SAN技术白皮书Word文档下载推荐.docx
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1.2SAN的特点
（1）大容量存储设备数据共享
在目前的计算机应用中，要求的存储量越来越大。
如数据库中存储了大量的图片文件，网络服务中存储了多个用户的多种数据，视频制作中有大量的声音和图像文件等等都需要数百个GB甚至几个TB的磁盘存储容量。
SAN提供了大容量存储设备共享的解决方案。
（2）高速计算机要求高速存储设备通道
计算机主频每年都要翻一倍，内存容量和存储设备容量也在不断提高。
这就要求存储设备的传输速度必须适应计算机整体性能。
光纤通道正是为了打破这一瓶颈提出来的。
SAN采用光纤网，不但提供了主机和存储设备之间Gigabit/s的高速互连，而且在设备数量（可达数十个）和传输距离上（可达10千米）有较大的提高。
对于基于Client/Server或Internet/Intrannet结构的大容量数据的频繁访问及快速处理，奠定了完备的物理基础。
（3）灵活的存储设备配置要求
主机和存储设备的分离是当今计算机发展的一大趋势。
这主要是由于存储容量的不断扩大，存储设备已不再是某个计算机的外设，而是很多计算机的共享设备。
采用SAN技术传输距离可达10千米。
通过FC-AL的Hub（HUB是一个多端口的转发器,当以HUB为中心设备时,网络中某条线路产生了故障,并不影响其它线路的工作。
）和Switch可以建立星型连接。
在SAN上的设备、主机、存储设备和磁带设备，不但在物理位置安排上十分灵活，而且可以将不同用途的设备划分为不同的区，分别建立虚拟专用网。
使得主机访问SAN上的存储设备十分方便。
（4）快速数据备份
数据备份对于大型存储设备是非常必要的，由于重要的数据都在存储设备中，数据的丢失会造成不可估量的损失。
所以在数据库等的应用中，进行数据备份是必要的日常维护工作。
传统的数据备份有两种方式，一种数据备份是通过数据镜像的方法，将一个存储设备通过LAN/WAN镜像到另一个存储设备，在一个存储设备上的数据修改要及时传输到另一个存储设备上。
极大地增加了LAN的负担。
另一种数据备份是通过磁带，备份时占用了大量的LAN资源，而且需要进行多个小时才能完成。
存储量越大备份的时间就越长。
SAN提供了理想的快速备份工具，如果两个存储设备（如一台磁盘阵列，一台磁带库）都在SAN上，进行数据备份式镜像十分理想，可以不占用LAN/WAN的带宽，直接通过SAN存储网络进行备份。
如果进行磁带备份，还可以将要备份的设备隔离开来，不受其它设备干扰。
完全实现LANfreeBackup。
（5）兼容以前的存储设备
新建立的SAN不但可以连接光纤通道设备，而且可以连接SCSI设备。
有两种类型的Bridge可以完成FC到SCSI的变换。
主机模式的FC-SCSIBridge可以将计算机通过SCSI接口连接到光纤通道SAN上。
存储模式的FC-SCSIBridge可以将SCSI存储设备，如外接磁盘，磁盘阵列和磁带机及带库连接到光纤通道SAN上。
这样保护了用户以前的投资。
（6）数据的高可靠性和安全性
数据的可靠性和安全性，在当前的应用中显得十分重要。
存储设备中的单点故障可能引起巨大的经济损失。
在以前的SCSI设备中，SCSI的损坏可能引起多个存储设备失效。
在SAN中可以采用双环的方式，建立存储设备和计算机之间的多条通路。
提高了数据的可用性。
建立虚拟专用网络可以提高数据的可靠性和安全性；
同时在SAN中也可以通过建立双机容错，多机集群，实现RAID校验等方式进一步保证数据的安全性和作业的连续性。
1.3SAN的几种主要形式
SAN主要包括以下几种连接方式：
点对点（PointtoPoint），仲裁环（ArbitratedLoop），和交换网（SwitchFabric）。
（1）点对点的SAN
点对点的SAN是在两个设备间的简单的专用连接，一般用于一台服务器和一台存储设备。
这种连接适用于极小的服务器/存储设备的配置。
一般情况下，点对点连接不使用可以在设备间传输一组光纤通道（FC）协议的集线器（Hub），而是直接通过介质（铜缆或是光纤）从一个设备连接到另一个设备。
见图1-2所示。
图4-2点对点
的SAN
点对点连接是SAN的一种特殊形式，也是一种最简单的结构。
