資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。 ．10．06中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第十七屆新技術(shù)論壇 統(tǒng)一存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展及組網(wǎng)方式探討第三設(shè)計(jì)研究所(安徽分院)馮淵博【摘要】:本文首先介紹了存儲(chǔ)技術(shù)技術(shù),從存儲(chǔ)架構(gòu)、協(xié)議、通道技術(shù)和介質(zhì)四個(gè)角度闡述。經(jīng)過分析現(xiàn)有單一、孤立的SAN和NAS存儲(chǔ)架構(gòu)的缺陷,提出統(tǒng)一存儲(chǔ)的必要性。而后,介紹了經(jīng)過增加NAS機(jī)頭和專用統(tǒng)一存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一存儲(chǔ)的方式,最后結(jié)合最新的技術(shù)發(fā)展情況,提出了統(tǒng)一存儲(chǔ)的組網(wǎng)方案?！娟P(guān)鍵詞】:統(tǒng)一存儲(chǔ)IPSANNAS概述隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的加速發(fā)展,數(shù)據(jù)量進(jìn)入了迅猛增長階段,特別是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)量的快速增長,對(duì)存儲(chǔ)的性能、容量和功能等提出了更高的要求,而原來單一的SAN或NAS已經(jīng)不能滿足用戶多方面的存儲(chǔ)需求;iSCSISAN的出現(xiàn),逐漸消除了FC與IP之間的隔閡。用戶對(duì)結(jié)構(gòu)化(塊數(shù)據(jù))+非結(jié)構(gòu)化(文件)數(shù)據(jù)混合存儲(chǔ)的需求在增加。數(shù)據(jù)的高速增長,特別是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的日益飆升,不但對(duì)存儲(chǔ)的容量有了進(jìn)一步的需求,同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)的性能和功能也提出了更高的要求,這使得原有的單一的SAN(存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò))或NAS(網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ))系統(tǒng)已經(jīng)不能全面滿足用戶的需求。存儲(chǔ)相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)存儲(chǔ)領(lǐng)域涵蓋眾多的技術(shù)和概念,體系架構(gòu)方面的NAS、DAS、SAN,通道技術(shù)方面的FC、IP、SCSI,存儲(chǔ)協(xié)議方面的NDMP、SCSI等。圖2-1存儲(chǔ)技術(shù)架構(gòu)圖介質(zhì)技術(shù)硬盤一般分為ATA/IDE、SCSI、FC、SATA、SAS五種類型,其中FC、SATA、SAS代表著未來的發(fā)展方向。磁盤陣列是一種采用RAID技術(shù)、冗余技術(shù)和在線維護(hù)技術(shù)制造的一種高性能、高可用的磁盤存儲(chǔ)設(shè)備。RAID(RedundentArrayofInexpensiveDisks)廉價(jià)磁盤冗余陣列由美國加州伯克利分校的D.A.Patterson教授在1988年提出。傳統(tǒng)RAID的四種需求目標(biāo)—安全、經(jīng)濟(jì)、效率、擴(kuò)充。RAID技術(shù)將多個(gè)單獨(dú)的物理硬盤以不同的方式組合成一個(gè)邏輯硬盤,從而提高了硬盤的讀寫性能和數(shù)據(jù)安全性。根據(jù)不同的組合方式能夠分為不同的RAID級(jí)別:表2-1RAID級(jí)別RAID0數(shù)據(jù)條帶化,無校驗(yàn)RAID1數(shù)據(jù)鏡像,無校驗(yàn)RAID2海明碼錯(cuò)誤校驗(yàn)及校正RAID3數(shù)據(jù)條帶化讀寫,校驗(yàn)信息存放于專用硬盤RAID4單次寫數(shù)據(jù)采用單個(gè)硬盤,校驗(yàn)信息存放于專用硬盤RAID5數(shù)據(jù)條帶化,校驗(yàn)信息分布式存放RAID6數(shù)據(jù)條帶化,分布式校驗(yàn)并提供兩級(jí)冗余存儲(chǔ)協(xié)議SCSI(SmallComputerSystemInterface,小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)是一種為小型機(jī)研制的接口技術(shù),用于主機(jī)與外部設(shè)備之間的連接。第一代SCSI-1是在1979年由Shugart(希捷公司前身)制訂的,至今已經(jīng)發(fā)展至SCSI-3了。