构建一个成功的SAN存储网络的实施方案

构建一个成功的SAN存储网络的实施方案------------------------------------------------------------------------------安全可靠地保存企业的数据是广大企业决策者所关心的重要问题。不同的计算机平台、存储设备通过存储网络（SAN）连接起来时，必须考虑网络设备的承受能力、设备的连接距离、SAN的规模、管理策略、安全可靠性以及如何满足目前和将来的业务需要。建立光纤通道存储网络SAN，对于一个具体的应用来说可能有多种配置方案，必须了解存储网络设备的特性、能力及它们适合哪些应用，才能充分发挥它们的作用并且降低造价。一个仲裁环集线器对于10个以下节点（服务器和磁盘阵列）的配置来说是可行的解决方案；可以将多个仲裁环集线器级联起来建立10到35个节点的网络；采用将集线器和交换集线器结合在一起的方案来平衡单个环的性能和多个环之间的可用性关系；SAN中的设备比较多时，或需要较高的存取带宽时,应考虑使用光纤通道交换器。无论是采用仲裁环集线器、交换集线器、光纤通道交换器，还是将它们结合起来使用，都要考虑性能价格比等诸多因素。仲裁环集线器在价格上有一定的优势，但在节点的互连能力上和扩充性上不如光纤通道交换器。交换器提供了非常高的带宽，但是价格也偏高。没有一种产品可以在所有领域占优势。存储网络化将在各种产品的基础上进行发展，包括现有的SCSI设备、光纤通道交换器、交换集线器、集线器和FC-to-SCSI桥接器等，不同环境下，不同的解决方案能够发挥比较好的作用。根据应用需求规划SAN在设计存储网络时,首先应该明确存储网络所面向的应用是什么，如活动视频图像、印刷图形处理、关系数据库查询、数据采集、服务器集群、磁带备份、灾难恢复等,每种应用对带宽、设备多少、部门间如何划分和数据传输距离等都有不同的需求。一个存储网络的设计也可以同时适应多种应用要求，如数据采集+磁带备份+灾难恢复等。设计存储网络应考虑满足目前和将来存储设备的需求，应该认真分析数据交换的要求和带宽的要求，是采用光纤通道交换器、交换集线器、集线器，还是将它们结合起来；是选择短波或长波激光器光纤，还是选择铜缆布线，才能满足存储设备的数量和分布的要求。同时，还需要考虑网络设备是否提供了丰富的工具用于建立存储网络规范来保证SAN的安全和可靠性，以及选用适当的管理软件。设备距离决定电缆类型光纤通道不但支持铜缆而且支持光缆，应根据应用环境、设备距离、安全可靠性和价格等因素进行选择。光纤不受电磁干扰（EMI）而且支持长距离传输，使得它成为高可靠性互连的明确选择。考虑到价格因素，一些光纤通道磁盘阵列、主机总线适配器甚至仲裁环集线器产品上只提供铜缆接口，但可以通过转换设备把铜缆口接到光纤接口上。一个无源铜缆接口不提供信号平衡，最大传输距离不应超过15米；一个有源铜缆接口提供信号平衡，最大传输距离能长达30米；多模光纤传输距离能够长达500米；单模光纤传输距离能够长达1万米。在SAN的设计中，有源铜缆或多模光纤一般是最常见的选择。有一些集线器通过GBIC提供混合使用铜缆和光纤的方法。由于光纤不受外部电磁干扰，可以分布在楼内或楼间，并且可以将存储网络扩展到整个园区。只有铜缆接口的集线器和交换器产品不仅有电磁干扰问题要克服，而且需要采用外部介质接口适配器来支持光纤。图1使用集线器建立双环结构的SAN在大部分的服务器/存储设备的配置中，存储网络的每一节点（服务器或存储设备）被安排在同一个房间内或在一个建筑物的不同房间中。虽然仲裁环的光纤传输总长度能长达1万米，但是介质的传输延时也应是考虑的因素。虽然采用光纤通道规范的仲裁环允许的长波单模光纤传输距离长达1万米，但这不意味着可以设计具有126个节点、每个节点之间为1万米（总长为126万米）的网络。在实际应用中，1万米只能有几个网口，而大部分节点应在500米以内。设备数量及SCSI设备光纤通道交换网络的地址空间允许数百万个设备，可以适应很大的企业网。典型的网络交换器产品具有6～8个网口，通过交换器的网环口可以连接仲裁环集线器或交换集线器，也可以扩展到其他的交换器上，这样就可以集成许多设备。每个仲裁环提供127个地址，其中一个地址被保留起来用于连接交换器。理论上，可以级联多个集线器来建立一个126个节点的仲裁环。实际上，由于每个节点对环的性能来说是一个延时因素，126个节点的配置不能支持正常的服务器/存储设备的数据交换，配置多个环需要利用交换集线器或交换器将它们连接起来。典型的仲裁环包含3～15个节点（服务器/存储设备）。为保证高带宽和网络可用性，一定不能超过50～60个节点。如果需要另外一些节点在同一个逻辑地址空间，交换集线器可以在环区之间提供透明的操作，而不影响每个环区的带宽要求。设备数量应该包括磁盘阵列的内部配置。如果一个磁盘阵列使用仲裁环作为连接内部磁盘的结构，并且内部环被连接到了外部仲裁环网口上，那么在一个机箱内的每一个磁盘应该计为一个节点。从SCSI到光纤通道的一种很好的过渡是采用光纤通道到SCSI的桥接器（FC-SCSIBridge），这样，SAN就能支持SCSI硬盘和磁带子系统。