两个节点之间传输速度可达千兆，不需要额外的软件支持。
由于传输介质是独享的，甚至不需要专用的协议来协调设备间的操作。
可以保证最大的传输率和可靠性。
如果有多个设备需要连接在一起，如两台服务器，三个磁盘阵列，需要对点对点连接方案进行扩展。
由于多个设备的引入，介质不再是受两个节点设备控制的独享介质，而是多个设备的共享介质，所以必须使用某种协议来进行协调。
（2）仲裁环（FC-AL）-星形连接的SAN
SAN的基本形式是光纤通道仲裁环FC_AL（FibreChannelArbitratedLoop），它是一个具有千兆位传输速率的可共享介质，它可以连接多达127个节点，每个节点也可以连接到交换网（switchedfabric）上。
仲裁环（AL）类似于令牌环或FDDI，在该环（Loop）中通信的两个节点只在数据交换的时候共享介质，然后将控制权交给其它节点。
仲裁环（AL）上的节点通过使用一组光纤通道（FC）命令子集来控制跟环（Loop）的对话，并且使用特殊的序列来给节点分配仲裁环口地址（AL_PA）。
在节点之间，仲裁环（AL）很原始地将收发接口连接起来，这些节点组成了一个可扩展的环形拓扑结构，类似于早期的令牌环。
但是，这种连接方式不可避免地要面对在点对点LAN拓扑结构中所面对的同样的问题。
在点对点链上的任意一点的损坏将使整个网络瘫痪，并且在环形结构中很难排除这种故障。
由于对一个节点来说，从另一个节点来的线，通过该节点到第三个节点，所以环形布线对于分布在不同位置的节点来说是比较麻烦的。
如同在LAN中的集线器（Hub）一样，通过仲裁环集线器（Hub）,将仲裁环的网口集中起来,实现了仲裁环（Loop）的星型连接。
典型的仲裁环集线器提供7-12个网口，并可通过级联建立大型仲裁环Loop。
就像在以太网和令牌网中所使用的集线器一样，仲裁环集线器（Hub）提供更大的灵活性,可管理性和可靠性。
仲裁环集线器（Hub）在每个口上使用了旁路电路，以便隔离损坏的节点，避免了损坏的节点干扰整个仲裁环（Loop）的数据通信。
一些集线器（Hub）在每一个口上提供了状态和诊断指示灯（LED），并且提供了复杂的环（Loop）的完整性及SNMP管理。
仲裁环（ALLoop）在其节点之间共享千兆光纤通道速率。
为确保速度和可靠性，一般在一个环（Loop）上应保持10个节点以下。
图4-3给出了一个用集线器连接起来的仲裁环。
图1-3星型连接的SAN
（3）交换网（SwitchFabric）-网状连接的SAN
一个复杂的SAN可以是由多个光纤通道交换器Switch，Hub和Bridge互连起来的网络（Fabric）。
Fabricswitch是一个具有交换功能的，网口和网口之间并行进行千兆传输的控制器。
它类似于LAN中使用的Switch。
一个典型的光纤通道交换器（FCswitch）提供8-16个网口，并且每个网口是完全的千兆位速度。
同以前用的以太网交换器（Ethernetswitch）建立的模式相仿，一个光纤通道交换器（FCswitch）的网口可以支持一个单个节点或多个节点的共享环。
由于一个交换器（switch）为了正确地路由每一个口信息帧，因此需要更强的处理能力，内存和微代码。
多个交换器连接起来形成了一个大交换网（fabric）。
如图1-4所示
在127个仲裁环节点地址中，一个地址被保留用于连接仲裁环到光纤通道交换器（FCswitch）上。
所以一个仲裁环（Loop）可以加入到一个更大的网中或是由多个交换器（switch）和仲裁环（Loop）建立的网（fabric）上。
仲裁环集线器和交换器的结合在分配带宽和设计存储网络分区上提供很大灵活性。
所谓存储网络分区，如同建立虚拟专用网络，在网口的基础上将一些网口和另一些网口分开，这样以来可以用一个交换器（switch），使得一个服务器共享一些资源，而另一个服务器共享另一些资源。
同时也可以使两个服务器共享一些资源。
而相互之间不受干扰。
这一特点在大型存储网络使用中有很高的实用价值。
图1-4交换网（SwitchingFabric）
图1-5交换集线器（SwitchingHub）
光纤通道交换集线器（switchingHub）是一种能够提供仲裁环（AL）和网络交换的优点的变种技术。
一个交换集线器通过管理一个或多个仲裁环分区（ALsegment）的地址空间，来建立更大型的逻辑环（Loop）。