SCSI-3是所有存儲(chǔ)協(xié)議的基礎(chǔ),其它存儲(chǔ)協(xié)議都用到SCSI的指令集。iSCSI技術(shù)是一種由IBM公司研究開發(fā)的,是一個(gè)供硬件設(shè)備使用的能夠在IP協(xié)議的上層運(yùn)行的SCSI指令集,這種指令集合能夠?qū)崿F(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行SCSI協(xié)議,使其能夠在諸如高速千兆以太網(wǎng)上進(jìn)行路由選擇。iSCSI技術(shù)是一種新儲(chǔ)存技術(shù),該技術(shù)是將現(xiàn)有SCSI接口與以太網(wǎng)絡(luò)(Ethernet)技術(shù)結(jié)合,使服務(wù)器可與使用IP網(wǎng)絡(luò)的儲(chǔ)存裝置互相交換資料。體系架構(gòu)DASDAS(DirectAttachedStorage—直接附加存儲(chǔ))是指將存儲(chǔ)設(shè)備經(jīng)過SCSI線纜或光纖通道直接連接到服務(wù)器上。NASNAS(NetworkAttachedStorage—網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)),是一種文件共享服務(wù)。擁有自己的文件系統(tǒng),經(jīng)過NFS或CIFS對(duì)外提供文件訪問服務(wù)。SANSAN(StorageAeraNetwork)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò),是一種經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)方式連接存儲(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器的存儲(chǔ)構(gòu)架,這個(gè)網(wǎng)絡(luò)專用于主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備之間的訪問。當(dāng)有數(shù)據(jù)的存取需求時(shí),數(shù)據(jù)能夠經(jīng)過存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)器和后臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備之間高速傳輸。SAN偏指計(jì)算平臺(tái)和存儲(chǔ)平臺(tái)間采用數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳遞的網(wǎng)絡(luò)模型,而NAS狹義地定義計(jì)算平臺(tái)和存儲(chǔ)平臺(tái)間采用文件的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的網(wǎng)絡(luò)模型。SAN和NAS的區(qū)別在于傳遞的內(nèi)容是數(shù)據(jù)塊還是文件,更根本上來說是文件系統(tǒng)所處的位置。圖2-2不同存儲(chǔ)架構(gòu)的協(xié)議DAS是存儲(chǔ)設(shè)備與服務(wù)器直連,其余都是基于網(wǎng)絡(luò)的。NAS是以文件為最小單位與服務(wù)器之間進(jìn)行傳輸,SAN以塊為單位。FCSAN和IPSAN的主要區(qū)別是傳輸通道和協(xié)議不同,前者是FCP,后者是iSCSI。通道技術(shù)(1)FC(光纖通道)光纖通道基于核心SCSI協(xié)議設(shè)計(jì),光纖通道經(jīng)過將并行接口轉(zhuǎn)換為串行接口極大的提高了SCSI的性能。FCSAN的出現(xiàn)就是將所有不必要的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(LAN/WAN)中分離出來,將信息網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng))集中于其擅長之處-為客戶機(jī)/服務(wù)器和響應(yīng)前臺(tái)應(yīng)用請(qǐng)求服務(wù)。SAN的角色在于幫助傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不斷提高性能和滿足最終用戶的需求。(2)IPIPSAN是采用iSCSI協(xié)議構(gòu)建的SAN存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)。iSCSI基于的TCP/IP協(xié)議,它本身就運(yùn)行于以太網(wǎng)之上,因此能夠和現(xiàn)有的企業(yè)內(nèi)部以太網(wǎng)無縫結(jié)合。采用IPSAN的優(yōu)點(diǎn)包括:沒有距離限制、靈活拓?fù)洹⒁子谑褂煤蛿U(kuò)展、10Gb局域網(wǎng)時(shí)代即將到來。