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1、网络存储导论Part_01 基础知识,日期:2023/7/29,2023/7/29,Author:NK Jiang,2,第1章RAID与大容量存储,本章目的：了解海量存储的基础知识；掌握RAID及RAID分级的概念,2023/7/29,Author:NK Jiang,3,RAID概念,RAID的全称为Redundant Array of Inexpensive/Independent Disks，而不是某些词典中所说的Redundant Access Independent Disks，它的中文名称为廉价（独立）磁盘冗余阵列。RAID 等级磁盘阵列针对不同的应用使用不同的技术，称为RAID 等
2、级，每一等级代表一种技术,2023/7/29,Author:NK Jiang,4,RAID-0等级,RAID0（Striped Disk Array without Fault Tolerance，没有容错设计的条带磁盘阵列）,如图1-1所示,图1-1 RAID0结构图解,2023/7/29,Author:NK Jiang,5,RAID-1等级,RAID-1的定义是Mirroring and Duplexing（相互镜像）结构如图1-2所示,2023/7/29,Author:NK Jiang,6,RAID-2等级,RAID2是目前最为复杂的RAID系统等级之一RAID2之所以复杂是因为它采用了
3、早期的错误检测与修正技术汉明码（Hamming Code）校验技术图1-4 RAID-2结构图解,2023/7/29,Author:NK Jiang,7,RAID-3等级,RAID3的定义是Parallel Transfer with Parity(并行传输及校验）图1-5 RAID-3结构图解,2023/7/29,Author:NK Jiang,8,RAID-4等级,定义是Independent Data Disks with Shared Parity Disk(独立的数据硬盘与共享的校验硬盘）图1-6 RAID-4结构图解,2023/7/29,Author:NK Jiang,9,RAID
4、-5 等级,RAID-5和RAID-4相似，但避免了RAID-4的瓶颈，方法是不用校验磁盘而将校验数据以循环的方式放在每一个磁盘中,2023/7/29,Author:NK Jiang,10,RAID-6和RAID-7等级,RAID-6（Independent Data Disks with Two Independent Distributed Parity Schemes，带有2个独立分布式校验方案的独立数据硬盘）等级是在RAID5基础上，为了进一步加强数据保护而设计的一种RAID方式，实际上是一种扩展RAID5等级RAID-7不仅仅是一种技术，还是一种存储计算机（storage compu
5、ter）。RAID7存储计算机操作系统（storage computer operating system）是一套实时事件驱动操作系统，主要用来进行系统初始化和安排RAID7磁盘阵列的所有数据传输，并把它们转换到相应的物理存储驱动器上,2023/7/29,Author:NK Jiang,11,第2章磁盘存储阵列容错和性能介绍,本章目的：理解磁盘阵列的容错功能；掌握磁盘阵列在一些不同应用背景下的性能,2023/7/29,Author:NK Jiang,12,磁盘输入输出系统的4大要求,(1)增加存取速度；(2)容错（fault tolerance），即安全性；(3)有效地利用磁盘空间；(4)最大
6、限度地平衡CPU、内存及磁盘的性能差异，提高计算机的整体工作性能,2023/7/29,Author:NK Jiang,13,磁盘阵列的额外容错功能 多数据流对磁盘阵列系统性能的影响单主机连接情况下的磁盘阵列存储系统性能多主机同时访问时系统性能变化来自不同主机的多个数据流对小规模磁盘阵列存储系统性能的影响来自不同主机的多个数据流对大规模磁盘阵列存储系统性能的影响来自不同主机的多个数据流对NAS存储系统性能的影响产品举例分析,2023/7/29,Author:NK Jiang,14,相关磁盘阵列存储术语,SCSI(Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）
