存储基础知识-V1.0-20061115-B

15.NOVEMBE2006HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.内部公开存储基础知识全球技术服务部业务与软件集成产品部HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage2课程目标学习完此课程，您将会：掌握存储的基础知识和技能了解存储的基本构架和可靠性设计熟悉存储的各种特性和功能HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage3培训提纲存储组网形态存储接口技术RAID磁盘热备与重构存储冗余快照与复制存储设备举例HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage4传统计算机存储系统的问题CPU硬盘RAMServer计算机存储系统传统计算机存储系统的局限性：硬盘成为整个系统的性能瓶颈有限的硬盘槽位，难满足大容量需求单个硬盘存放数据，数据可靠性难以保证存储空间利用率低本地存储，数据分散HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage5外部磁盘阵列的产生CPU硬盘RAMServer早期外部存储系统SCSI卡SCSI电缆JBOD(JustBoundOfDisk)传统计算机存储系统的局限性：硬盘成为整个系统的性能瓶颈有限的硬盘槽位，难满足大容量需求单个硬盘存放数据，数据可靠性难以保证存储空间利用率低本地存储，数据分散RAID功能RAID(RedundantArraysofInexpensiveDisks)HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage6智能磁盘阵列的产生CPU硬盘RAMServerSCSI卡控制器SCSI电缆控制器中包含RAID功能、大容量Cache，同时使得磁盘阵列具有多种实用的功能，配置专用管理软件进行配置管理传统计算机存储系统的局限性：硬盘成为整个系统的性能瓶颈有限的硬盘槽位，难满足大容量需求单个硬盘存放数据，数据可靠性难以保证存储空间利用率低本地存储，数据分散HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage7存储网络的产生SCSI电缆最长支持25米FC光纤连接距离可达10公里至100公里ServerHBA卡传统计算机存储系统的局限性：硬盘成为整个系统的性能瓶颈有限的硬盘槽位，难满足大容量需求单个硬盘存放数据，数据可靠性难以保证存储空间利用率低本地存储，数据分散HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage8存储网络的三种形态什么是DAS？什么是NAS？什么是SAN？DAS、NAS和SAN的比较？HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage9DAS(DirectAttachedStorage)存储设备（RAID系统、磁带机和磁带库、光盘库）直接连接到服务器；传统的、最常见的连接方式，容易理解、规划和实施；缺点是：DAS没有独立操作系统，也不能提供跨平台的文件共享，各平台下数据需分别储存；各DAS系统之间没有连接，数据只能分散管理；备份软件不能离开服务器支持；DAS的前期投资比较少。HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage10NAS(NetworkAttachedStorage)NAS本身装有独立的OS，通过网络协议可以实现完全跨平台共享，支持WinNT、Linux、Unix等系统共享同一存储分区；NAS可以实现集中数据管理；一般集成本地备份软件，可以实现无服务器备份功能；NAS系统的前期投入相对较高。NAS是在RAID的基础上增加了存储操作系统；NAS内每个应用服务器通过网络共享协议（如：NFS、CIFS）使用同一个文件管理系统；NAS关注应用、用户和文件以及它们共享的数据上数据；磁盘I/O会占用业务网络带宽。HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage11SAN(StorageAreaNetwork)一种高可用性，高性能的专用存储网络，用于安全的连接服务器和存储设备并具备灵活性和可扩展性；SAN对于数据库环境、数据备份和恢复存在巨大的优势；SAN是一种非常安全的，快速传输、存储、保护、共享和恢复数据的方法。SAN是独立出一个数据存储网络，网络内部的数据传输率很快，但操作系统仍停留在服务器端，用户不直接访问SAN的网络；SAN关注磁盘、磁带以及连接它们的可靠的基础结构；HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage12存储网络的三种形态比较SCSI/FCGEGEFCFCDASNASSANDASNASSAN传输类型SCSI、FCIPFC数据类型块级文件级块级典型应用任何文件服务器数据库应用优点易于理解兼容性好易于安装成本低高扩展性高性能高可用性缺点难以管理扩展性有限存储空间利用率不高性能较低对某些应用不适合比较昂贵配置复杂互操作性问题FCSwitchLANSwitchSCSI存储/FC存储NAS存储FC存储ServerHUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage13培训提纲存储组网形态存储接口技术RAID磁盘热备与重构存储冗余快照与复制存储设备举例HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage14存储接口技术IDE/ATA-低成本存储连接总线结构SCSI-高性能连接存储设备和服务器SerialATA-串行ATA技术，速度更快iSCSI-利用TCP/IP协议连接存储设备Infiniband-替代PCI总线的高性能的网络技术。