傳統(tǒng)存儲(chǔ)架構(gòu)存在的缺陷但隨著業(yè)務(wù)的日益復(fù)雜,為滿足不同的應(yīng)用需要,企業(yè)往往必須分別建設(shè)使用不同傳輸方式的存儲(chǔ)系統(tǒng),以致增加了管理上的麻煩,也增加了設(shè)備購買與維護(hù)方面的成本。在一般應(yīng)用環(huán)境中,像數(shù)據(jù)庫、ERP這類型的應(yīng)用程序多半采用以塊(Block)為基礎(chǔ)的讀寫方式,在過去直接連接存儲(chǔ)(DirectAttachedStorage,DAS)時(shí)代,是以本機(jī)中的磁盤驅(qū)動(dòng)器,或是以直接連接本機(jī)的磁盤陣列來滿足存儲(chǔ)需求。而在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)在,則是以執(zhí)行塊存儲(chǔ)的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)為主。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)還有一大塊領(lǐng)域是在文件共享方面的需求。過去是采用文件服務(wù)器來集中存儲(chǔ)共享的文件,客戶端則透過CIFS或NFS協(xié)議來讀寫文件服務(wù)器。但因文件服務(wù)器不是為了應(yīng)付大量文件讀寫而設(shè)計(jì),在大量客戶端同時(shí)讀寫的情況下表現(xiàn)不佳,因此后來專門對(duì)網(wǎng)絡(luò)文件讀寫做了優(yōu)化的專用存儲(chǔ)應(yīng)用服務(wù)器崛起后,就逐漸取代了文件服務(wù)器的地位,也就是網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)設(shè)備(NAS)。圖3-1傳統(tǒng)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)同時(shí)有文件與區(qū)塊讀寫需求的企業(yè)來說,就必須分別建置SAN與NAS,而這又帶來種種副作用。過去的SAN多半是以價(jià)格高昂的光纖通道(FC)作為基礎(chǔ),受限于光纖通道交換器與HBA卡的價(jià)格,只能讓少數(shù)關(guān)鍵應(yīng)用的主機(jī)或服務(wù)器接上SAN。后來出現(xiàn)了以IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的IPSAN技術(shù),可在現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行區(qū)塊讀寫,任何服務(wù)器只要裝上以太網(wǎng)絡(luò)卡就能接上IPSAN,因此可將SAN的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到一般非關(guān)鍵應(yīng)用的服務(wù)器上,讓過去受限于本地端存儲(chǔ)設(shè)備的服務(wù)器也能享受到存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)。但受到IP網(wǎng)絡(luò)的帶寬限制,IPSAN的效能對(duì)于性能要求較高的關(guān)鍵應(yīng)用來說相當(dāng)不足,且與FCSAN之間不兼容,對(duì)用戶來說,除非只選擇其中之一,否則就必須分別購買專用設(shè)備。如果用戶在SAN的區(qū)塊讀寫外還有文件共享的需求,雖然IPSAN與NAS采用的協(xié)議都是以IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),傳輸?shù)慕橘|(zhì)實(shí)體都是相同的以太網(wǎng)絡(luò),但因讀寫方式的差異,IPSAN的存儲(chǔ)設(shè)備并不能當(dāng)作NAS使用,反之亦然,因此用戶必須分別購買SAN與NAS存儲(chǔ)設(shè)備,才能同時(shí)滿足區(qū)塊與文件讀寫要求,以致提高了建置成本,增加了空間要求與耗電量。統(tǒng)一存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)方式統(tǒng)一存儲(chǔ)指的是一種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)架構(gòu),它既支持基于文件的NAS存儲(chǔ),又支持基于塊的SAN存儲(chǔ)。這種多協(xié)議系統(tǒng)能夠經(jīng)過IP或光纖通道(FC)連接至服務(wù)器。在統(tǒng)一存儲(chǔ)系統(tǒng)中,塊訪問經(jīng)過光纖通道或基于以太網(wǎng)的iSCSI等接口來實(shí)現(xiàn);文件訪問是指使用基于以太網(wǎng)的CIFS或NFS訪問存儲(chǔ)系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)。統(tǒng)一存儲(chǔ)概念里要求實(shí)行統(tǒng)一管理,即一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)要同時(shí)管理塊數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù)。