这样允许在物理上分立的环（Loop）上节点可以透明地跟另一个节点通信，而保持了每一个环（Loop）上的高可用带宽。
交换集线器优化和扩充了仲裁环的性能，以及价格优势。
它还给出一些网络交换（switching）的优点。
交换集线器（Hub）在多个物理仲裁环（AL）上提供了并行的千兆存取。
2.SAN设备互连
存储网络如同局域网（LAN）一样，主机连接到LAN需要有网卡，主机连接到SAN上通过主机内部的HBA；
在LAN中网线可以是光纤或铜缆，在SAN中也可以用光纤或铜缆；
在SAN中，设备可以用环形结构连接起来，可以用Hub建立星型连接，也可以通过多个Switch建立网状结构的SAN。
从逻辑上来看，SAN是由一个或多个仲裁环（ArbitratedLoop）组成。
仲裁环是共享介质并且在多个设备之间共享1Gigabit/s的带宽，是目前为止最普遍的存储网络结构。
几乎所有的主机总线适配器（HBA）和光纤通道存储设备都支持专用仲裁环（non-fabricAL）结构，但支持一个网络（fabric）互连在一定程度上将增加的设备复杂性。
实现存储网络化，可能将多个交换器（switch）和仲裁环互连在一起，要求交换器（switch）能适应仲裁环设备，而并不要求仲裁环具有网络（fabric）连接功能。
理想状态下，不但网络（fabric）而且仲裁环设备应能够共享一个交换器（switch）,并享用它的每个交换器网口1Gigabit/s的带宽，还可以在逻辑上将网口组织在一起用于高速传输。
通过Stealth交换模式,交换器（switch）可以完成这一功能。
2.1什么是光纤通道网（Fabric）
在光纤通道术语中，网络（fabric）是由交换器（switch）组成的网络拓扑结构。
每个Switch网口提供1Gigabit/s（2Gigabit/s全双工）的带宽，所以从一个网口到另一个，或从一个switch到另一个switch的数据交换都具有1Gigabit/s的吞吐量。
并且由于在每一个switch的网口之间可以同时传输，总传输能力可以达到数千兆位/秒。
SAN正是在这种光纤通道网的基础上建立起来的。
通过光纤通道网，将多个主机和存储设备互连在一起。
虽然激烈的竞争，精心的设计和先进的制造技术正在使每个switch网口的造价下降，但是相对于其它的光纤通道（FC）拓扑结构来说，Fabric还是比较昂贵的。
是否将fabric网口用到单个结点是由应用来决定的。
音频/视频后期制作，数据采集，灾难恢复和磁带备份等应用,要求专用的高速连接来传输关键（mission-critical）数据,而不受外来打扰。
非数据密集型应用最好通过仲裁环集线器（ALhubs）将设备连接到主干网的switch网口上来实现。
为了适应高带宽的应用，可以连接单个结点的switch网口被称做F_Port（FabricPort）。
F_Port提供合理使用switch的交换并优化吞吐量的特殊服务。
一个连接到fabric的结点或称F_Node将进行一个到switch的登录,这是为了登记它在某个特定口上的存在。
它的标识是一个24位地址，该地址和该结点唯一的64位WWN（WorldWideName）相关,并且成为该switch路由表的一部分。
Switch也可以提供一个SNS（SimpleNameService），该服务和提供服务的节点的硬件地址相关，例如:
标识一个结点为RAID设备。
如果不用SNS，为了找到在网络中的存储设备，主机必须在24位地址范围（16百万地址）内进行查询。
在fabric中的switch提供SNS服务,要求端节点（HBA和磁盘阵列控制器）的设备驱动程序能够进行fabric登录。
由于主机总线适配器（HBA）和磁盘被设计为适应专用仲裁环（AL）,而不是公共网络fabric连接,在存储网络中，Switch一般提供了支持专用仲裁环（AL）连接的接口。
图2-1示出了一个典型的SAN结构。
图2-1典型的光纤通道存储网（SAN）
2.2Fabric和AL是如何连接的
一个支持仲裁环（AL）设备的交换器（switch）网口被称为一个FL_Port（FabreChannelArbitratedLoopPort）。
对于仲裁环（AL）设备的识别符不同于一个网络（fabric）设备。