7、ATA(AT Attachment，AT嵌入式接口)即俗称的IDE（Integrated Drive Electronics）Serial ATA（串行ATA,SATA）采用的是串行数据传输方式NAS（Network Attached Storage，网络连接存储DAS（Direct Attached Storage，直连式存储）SAN（Storage Area Network，存储区域网络）Array 磁盘阵列模式是把几个磁盘的存储空间整合起来，形成一个大的、单一连续的存储空间Array Spanning(阵列跨越),2023/7/29,Author:NK Jiang,15,第3章存储网络技
8、术,本章目的：介绍与存储有关的网络技术；介绍存储网路体系结构；讨论新一代多层智能化存储网络；讨论存储网路的发展趋势；,2023/7/29,Author:NK Jiang,16,存储网络基础,SCSI是连接存储设备与服务器的最通用的方法TCP/IPTCP协议和IP协议共同构成了通信协议族，这组协议是Internet获得成功的主要因素以太网最早由Xerox公司所开发的以太网（IEEE 802.3）是局域网领域得到最广泛使用的技术，也是桌面计算机互联的最佳技术Fiber Channel大多数的存储区域网络(Storage Area Networks，SAN)都是基于一个叫做Fiber Channel
9、(FC)的体系结构。FC的发展是为了解决服务器和存储设备之间的通信要求。这些要求包括速度、容量和可靠性等,2023/7/29,Author:NK Jiang,17,存储体系结构,直连式存储（DAS）在直连式存储（Direct Attached Storage，DAS）方式中，存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接连到服务器的，输入输出（I/O）请求直接发送到存储设备DAS结构如图3-1所示,2023/7/29,Author:NK Jiang,18,存储体系结构,网络连接存储（NAS）网络连接存储(Network Attached Storage,NAS)，即将存储设备连接到现有的网络
10、上，提供数据和文件服务结构如图3-2所示,2023/7/29,Author:NK Jiang,19,存储体系结构,存储区域网络（SAN）存储区域网络(Storage Area Networks,SAN)是一个用在服务器和存储资源之间的、专用的、高性能的网络体系，为实现大量原始数据的传输而进行了专门的优化SAN与NAS的区别和联系技术上是互补SAN是以数据为中心的，而NAS是以网络为中心的,2023/7/29,Author:NK Jiang,20,以太网和存储网络相结合的多层环境,iSCSIiSCSI(Internet SCSI,Internet小型计算机接口)是IETF（Internet En
11、gineering Task Force，互联网工程任务组）制订的一项标准，用于将SCSI数据块映射成以太网数据包FCIP(Fiber Channel over IP)是在TCP/IP上用管道技术来实现Fiber Channel的受推荐标准。它采用封装技术将Fiber Channel协议封装在IP包中，以使它能够通过IP网SAN的应用(1)数据共享(2)存储共享(3)数据备份(4)灾难恢复,2023/7/29,Author:NK Jiang,21,存储网络的未来发展,多层智能化存储网络用一种层次化的方式来实现网络和存储智能，为存储网络的发展开辟了一个新的纪元存储管理的自动化与智能化提高存储效率
12、减少总体拥有成本，增加投资回报,2023/7/29,Author:NK Jiang,22,如何建造企业SAN系统,怎样才能找到建设存储环境的最佳构件？从目前的标准来衡量，最佳构件即是由其最终建成的基础设施能给予应用系统充分支持，并能随业务需要灵活扩展。SAN应用系统评估包括以下5项1.应用要求2.数据存储要求3.备份和灾难恢复战略4.网络连接要求5.服务器连接要求,2023/7/29,Author:NK Jiang,23,1.应用要求1）宕机冗余2）性能3）增长,2023/7/29,Author:NK Jiang,24,2.数据存储要求1）数据位置了解数据量和数据的位置很关键。数据是放在统一的
13、存储库中，还是分布在存储小区内；存储据点之间的电缆距离和与服务器的连接等都必须要纳入考虑范围。长途连接(大于10km)会有特别的连接要求，如支持长途连接的Switch、光纤信号转发器和桥接等。2）数据量需要存取的数据量是决定网络带宽和存储网络连接数量的关键因素。存储阵列的规模和性能特点将决定支持阵列的必要网络连接数量。此外，每个存储端口支持的服务器数量由存储制造商确定，以避免网络堵塞和瓶颈。3）数据和存取共享,2023/7/29,Author:NK Jiang,25,3.备份和灾难恢复战略集中式、离网、少服务器备份是促使企业实施SAN的主要因素。关于备份如何生成的评估也是必要的，因为它将决定连