(1)傳統(tǒng)SAN增加NAS機(jī)頭對(duì)于傳統(tǒng)SAN環(huán)境,需要提供文件存儲(chǔ)需求時(shí),能夠經(jīng)過增加NAS機(jī)頭方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)文件存儲(chǔ)和共享的支持,從而達(dá)到存儲(chǔ)資源的分配。NAS機(jī)頭其主要作用是充當(dāng)NAS服務(wù)器提供NAS的文件級(jí)服務(wù),同時(shí),還能夠提供IP通道向FC通道的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。圖4-1經(jīng)過增加NAS機(jī)頭實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一存儲(chǔ)(2)使用統(tǒng)一存儲(chǔ)設(shè)備經(jīng)過一臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)塊和文件數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ),例如EMC的VNX系列盤陣、IBM的XIV系列盤陣、HP的3PAR系列盤陣都具備統(tǒng)一存儲(chǔ)功能。圖4-2經(jīng)過專用統(tǒng)一存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一存儲(chǔ)統(tǒng)一存儲(chǔ)設(shè)備能以單一系統(tǒng)同時(shí)滿足不同類型的存儲(chǔ)要求,但這樣的解決方案可能將帶來其它問題。由于統(tǒng)一存儲(chǔ)設(shè)備上同時(shí)存在了不同型態(tài)存儲(chǔ)方式的磁盤區(qū),因此如何在不同磁盤區(qū)間調(diào)配資源,就成為一個(gè)問題。另外由于統(tǒng)一存儲(chǔ)設(shè)備可身兼數(shù)職,一旦故障,造成的影響也更大,故可靠性也是不能忽略的考慮。另外統(tǒng)一存儲(chǔ)設(shè)備還必須具備足夠的性能與容量擴(kuò)充性,才能滿足以單一系統(tǒng)同時(shí)取代過去分別由多套不同系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的存儲(chǔ)任務(wù)。構(gòu)建統(tǒng)一存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)隨著萬兆以太網(wǎng)技術(shù)的普及和應(yīng)用,IPSAN的性能得到了提升和保障,這為構(gòu)建統(tǒng)一的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)提供了基礎(chǔ)?？墒?畢竟IPSAN是一項(xiàng)新興技術(shù),當(dāng)前眾多的面向OLTP的實(shí)時(shí)應(yīng)用還是建設(shè)了FCSAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。在構(gòu)建統(tǒng)一存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中,需要考慮對(duì)現(xiàn)有FCSAN的支持。對(duì)于面向文件的應(yīng)用,IO帶寬高,可靠性和可用性要求不高,需要統(tǒng)一存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)提供NAS存儲(chǔ)服務(wù),能夠滿足這類業(yè)務(wù)文件的存取需求。圖5-1統(tǒng)一存儲(chǔ)組網(wǎng)對(duì)于塊存儲(chǔ)需求,過渡階段經(jīng)過已有的FCSAN網(wǎng)絡(luò)滿足,后期隨著IPSAN技術(shù)的普及,能夠過渡到IPSAN與FCSAN共存的階段,最終實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)PSAN。對(duì)于文件存儲(chǔ),經(jīng)過部署集中的NAS服務(wù)器,獨(dú)立與磁盤陣列,實(shí)現(xiàn)對(duì)所有NAS存儲(chǔ)資源的統(tǒng)一分配和管理。磁盤陣列、NAS服務(wù)器、SANIP交換機(jī)、核心交換機(jī)之間全部經(jīng)過10G以太網(wǎng)互聯(lián)。小結(jié)本文從存儲(chǔ)設(shè)備和技術(shù)出發(fā),結(jié)合應(yīng)用需求,提出統(tǒng)一存儲(chǔ)的兩種實(shí)現(xiàn)方式,最后給出統(tǒng)一存儲(chǔ)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)建議。統(tǒng)一存儲(chǔ)僅僅是構(gòu)建高性能數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)之一,隨著數(shù)據(jù)量的爆