FC-SCSIBridge提供了一种有效可行的将并行SCSI集成到SAN中的方法。在FC-SCSIBridge上提供光纤通道接口和并行SCSI接口，并且能够进行串行SCSI-3和以前版本的SCSI协议之间的转换。一个提供光纤通道的服务器可以透明地存取存储设备和磁带设备，而不管下面具体的接口。预期达到的目标和最大流量计算机网络在迅速发展，在选择交换器和集线器时，应该考虑网络的发展，更好地利用原始投资。一开始，存储网络可能仅仅需要一个7个网口的仲裁环集线器，连接了3个服务器和3～4个存储阵列。但根据预测带宽和网口要求，一个交换集线器可能是更合适的选择，采用交换集线器不必分割单个仲裁环的带宽就可以适应更多的设备的要求。通过计算平均数据帧的大小、服务器和存储阵列的缓冲区的能力、活动节点数等来计算数据流量的大小，可以给出一个合理的数据量分布。就像在LAN网络中，你可以不断地调整光纤通道的带宽来适应用户应用需求的变化。由于交换集线器和交换器可以提供每个口100Mbps的吞吐量，所以可以很好地应用到视频应用。另一方面，通过在中型或大型仲裁环配置中使用专用交换口可以支持典型的SQL数据库的应用。网络安全性和冗余/备份在共享存储设备中，SAN的安全性是非常重要的。光纤通道提供一个进行不同部门或工作组的存储设备分区的解决方案。在SAN上可以建立一个虚拟专用网，一个网络交换器提供了一个将多个仲裁环集成在一起的主干网。某企业的制造部门和工程部门可能有不同的服务器和存储阵列，但它们也会偶尔需要交换彼此的数据。每个部门可以分别安装仲裁环，其中一个口连接到一个网络交换器上。仲裁环的编址提供公用和专用方案，它允许在同一个环上的设备连接到网络交换器上或与网络交换器隔离开。另外，可以在功能上对所连接的节点分区。实现分区是在网口的基础上进行的，它允许单个口同其他隔离的节点相互交换数据，其效果就是在分区的节点上建立了虚拟专用网络。可以将多个物理环定义为一个逻辑环，这样可以用网络交换器提供一个交换集线器的功能。冗余/备份是从另一个角度来考虑网络的安全性。传统概念上的冗余集中于备份（或负载共享）电源和多风扇，但是这些地方很少引起网络瘫痪，更常见的现象是一个连接节点的误操作或是电缆的断裂使整个网区瘫痪。通过在存储网络中使用双仲裁环的方法，可以获得更高的可用性。如果一个关键的主机总线适配器失效，使一个环瘫痪，冗余的环可以在设备之间提供另一条路径。用光纤通道交换器可以实现这种双环配置。SAN管理及灾难恢复SAN管理包括多个层次和概念：从SAN设备来讲，包括主机总线适配器、集线器、交换器、桥接器等设备的管理；从存储设备来讲，有磁盘阵列和磁带库的管理；从主机服务器来讲，有共享设备管理、双机备份管理和集群应用管理。目前，在所有的企业级LAN/WAN设备上几乎都提供了SNMP管理。许多光纤通道存储网络产品也提供了完整的和可靠的SNMP管理。在存储网络设计中，对每个部件提供可管理性必然增加了造价，但有效地减少了总的系统造价。简化网络设备配置，在网络设备中集成诊断和快速恢复特性，减少支持（维护）需求都可以降低成本。可管理性所提供的最大的降低造价的方面是极大地提高了系统的运行时间。当网络瘫痪时，企业将在经济上受到损失。在营业时间宕机1～2小时所造成的损失可能是用于提高可管理性的造价的许多倍。SNMP对于企业网的设计是非常必要的，必须认真地研究光纤通道集线器或交换器对SNMP支持的程度。理想的SNMP可管理集线器提供复杂的诊断来排除仲裁环故障，通过硬/软件结合的方法来实现自动故障侦测、故障隔离和恢复，极大地提高了仲裁环的可用性。灾难恢复是大型企业网所必须考虑的因素,由于重要的数据都在网络存储设备上，一旦数据丢失将给企业造成巨大损失。一般情况下，系统管理员应周期性地备份服务器上的数据，一旦系统故障，可以很快地进行恢复。支持1万米传输距离和1Gbps带宽的光纤通道提供了灾难恢复的高级解决方案。可以通过交换器、交换集线器或仲裁环集线器连接到一个远地存储设备，进行整个存储配置的备份或镜像。由于不采用LAN进行数据备份和灾难恢复传输，所以称为LANFreeBackup。光纤通道不仅传输速率高(100Mbps）,而且数据传输使用本地SCSI协议，不存在TCP/IP或LAN协议转换的开销。性能价格比要根据业务需要来决定是否采用一项新的技术或对现有的设备进行升级。要计算投资的回报(ROI），提高性能价格比。光纤通道作为一种存储网络结构，由于它仅是对存储技术的更新，而且允许连接更快的服务器和大量的数据存取，每秒的交换率越高ROI就越高。在光纤通道产品中，设备配置、每个口的造价、可管理性、可靠性、厂商支持程度和其他因素的应用需求决定了ROI。这不是用简单的公式就可以计算出来的，但可以作为选择光纤通道产品并同时降低总的工程造价时要考虑的因素。光纤通道提供了一个坚实的、高可用性的、灵活的和性能价格比高的解决方案，解决了服务器/存储设备的革新以及以前并行SCSI传输的矛盾。光纤通道交换器、交换集线器、仲裁环集线器和FC-SCSI桥接器在SAN设计中是非常重要的部分。光纤通道交换器和仲裁环技术对网络存储具有突破性的贡献。