其中24位的高位两个字节标识公共环（loop）地址，低字节表示设备的仲裁环（AL）口地址（AL_PA）。
对于仲裁环（AL）设备，如果高位两个字节为非零，这个环（loop）设备是连接到网络（fabric）上的公共环（loop）节点。
如果头两个字节为零，这个环（loop）设备是专用环（loop）节点并且正常情况下不能同switch的其他设备通信。
Stealth模式允许专用环（loop）设备加入到有switch的设备中。
16位环标识符
AL_PA
23870
图2-224位地址标识符
当仲裁环（AL）设备连接到一个switch口时，为了同网络（Fabric）中的其它资源通信，它要进行网络（fabric）登录。
如果进行了登记，这个环（loop）是一个公共环（loop），并且头两个字节被赋值为一个唯一的地址。
Switch和网络（Fabric）中的其它节点靠它来识别这个环（loop）。
如果没有登录，头两个字节为零，那么这个环（loop）是专用环。
如果没有Stealth模式，专用环（loop）设备不能进行同网络（fabric）中的其它部分通信。
连接FL_Port的主要优点是将单独的，高性能的节点（主要是主机和RAID）和共享loop段混合在同一个结构中。
需要专用带宽的设备能够同在共享1Gigabit/s段上的资源进行通信。
将设备分配给专用或共享的网口,提供了灵活地扩展存储网络化设计的选择，而且资源可以根据应用的要求变化来分布。
在一些switch中，要求FL_Port具有不同的硬件和软件安装特性。
由于单个switch网口在硬件上被限制为或是连接节点,或是连接环（loop），这样就可能限制设备的分布和带宽。
目前已经有一些交换器（switch）产品可以随意连接仲裁环（AL）或专用网络（fabric）设备。
2.3什么是Stealth模式?
由于支持专用仲裁环（AL）在今天存储网络（fabric）中是至关重要的,Stealth模式已经在一些switch产品中得到了应用。
Stealth模式的交换器（switch）允许专用，非fabric仲裁环（AL）设备连接到任意一个switch口上,并且可以同在这个switch上的其他设备进行全速通信。
为了同switch上的其他设备进行通信，仲裁环设备不需要进行fabric登录，所以能够适应非fabric的主机总线适配器（HBA）和磁盘阵列。
这样不需要升级和替换现有的适配器或控制器就可将仲裁环（AL）产品引入到当今的fabric中。
在Stealth模式中，switch对待所有的连接设备，无论它是单独占一个switch网口还是做为连接到仲裁环集线器（ALhub）上的一部分，好像它们是在一个大的逻辑AL上的一部分。
不但直接连接的设备,而且专用仲裁环（AL）设备，在这个虚拟环（loop）配置中都得到了支持。
Stealth模式交换具有下列优点：
支持直接连接和loop设备连接
在一个fabric拓扑结构中，支持专用仲裁环（AL）主机和目标设备（盘，带）
多个1Gigabit/s段的带宽分配
可以连接大量的AL设备
限制loop初始化广播的策略
将引起初始化的设备和目标设备进行隔离，因而简化了设备分布与连接
采用Stealth模式的优点是，由于连接的专用环（loop）设备不知道它们连接到了网络（fabric）上，所以它们可以利用已证明的，稳定的仲裁环（AL）协议在switch上进行初始化数据交换。
对于环初始化（LoopInitializationPrimitive简称LIP），仲裁和帧传输，好像所有设备是共享1Gigabit/s传输的一部分。
在实际中，Stealth模式交换处理是在口对口的基础上干涉环（loop）的处理，并且在多个1Gigabit/s段上交换数据。
图2-3Stealth模式的switch配置。
每个连到switch中主机和RAID具有1Gigabit/s的连接。
对于典型的存储设备读写数据操作，一个8口交换器（switch）以Stealth模式进行操作能支持4个并行的仲裁环（AL）交换或是一个累计4Gigabit/s的吞吐量。
更多的系统带宽和可扩展性靠级联switch来实现。
在这个带宽上，允许网络设计者可以按应用的要求来分布仲裁环（AL）设备，而不存在共享介质仲裁环（AL）共享1Gigabit/s带宽所蕴含的限制。
