【正文】 廣泛采用，企業(yè)中存在很多服務(wù)器，而 且每個服務(wù)器都帶有自己的存儲系統(tǒng)，企業(yè)的信息分散到各個服務(wù)器上，形成所謂的“信息孤島”，不利于企業(yè)的信息整合 . 企業(yè)正面臨著前所未有的存儲挑戰(zhàn)，單一的存儲技術(shù)，如磁盤、光盤、 RAID 技術(shù)等已經(jīng)很難滿足需求，他們需要一個全新的存儲體系架構(gòu) . 網(wǎng)絡(luò)存儲將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與新興的存儲領(lǐng)域有機地結(jié)合起來，能夠徹底地解決傳統(tǒng)存儲方案的弱勢，其主要特征體現(xiàn)在超大存儲容量、大數(shù)據(jù)傳輸率以及高的系統(tǒng)可用性，網(wǎng)絡(luò)存儲非常適合數(shù)據(jù)量增長迅速、擁有潛在升級數(shù)據(jù)大的企業(yè) . 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和信息的急劇增加也自然帶來了網(wǎng)絡(luò)存儲市場的迅速增長 . 從 產(chǎn)品角度來說，國外產(chǎn)品一統(tǒng)天下 . 在非整機制造廠商中，專業(yè)網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備商 EMC 公司的網(wǎng)絡(luò)存儲產(chǎn)品發(fā)展迅猛 . 在整機制造廠商中，包括新惠普， IBM， SUN 公司也都有自己的網(wǎng)絡(luò)存儲解決方案，其它包括 Cisco， Intel 等國際大公司在網(wǎng)絡(luò)存儲方面也已經(jīng)推出相關(guān)產(chǎn)品 . 國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)存儲產(chǎn)品還處于空白階段，但是在科研方面，國內(nèi)包括華中科技大學(xué)和上海交通大學(xué)等科研院校在網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)獲得實質(zhì)性突破 . 越來越多的證據(jù)表明，網(wǎng)絡(luò)存儲將成為繼個人計算機（ PC）和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（ Inter）后第三次IT 浪潮的引導(dǎo)者 . 個人計算機引領(lǐng)了第一次 IT 浪潮，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)把孤立的主機通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來引領(lǐng)了第二次 IT 浪潮 . 第一次浪潮和第二次浪潮是以數(shù)據(jù)計算為中心，而網(wǎng)絡(luò)存儲將引領(lǐng)以數(shù)據(jù)存儲為中心的第三次 IT 浪潮 . 浙江傳媒學(xué)院本科生畢業(yè)論文 SAN 和 NAS 存儲網(wǎng)絡(luò)的研究和設(shè)計 2 第一章 網(wǎng)絡(luò)存儲概述 網(wǎng)絡(luò)存儲將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與新興的存儲領(lǐng)域結(jié)合起來，充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點，例如：遠距離，安全性等，二者的結(jié)合可以實現(xiàn)確保數(shù)據(jù)的一致性、安全性和可靠性，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的集中管理，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)集中訪問，實現(xiàn)不同主機類型的數(shù)據(jù)訪問和保護等等企業(yè)面臨的復(fù)雜存儲問題 . 網(wǎng)絡(luò)存 儲網(wǎng)關(guān)支持的兩類技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)存儲網(wǎng)關(guān)支持的兩類技術(shù)：光纖通道技術(shù)和 IP 存儲技術(shù)。 IP存儲技術(shù)包含： iSCSI、 FCIP、 iFCP等 ； 光纖通道技術(shù)包含 FCPH、 FCP、 FCSW、 FCFS、 FCFG等。 