14、接范围和吞吐量大小。集中式备份战略要求设计完备的SAN。为了使战略成功，从备份设备到每一个存储设备之间都应该有一条高速、高可用性的数据路径,2023/7/29,Author:NK Jiang,26,4.网络连接要求1）端口计数要求评估支持现有和未来增长所需网络连接数十分重要。如果在部署初期没有考虑增长因素，事后不断追加网络规模和重新配置会浪费大量资源，并增加宕机时间。在最初设计中，如果没有包括完备的扩展战略，在实际应用中不断扩展的网络会出现传输量不平衡的现象，并最终影响整个网络的性能和可用性。2）网络传输模式为统一存储而实施的SAN与为少服务器备份应用而实施的SAN的传输模式有很大不同。服务器
15、和存储设备之间的新连接需要考虑额外的端口计量。如果忽略了这一点，SAN没有为传输量的增长做好准备，当数据在全网范围内传输时，很有可能产生“瓶颈”。3）带宽要求,2023/7/29,Author:NK Jiang,27,5.服务器连接要求每个服务器的SAN连接请求需要从带宽、性能和可用性等方面确定，目的是了解每一种连接在正常和高峰传输环境中的不同要求,2023/7/29,Author:NK Jiang,28,存储网络系统中的交换机,如果是支持大型企业应用，就需要多类型的交换机（Switch），每种Switch在基础设施中承担不同的任务。有些Switch承担到存储库的主要连接，因此需要非常高的可用
16、性。其他Switch用于支持服务器集群的整合，只需要高性能和较少端口数量Switch类型分为3种：光纤信道Switch（Director）、网络Switch和判优环路Switch(或称环路Switch)分类也不是绝对的，某个厂商的Director在一定情况下可能是另一厂商的网络Switch,2023/7/29,Author:NK Jiang,29,不同类型Switch比较,1）可用性可用性用于衡量Switch正常运行时间，也用于衡量满足应用系统和基础网络需要的能力2）性能无论是只安装一台Switch，还是要建立完整网络，性能问题都不能回避。Switch的性能取决于Switch的结构。结构性能实
17、际上取决于整体网络设计和网络内的传输模式3）扩展性扩展性指的是SAN能以对业务损害最小的方式增大规模4）成本在采购网络基础设施时，成本是最重要的考虑因素,2023/7/29,Author:NK Jiang,30,企业存储网络系统管理,网络的不断扩展，管理重点从Switch转移到网络，管理问题变得重要起来SAN交换机管理侧重Switch配置和流量监控。该功能有助于用户评估端口的应用情况和Switch的总容量网络管理则侧重于全网运行，而非某个Switch网络故障隔离和恢复也是网络管理的重点在多供应商网络中，用户要管理异构SAN，要使用多种管理工具，导致管理变得更加复杂，成本也更高,2023/7/2
18、9,Author:NK Jiang,31,第4章备份带库,本章目的：引入磁带库的概念；介绍磁带库的发展史；介绍磁带库的评估指标及其重要性,2023/7/29,Author:NK Jiang,32,磁带库基础,磁带存储还是由于其本身固有的特质确保青春不老主要概念1.磁带库的机械手2.磁带库分区 3.磁带库连接 4.广泛兼容的连接性5.多类型磁带机支持 6.海纳百川的容量7.稳步提高的性能 8.逐渐进步的可靠性9.磁带库的分类,2023/7/29,Author:NK Jiang,33,磁带库备份工作原理,图4-1是磁带库备份工作原,2023/7/29,Author:NK Jiang,34,图4-2
19、典型SAN拓扑图,2023/7/29,Author:NK Jiang,35,4.2磁带库的发展,1.虚拟磁带库 虚拟磁带库将磁盘空间模拟成磁带，在传统的磁带备份系统中，数据直接从应用系统传输到磁带中，使用虚拟磁带库以后，数据首先备份到虚拟磁带库即磁盘中，然后由虚拟磁带库再备份到磁带上特点2.磁带库的智能化磁带库的智能化就是充分发挥软件的功能，加强磁带库的管理以及连接性能，使得数据备份更安全更可靠3.WORM(Write Once Read Many,一写多读)技术是通过软件和硬件设备相结合的控制，使存储介质只能写入一次数据，而不能重复写入且不允许修改，从而为特殊、重要数据备份提供了最安全的保证4.iSCSI 越来越多的磁带库厂商都支持iSCSI,2023/7/29,Author:NK Jiang,36,4.3磁带库评估,1.升级及兼容性问题2.部件产品寿命3.能否充分发挥磁带机性能4.数据链路调节功能,2023/7/29,Author:NK Jiang,37,End of Part 1,
