi)容硬盤分類IDESATASCSISAS固態(tài)硬盤一、硬盤分類硬盤總線適配器、硬盤控制器及互連硬盤總線適配器與硬盤控制器的連接線類型一起確定了硬盤接口類型；接口類型主要包括電子集成驅(qū)動器（IDE）、串行高級技術(shù)附件（SATA）、小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（SCSI）和串行連接SCSI（SAS）；這些接口類型之間的主要不同在于硬盤總線適配器和硬盤控制器的功能及互連硬盤總線適配器與硬盤控制器的連接線類型。二、IDE

IDE的特點(diǎn)是將盤體與控制電路集成在一起，使得硬盤自身能夠?qū)崿F(xiàn)尋道、讀寫等操作過程，CPU只需通過硬盤總線適配器向硬盤中的控制電路發(fā)送操作指令，由硬盤自身完成操作指令指定的操作；IDE支持高級技術(shù)附件（ATA）指令集，硬盤總線適配器與硬盤之間用并行線纜連接。三、SATASATA同樣支持ATA指令集，但硬盤總線適配器與硬盤之間采用串行線纜；串行傳輸過程中，通常將需要傳輸?shù)闹噶罨驍?shù)據(jù)封裝成幀結(jié)構(gòu)；采用點(diǎn)對點(diǎn)連接方式，每一個SATA接口連接一個SATA硬盤。四、SCSI每一個SCSI控制器可以連接15個SCSI設(shè)備；傳輸速率高；硬盤轉(zhuǎn)速、緩沖器容量和硬盤容量等性能指標(biāo)都好于IDE硬盤；SCSI總線的長度可以達(dá)到12m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于IDE的45cm；支持熱撥插SCSI控制器的智能化程度遠(yuǎn)高于IDE總線適配器；SCSI設(shè)備總體讀寫性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于IDE設(shè)備；SCSI支持SCSI指令集。五、SAS基本連接方式使用擴(kuò)展器連接方式五、SAS支持SCSI指令集；SAS總線適配器與SAS設(shè)備之間采用串行傳輸方式；SAS總線適配器與SAS設(shè)備之間采用點(diǎn)對點(diǎn)連接方式；SAS物理鏈路的傳輸速率較高，SAS1.0為3Gb/s，SAS2.0為6Gb/s。五、SAS六、固態(tài)硬盤分為兩類基于閃存的固態(tài)硬盤，采用FLASH芯片作為存儲介質(zhì)基于DRAM的固態(tài)硬盤，采用DRAM作為存儲介質(zhì)目前固態(tài)硬盤主要指基于閃存的固態(tài)硬盤

9.3RAID本講主要內(nèi)容RAID0RAID1RAID3RAID5RAID6RAID50一、RAID0

冗余磁盤陣列（RAID）是一種將多塊獨(dú)立的物理硬盤按照一定的形式組織成硬盤組的技術(shù)，硬盤組作為邏輯硬盤在速度、穩(wěn)定性和存儲能力上都比單個物理硬盤有很大提高，并且具備一定的數(shù)據(jù)安全保護(hù)能力。

邏輯硬盤中連續(xù)的數(shù)據(jù)塊被分布在多個不同的物理硬盤中，邏輯硬盤的容量是所有物理硬盤容量之和。對邏輯硬盤連續(xù)數(shù)據(jù)塊的讀寫操作被并發(fā)到多個不同的物理硬盤上，因此，如果以條帶為單位讀寫邏輯硬盤，邏輯硬盤的讀寫時間是單個物理硬盤讀寫時間的1/N，其中N是物理硬盤數(shù)量。一、RAID0兩個相同的物理硬盤存儲相同的數(shù)據(jù)，其中一個物理硬盤作為另一個物理硬盤的鏡像，邏輯硬盤中每一個數(shù)據(jù)塊分別映射到兩個物理硬盤中對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊，邏輯硬盤中某個數(shù)據(jù)塊的寫操作，將引發(fā)兩個物理硬盤中對應(yīng)數(shù)據(jù)塊的寫操作。二、RAID1N個物理硬盤中，N－1個物理硬盤作為數(shù)據(jù)盤，用于存放數(shù)據(jù)，余下的一個物理硬盤作為校驗(yàn)盤用于存放校驗(yàn)結(jié)果。校驗(yàn)結(jié)果是對同一條帶中數(shù)據(jù)塊進(jìn)行異或運(yùn)算的結(jié)果，如PA=D0⊕D1⊕D2（⊕表示異或運(yùn)算）。如果邏輯盤需要寫入數(shù)據(jù)塊D0、D1和D2，數(shù)據(jù)塊D0、D1和D2被分布到三個不同的物理硬盤中，計(jì)算出PA=D0⊕D1⊕D2，并將PA寫入校驗(yàn)盤中。三、RAID3RAID5與RAID3相似，不同的是RAID5中沒有單獨(dú)的校驗(yàn)盤，校驗(yàn)塊分布在各個數(shù)據(jù)盤中，每一個數(shù)據(jù)盤留出1/N容量存放校驗(yàn)內(nèi)容；多個數(shù)據(jù)塊的改寫操作可以并發(fā)進(jìn)行。四、RAID5五、RAID6RAID6用于解決兩個物理硬盤同時損壞時的數(shù)據(jù)重構(gòu)問題;N個物理硬盤中N－2個物理硬盤作為數(shù)據(jù)盤，其余兩個物理硬盤作為校驗(yàn)盤;一個校驗(yàn)盤是橫向校驗(yàn)盤,另一個校驗(yàn)盤是斜向校驗(yàn)盤。