IP存儲技術(shù) iSCSI（ Small Computer Systems Interface over IP）是 IETF提出的基于 IP協(xié)議的技術(shù)標準，把 SCSI 命令和數(shù)據(jù)幀壓縮為 IP幀傳輸，實現(xiàn)了 SCSI和 TCP/IP協(xié)議的連接。對于以局域網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的用戶，只需要不多的投資，就可以方便 、快捷的對信息和數(shù)據(jù)進行交互式傳輸和管理。 iSCSI標準在 2020年 2月 11日由 IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）認證通過。 iSCSI繼承了兩大最傳統(tǒng)技術(shù)： SCSI和 TCP/IP 協(xié)議。這為 iSCSI的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。 基于 iSCSI的存儲系統(tǒng)只需要不多的投資便可實現(xiàn) SAN存儲功能，甚至直接利用現(xiàn)有的 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。相對于以往的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)，它解決了開放性、容量、傳輸速度、兼容性、安全性等問題，其優(yōu)越的性能使其備受關(guān)注與青睞。 iSCSI的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)： 工作流程： iSCSI系統(tǒng)由 SCSI適配器發(fā)送一個 SCSI命令。 命令封裝到 TCP/IP包中并送入到以太網(wǎng)絡(luò)。 接收方從 TCP/IP 包中抽取 SCSI命令并執(zhí)行相關(guān)操作。 把返回的 SCSI命令和數(shù)據(jù)封裝到 TCP/IP包中，將它們發(fā)回到發(fā)送方。 系統(tǒng)提取出數(shù)據(jù)或命令，并把它們傳回 SCSI子系統(tǒng)。 安全性描述： iSCSI 協(xié)議本身提供了 QoS及安全特性。可以限制 initiator 僅向 target列表中的目標發(fā)登錄請求，再由 target確認并返回響應(yīng)，之后才允許通信； 通過 IPSec將數(shù)據(jù)包加密之后傳輸，包括數(shù)據(jù)完整性、確定性及機密性檢測等； 浙江傳媒學(xué)院本科生畢業(yè)論文 SAN 和 NAS 存儲網(wǎng)絡(luò)的研究和設(shè)計 3 iSCSI的優(yōu)勢 ： （ 1）廣泛分布的以太網(wǎng)為 iSCSI的部署提供了基礎(chǔ)。（ 2）千兆 /萬兆以太網(wǎng)的普及為 iSCSI 提供了更大的運行帶寬。（ 3）以太網(wǎng)知識的普及為基于 iSCSI技術(shù)的存儲技術(shù)提供了大量的管理人才。（ 4）由于基于 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，完全解決數(shù)據(jù)遠程復(fù)制（ Data Replication）及災(zāi)難恢復(fù)（ Disaster Recover）等傳輸距離上的難題。（ 5）得益于以太網(wǎng)設(shè)備的價格優(yōu)勢和 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的開放性和便利的管理性，設(shè)備擴充和應(yīng)用調(diào)整的成本付出小。 FCIP（ Fibre Channel over IP）是 IETF與 ANSI共同提出的基于 IP的光纖通道方案，采用這種模式，光數(shù)據(jù)幀被壓縮為 IP幀傳輸 ,在兩個 SAN之間通過 IP網(wǎng)絡(luò)建立點到點的隧道，構(gòu)成一個統(tǒng)一的 SAN環(huán)境。 iFCP在 FC與 IP之間建立網(wǎng)關(guān)到網(wǎng)關(guān)的連接，使 FC幀可以路由到正確的目的地址。它可以允許每一個互聯(lián)的 SAN都擁有自己獨立的命名空間。實現(xiàn)起 來也比 FCIP復(fù)雜。 iSNS是 Inter Storage Name Service ，提供智能的存儲發(fā)現(xiàn)和管理業(yè)務(wù)。 