stealth模式交换使得专用高带宽的磁带设备成为可能，而在仲裁环（AL）中是不可能的。
由于逻辑仲裁环（AL）实际上是由一些1Gigabit/s段所组成，Stealth模式支持了大型存储网络配置。
单个仲裁环（AL）的地址空间适合126个节点，建立大型的物理环（loop）是不合理的。
1Gigabit/s的总带宽由126个活动节点平分，对每个节点会产生不到1兆的吞吐量并且严重打击了实现仲裁环（AL）的目的。
典型的仲裁环（AL）配有5-30个设备。
使用Stealth模式的switch进行存储网络配置，在多个段上支持100多个节点是合理的并且克服了仲裁环的局限，不使性能下降。
在一般的仲裁环（AL）环境中，设备通过环初始化序列或LIP来获取它们的仲裁环口地址（ArbitratedLoopPortAddress简称AL_PA）,每当一个设备加入到一个环（loop）中时,它发出一个LIP。
这样引起所有的设备挂起当前的工作，并获得一个新的或以前的口地址。
一旦环（loop）分配了地址，高级协议查询允许主机识别它们的目标阵列。
虽然这一过程很快，但它对环loop活动也会产生混乱。
在Stealth模式中，AL_PA的分配是由switch来控制的。
Stealth模式的交换器（switch）可以配置成限制LIP的传播。
以便一个节点的引入或删除不会影响所有的设备。
例如：
如果有一个新设备，它已经连接到了hub上，并该hub连接到了switch的网口上，当该设备启动时，环初始化序列（LIP）可以被限制在该口的设备上。
在其它网口上的主机和磁盘阵列可以继续交换数据而不受打扰。
支持非打扰存取，对于磁带备份，视频和数字记录等应用是很关键的。
通过限制环初始化，Stealth模式提供非中断高速连接来保证应用的完整性。
环初始化的广播是可以配置的参数，它可以在switch网口一级进行开启和关闭。
采用图形化配置工具可以很方便地以Stealth模式定义每个口的设备类型。
一个口可以支持对于stealth操作的单个或多个设备，主机和目标设备可以在网口一级被隔离来取得最大的吞吐量。
Stealth模式也可以简化设备的物理分布，一个数据中心可能希望集群服务器，磁盘阵列和磁带子系统在物理上分别放置在不同的地方。
如果这些设备连接到一个仲裁环集线器（ALhub）上，独占的电缆必须连接到各个地方的设备上来建立一个扩展的星型互连。
采用stealth模式的交换器（switch），主机和磁盘阵列可以分配到集线器（hub）的不同段上，有效地降低了电缆的复杂性并提高了吞吐量。
图2-4由于stealth模式交换允许在fabric中并行交换，
交换器（switch）能够级联起来建立大型的虚拟环（loop）。
对于磁带备份和带库应用是理想的解决方案。
结论：
Stealth模式的交换器（switch）解决了在同时支持fabric和AL设备时出现的主要矛盾：
Switch要求fabric登录同大部分HBA和存储阵列不能进行fabric登录的矛盾。
这样的存储网络产品在支持真正fabric的同时，还要适应非fabric的设备的要求。
Stealth模式是将光纤通道主机适配器（FCHBA），磁盘阵列，FC-SCSI桥接器（bridge）和仲裁环集线器（ALhub）集成在一起的唯一可行的解决方案。
光纤通道交换器（FCswitch）通过分区还支持虚拟专用存储网络，并且是可完全在SNMP的基础上进行管理。
在选择SAN设备时，必需明确HBA和存储设备控制器是适应AL的还是适应Fabric的。
Switch的网口是F_Port还是FL_Port,还是两者都支持。
明确了这些才能将设备正确地接入到SAN网络中。
3.RAID磁盘阵列
RAID是RedundantArrayofInexpensiveDisks的缩写,可直译为“廉价冗余磁盘矩阵”。
磁盘阵列是由许多硬盘按一定的规则，如分条（Striping）、分块（Declustering）、交叉存取（Interleaving）等组成的一个快速、高可靠、超大容量以及超强I/O吞吐能力的智能存储子系统。
它在阵列控制器的管理和控制下，实现快速、并行或交叉存取，并有较强的容错能力。
从用户的观点看，磁盘阵列虽然是由几个甚至是上百个盘组成，但
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