六、RAID50兩個獨(dú)立的RAID5組成RAID0結(jié)構(gòu)，寫入RAID50的數(shù)據(jù){D0，D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8，D9，D10，D11}被分成兩組，一組是{D0，D1，D4，D5，D8，D9}，另一組是{D2，D3，D6，D7，D10，D11}，這兩組數(shù)據(jù)可以并發(fā)寫入兩個獨(dú)立的RAID5中。9.4FCSAN實(shí)現(xiàn)過程本講主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)端口類型地址和標(biāo)識符FCSAN工作過程一、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)光纖通道存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（FCSAN）由光纖通道交換網(wǎng)絡(luò)和結(jié)點(diǎn)組成，光纖通道交換網(wǎng)絡(luò)由光纖通道交換機(jī)和互連光纖通道交換機(jī)的鏈路組成。用光纖作為互連光纖通道交換機(jī)的鏈路。結(jié)點(diǎn)通常為服務(wù)器和存儲設(shè)備，服務(wù)器與存儲設(shè)備之間通過光纖通道交換網(wǎng)絡(luò)建立用于傳輸SCSI命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)的通路。二、端口類型N_Port位于結(jié)點(diǎn)，用于將結(jié)點(diǎn)連接到光纖通道交換網(wǎng)絡(luò)；F_Port位于光纖通道交換機(jī)，用于將N_Port接入光纖通道交換網(wǎng)絡(luò)；E_Port位于光纖通道交換機(jī)，通過交換機(jī)間鏈路（ISL）實(shí)現(xiàn)與位于其他光纖通道交換機(jī)上的E_Port之間的互連；其他類型端口。

三、地址和標(biāo)識符FCSAN中的每一個結(jié)點(diǎn)和光纖通道交換機(jī)分配唯一的64位全球結(jié)點(diǎn)名稱（WWNN）；結(jié)點(diǎn)和光纖通道交換機(jī)中的每一個端口分配唯一的64位全球端口名稱（WWPN）。四、FCSAN工作過程選出主要交換機(jī)結(jié)點(diǎn)完成注冊過程建立名字注冊信息庫建立路由表N_Port之間數(shù)據(jù)傳輸過程SCSIoverFC光纖通道交換機(jī)之間通過定期交換名字注冊信息，建立完整的名字注冊信息庫，名字注冊信息庫中記錄光纖通道交換網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點(diǎn)的WWNN與24位地址之間的綁定關(guān)系。四、FCSAN工作過程文件系統(tǒng)計(jì)算出需要讀寫的存儲塊的LUN和LBA，SCSI驅(qū)動器根據(jù)LUN確定需要訪問的遠(yuǎn)程存儲設(shè)備，解析出遠(yuǎn)程存儲設(shè)備的24位地址，將SCSI命令和數(shù)據(jù)封裝成幀。FC驅(qū)動器和光通道交換網(wǎng)絡(luò)保證將幀送達(dá)存儲設(shè)備。存儲設(shè)備的FC驅(qū)動器從幀中分離出SCSI命令和數(shù)據(jù)，將其傳輸給RAID控制器，由RAID控制器完成SCSI命令要求的操作。存儲設(shè)備的操作結(jié)果（數(shù)據(jù)和狀態(tài)）以同樣的方式傳輸?shù)椒?wù)器的文件系統(tǒng)。四、FCSAN工作過程9.5ISCSI實(shí)現(xiàn)過程本講主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議結(jié)構(gòu)標(biāo)識符ISCSI工作過程一、網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議結(jié)構(gòu)FCSAN需要兩種不同類型的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)終端與服務(wù)器互聯(lián)和服務(wù)器與存儲設(shè)備互聯(lián)。FC的帶寬優(yōu)勢不復(fù)存在。FC-SAN應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和存儲設(shè)備之間的互連，終端與服務(wù)器、服務(wù)器與存儲設(shè)備將統(tǒng)一由Internet實(shí)現(xiàn)互連。一、網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議結(jié)構(gòu)ISCSI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

服務(wù)器與存儲設(shè)備之間通過交換SCSI命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器對存儲設(shè)備的訪問過程，為了經(jīng)過Internet實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與存儲設(shè)備之間的信息交換過程，需要在服務(wù)器（Initiator）與存儲設(shè)備（Target）之間建立iSCSI會話，iSCSI協(xié)議的主要功能就是基于服務(wù)器與存儲設(shè)備之間的TCP連接，建立iSCSI會話，經(jīng)過iSCSI會話實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與存儲設(shè)備之間的信息交換過程。一、網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議結(jié)構(gòu)二、標(biāo)識符iqn.完全合格域名注冊日期.反向完全合格域名：結(jié)點(diǎn)唯一標(biāo)識符.whatzis:hedgetrimmer-1926184eui.64位企業(yè)唯一標(biāo)識符eui.02004567A425678D

三、ISCSI工作過程服務(wù)器配置存儲設(shè)備配置服務(wù)器訪問存儲設(shè)備過程安全問題9.6存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例本講主要內(nèi)容NetApp存儲設(shè)備結(jié)構(gòu)NetApp應(yīng)用方式一、NetApp存儲設(shè)備結(jié)構(gòu)NetApp存儲設(shè)備同時具備FC接口和以太網(wǎng)接口，可以同時連接光纖通道交換網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)；NetApp存儲設(shè)備同時具備FC-AL接口和SATA接口，可以同時連接FC接口硬盤和SATA接口硬盤；控制器是NetApp存儲設(shè)備的核心，一是支持多種協(xié)議，二是實(shí)現(xiàn)對硬盤的讀寫訪問。二、N