iSCSI HBA相關(guān)知識： iSCSI主機總線適配器的縮寫，將硬件 iSCSI initiator 集成到板卡上，利用 TCP/IP卸載引擎在適配卡上完成數(shù)據(jù)處理，作用在于減輕主機 CPU負載， 也提供了高可用環(huán)境下硬件多通道功能和服務(wù)器遠程引導(dǎo)功能 ： 接口類型與以太網(wǎng)原有接口完全相同；大多數(shù) iSCSI HBA卡都具有 TOE功能；TCP/IP卸載引擎的縮寫， TOE網(wǎng)卡將 TCP/IP處理脫離主機 CPU，在 TOE網(wǎng)卡上由專用芯片完成 TCP/IP處理和數(shù)據(jù)包創(chuàng)建，減輕主機 CPU的負載 ； iSCSI HBA 也同時具備 TOE功能，把二者的優(yōu)點整合在一起。 光纖通道技術(shù) FC0:物理層，定制了不同介質(zhì)，傳輸距離，信號機制標準，也定義了光纖和銅線接口以及電纜指標 FC1:定義編碼和解碼的標準 FC2:定義了幀、流控制、和服務(wù)質(zhì)量等 FC3:定義了常用服務(wù)，如數(shù)據(jù)加密和壓縮 FC4:協(xié)議映射層 ,定義了光纖通道和上層應(yīng)用之間的接口 ,上層應(yīng)用比如 :串行 SCSI協(xié) 議 ,HBA的驅(qū)動提供了 FC4的接口函數(shù)， FC4支持多協(xié)議 ,如 :FCPSCSI,FCIP,FCVI。 FCPH 定義 FC0、 FC1和 FC2的級別 (物理上 ) 浙江傳媒學(xué)院本科生畢業(yè)論文 SAN 和 NAS 存儲網(wǎng)絡(luò)的研究和設(shè)計 4 FCFS 說明 FC幀格式和光纖通道的基本控制特性 FCGS 定義多種與服務(wù)器類似的功能 SCSIFCP 定義使用光纖通道接口的 SCSI3指令協(xié)議的操作 FCFG 定義光纖通道交換架構(gòu)的常性 FCSW 描述光纖通道交換架構(gòu)的交換組件 FCAL 是仲裁環(huán)路拓撲結(jié)構(gòu)標準 FC HBA相關(guān)知識： 光纖信道主機總線適配器的縮寫，主要用于主機與 FC設(shè)備之間的連接； FC HBA卡使用的傳輸介質(zhì)可以分為光纜和銅纜兩種；光纜分為單模長波和多模短波兩種，單模長波最大傳輸距離十公里 ，多模短波最大傳輸距離 500米（直徑 50微米）、 175米（直徑 ）；銅纜最大傳輸距離 30米 。 光纜接口分為 SC、 LC兩種，分別為 1Gb和 2Gb接口 。 銅纜接口分為 DB9和 HSSDC 兩種，其中DB9為 1Gb接口， HSSDC分為 1Gb和 2Gb兩種； Fibre Channel 還包括三種獨立于介質(zhì)的接口： Gigabit Link Modules—— 將并行信號轉(zhuǎn)換為串行信號，包括串行編碼和串行解碼功能； Gigabit Interface Converters—— 提供一個串行編碼和串行解碼的串行接口，可以熱插拔 ，常見接口為 SC和 DB9兩種；銅纜接口分為 DB9和 HSSDC兩種，其中 DB9為 1Gb接口， HSSDC分為 1Gb和 2Gb兩種； Fibre Channel 還包括三種獨立于介質(zhì)的接口： Gigabit Link Modules—— 將并行信號轉(zhuǎn)換為串行信號，包括串行編碼和串行解碼功能； Gigabit Interface Converters—— 提供一個串行編碼和串行解碼的串行接口，可以熱插拔，常見接口為 SC和 DB9兩種； HBA卡主要廠商為 Emulex、 Qlogic、 LSI、 Adaptec、 JNI、 Agilent（安捷倫）等； 網(wǎng)絡(luò)儲存的分類 目前磁盤存儲市場上，存儲分類（如下表一）根據(jù)服務(wù)器類型分為：封閉系統(tǒng)的存儲和開放系統(tǒng)的存儲，封閉系統(tǒng)主要指大型機， AS400等服務(wù)器，開放系統(tǒng)指基于包括 Windows、 UNIX、 Linux等操作系統(tǒng)的服務(wù)器；開放系統(tǒng)的存儲分為：內(nèi)置存儲和外掛存儲；開放系統(tǒng)的外掛存儲根據(jù)連接的方式分為：直連式存儲（ DirectAttached Storage，簡稱 DAS）和網(wǎng)絡(luò)化存儲（ FabricAttached Storage，簡稱 FAS）；開放系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化存儲根據(jù)傳輸協(xié) 議又分為：網(wǎng)絡(luò)接入存儲（ NetworkAttached Storage，簡稱 NAS）和存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（ Storage Area Network，簡稱 SAN）。由于目前絕大部分用浙江傳媒學(xué)院本科生畢業(yè)論文 SAN 和 NAS 存儲網(wǎng)絡(luò)的研究和設(shè)計 5 戶采用的是開放系統(tǒng)，其外掛存儲占有目前磁盤存儲市場的 70%以上，因此本文主要針對開放系統(tǒng)的外掛存儲進行論述說明。 