Fiberchannel-存储区域网(SAN)的基础，扩展性更大，距离更远。（重点介绍）HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage15IDE/ATA-低成本存储连接总线结构IDE/ATA接口出现，使硬盘在性能、可靠性和兼容性上有了飞跃的发展。IDE/ATA硬盘在当今个人计算机上广泛使用。并以较低的成本提供卓越的性能。用于系统内部存储设备。例如：硬盘、光驱、磁带机的连接。补充：SATA与并行ATA的不同并行ATA数据线由80根线组成，非常宽；SATA数据线仅有7根弦，较窄，不会影响机箱内部散热风流。并行ATA数据线最远传输距离为12英寸，过长会造成信号的衰减；SATA数据线最远传输距离可达1米，更有利于机箱内部走线，保障系统散热。HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage16SCSI-高性能连接存储设备和服务器各方面特性优于IDE，主要用于高端系统的连接，由于成本较高很少在家用和商用个人电脑中使用。SCSI存储是以主机为中心的；一条SCSI总线上可以串接多台不同类型的设备。HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage17iSCSI和InfinibandiSCSI-利用TCP/IP协议连接存储设备iSCSI是InternetSmallComputerSystemInterface的缩写，可以理解为SCSIoverIP。InternetSCSI(iSCSI)目前是一个标准协议草案，其目的是要将SCSI命令封装到TCP/IP数据包中，使I/O数据块可通过IP网络传输。iSCSI可用于构成基于IP的SAN，一种简单而强大的技术为用户提供高速、低价、长距离的存储解决方案。InfiniBand是一种交换结构I/0技术它的结构设计非常紧密，大大提高了系统的性能、可用性和有效性，能缓解各硬件设备之间的数据流量拥塞。HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage18FiberChannel标准与组件FiberChannel标准：Fiberchannel是一种高性能的串行连接标准。FC的接口传输速率目前有1G、2G、4G、10G（将来）bit/s几种标准。支持多种通用的传输协议(SCSI、IP)。传输介质可以选择铜缆或光纤，支持多种互联拓扑结构。FiberChannel组件：HBA卡：HostBusAdapter(主机通道适配器)，FCHBA卡在应用中，相当于SCSI卡。我们后面讲到的node和port就在HBA卡上，FCswitch：光纤交换机，SAN架构中核心设备，连接服务器和存储设备。HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage19FC网络ServerHBA卡HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage20Node基本概念Node发送或者接收传输数据它是数据的源或者目的地一个Node包含一个或多个PortPORTSNODENodeWWNNWWPNPortPort从Node取得数据，并发送或者接收这些数据Port与光纤相连数据以1Gb/s或2Gb/s（即100MB/s或200MB/s）的速度传输HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage21Link基本概念Link将FibreChannel中的数据从一个Port传到下一个Port包含光/电接收器/发送器一个Link由两个相对方向的单向光纤传输组成用于任何一种FC拓扑结构N_PortNodeN_PortNodeHUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage22FibreChannel寻址每一个Node和每一个Port都有一个唯一的WWN（WordWideName）NodeWWNNWWPNPortHUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage23FibreChannel的拓扑结构是怎样的？Pointtopoint（点到点）Arbitratedloop（仲裁环）SwitchedFabric（交换光路）HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage24Point-to-pointN_Port两个Port独享所有的Link带宽是ArbitratedLoop的一种特例NodeN_PortNodeFibreHUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage25ArbitratedloopNode之间共享带宽采取仲裁协议来获得对Loop的控制权NL_PortNodeNL_PortNodeNL_PortNodeNL_PortNodeHUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage26SwitchedfabricPort之间通过FCSwitch相连带宽得到极大扩展扩展性很强，一个Switchedfabric网络理论上支持1600万个设备地址F_portsN_PortN_PortSwitchHUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage27各级RAID的比较NRAID即Non-RAID，所有磁盘的容量组合成一个逻辑盘，没有数据块分条（noblockstripping）。NRAID不提供数据冗余。要求至少一个磁盘。JBOD代表JustaBunchofDrives，磁盘控制器把每个物理磁盘看作独立的磁盘，因此每个磁盘都是独立的逻辑盘。JBOD也不提供数据冗余。要求至少一个磁盘。HUAWEITECHN