表一： 今天的存儲解決方案主要為：直連式存儲（ DAS）、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（ SAN）、網(wǎng)絡(luò)接入存儲（ NAS）。 DAS DAS即直連方式存儲，英文全稱是 Direct Attached Storage。中文翻譯成 “ 直接附加存儲 ” 。顧名思義，在這種方式中，存儲設(shè)備是通過電纜（通常是 SCSI接口電纜）直接到服務(wù)器的。 I/O（輸入 /輸入）請求直接發(fā)送到存儲設(shè)備。 DAS，也可稱為 SAS（ ServerAttached Storage，服務(wù)器附加存儲）。它依賴于服務(wù)器，其本身是硬件的堆疊，不帶有任何存儲操作系統(tǒng)。 NAS NAS的定義是 :“ NAS是一個存儲單位 ,連接在網(wǎng)絡(luò)上提 供文件訪問服務(wù) ”。 NAS系統(tǒng)擁有一個專用的服務(wù)器 ,服務(wù)器 上安裝著一個優(yōu)化的文件系統(tǒng)和瘦操作系統(tǒng) ,該操作系統(tǒng)專門 服務(wù)于文件請求 。 NAS實現(xiàn)了操作系統(tǒng)和文件服務(wù)器功能的 專門化 ,為網(wǎng)絡(luò)存儲提供了最優(yōu)的價格和性能 。 SAN 根據(jù) SNIA(存儲網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會 )給出的 SAN定義 :“ SAN 是一個網(wǎng)絡(luò) ,其 主要目的是在計算機和存儲元素之間以及存儲 元素之間傳輸數(shù)據(jù) ”。 SAN由于采用不同的傳輸介質(zhì)又可以 分成 FCSAN和 ESAN。 FCSAN的傳輸介質(zhì)是 FC(光纖通 浙江傳媒學(xué)院本科生畢業(yè)論文 SAN 和 NAS 存儲網(wǎng)絡(luò)的研究和設(shè)計 6 道 ),新出現(xiàn)的 SAN標準是 iSCSI,傳輸介質(zhì)是以太網(wǎng) (主要是 千兆以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng) ),FCSAN 是目前主流的 SAN 技 術(shù) 。 網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備 磁盤陣列簡介 ： 磁盤陣列簡稱 RAID(RedundantpArrayspofpInexpensivepDisks)，有 “ 價格便宜且多余的磁盤陣列 ” 之意。其原理是利用數(shù)組方式來作磁盤組，配 合數(shù)據(jù)分散排列的設(shè)計，提升數(shù)據(jù)的安全性。磁盤陣列主要針對硬盤，在容量及速度上，無法跟上 CPU及內(nèi)存的發(fā)展，提出改善方法。磁盤陣列是由很多便宜、容量較小、穩(wěn)定性較高、速度較慢磁盤，組合成一個大型的磁盤組，利用個別磁盤提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的加成效果來提升整個磁盤系統(tǒng)的效能。同時，在儲存數(shù)據(jù)時，利用這項技術(shù)，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個硬盤上。磁盤陣列還能利用同位檢查(ParitypCheck)的觀念，在數(shù)組中任一顆硬盤故障時，仍可讀出數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)重構(gòu)時，將故障硬盤內(nèi)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計算后重新置入新硬盤中。 磁盤陣列 的由來 ： 由美國柏克萊大學(xué) (UniversitypofpCaliforniaBerkeley)在 1987年，發(fā)表的文章： “ApCasepforpRedundantpArrayspofpInexpensivepDisks” 。文章中，談到了 RAID這個字匯，而且定義了 RAID的 5層級。柏克萊大學(xué)研究其研究目的為，反應(yīng)當時 CPU快速的性能。 CPU效能每年大約成長 30～ 50%，而硬磁機只能成長約 7%。研究小組希望能找出一種新的技術(shù)，在短期內(nèi)，立即提升效能來平衡計算機的運算能力。在當時，柏克萊研究小組的主要研究目的是 效能與成本。另外，研究小組也設(shè)計出容錯 (faulttolerance)，