SAN存储技术进阶知识

SAN是千兆位速率的网络，它依托光纤通道(Fibre Channel)为服务器和存储设备之间的连接提供更高的吞吐能力、支持更远的距离和更可靠的连通。SAN可以是交换式网络，也可以是共享式网络。 以目前的技术，其中任何一种网络都能够提供更好的伸缩性、故障恢复和诊断信息;此外，以其中任何一种网络为基础建设SAN都不需要对现有设施进行全面升级。由于降低了治理成本，SAN的基本设施的最初成本也就变得并不昂贵。 SAN的组成通常包括服务器(主机)、存储设备(磁带或者磁盘阵列)以及桥接器和多路复用器，并且所有这些设备都连接在光纤通道的交换机上。 在LAN和WAN环境中，交换机为连接着的所有设备提供主干，其中的一个或多个交换机称为光纤通道交换矩阵(Switching Fabric)。SAN的交换矩阵答应数以千计的结点进行连接。SAN还可以组成FC-AL环网(Fibre Channel Arbitrated Loop)，这是一种共享介质的网络。 FC-AL环网结构在每个环上答应多达126个设备，可以直接连接到光纤通道的交换机上，也可以连接到和交换机相连的集线器上。此外，光纤通道还有助于分担服务器的负载，以前服务器一直要承担向存储设备和LAN传输数据的负担;而现在，服务器可以将传输数据的工作交给SAN。 SAN的设计 要进行SAN网络的安装，任务是相当简单的。光纤通道SAN可以设计成共享介质的网络，也可以设计成交换式访问的网络。 在共享介质的网络中，所有设备共享同一个千兆位的环，这种结构的问题在于随着设备的增加，网络的吞吐能力会下降。尽管对于小型应用环境来说这也许是可以接受的，但基于光纤通道交换机的主干将大大增加SAN的总带宽。 建立交换矩阵SAN可以使用一个或多个光纤通道交换机，然而只有当所有存储设备的网卡象和应用一样能够连接到这一交换矩阵上，才有可能访问由这一交换矩阵所提供的服务。这是因为首先网卡要通过登录到这一交换矩阵来成为网络的一个成员，这一过程称作Fabric Login。因而显而易见，在组建SAN时选用支持Fabric Login的网卡是非常重要的。 对于连接到SAN中的设备，另外一个要害的问题是发现整个交换矩阵中的所有设备的能力。光纤通道定义了一种发现机制SNS(Simple Name Service)，它能够知道连接在这一体系结构上的设备的地址、类型以及特征。SNS信息驻留在光纤通道交换机中，而网卡和存储控制器则从交换机中查询SNS数据，因而网络治理员同时还应该寻求支持SNS的光纤通道网卡和存储控制器。 对于错误恢复和故障隔离，光纤通道有着一个称为RSCN(Registered State Change Notification)的可选功能，能够对设备进行配置更改。假如RAID(Redundant Array of Independent Disks)或者是JBOD(Just a Bunch of Disks，没有RAID控制器的磁盘集)、磁带设备和主机是直接连接到一个交换阵列矩阵上，而不是同处于一个共享访问的连接环上，则RSCN所起的作用会更大。因为故障结点不会影响到其他任何连接到这一交换矩阵体系上的设备。同时由于有问题的设备或是连接能够被隔离，因而交换式网络的故障恢复速度也要比共享介质的网络要快得多。 此外，光纤通道本身还具有多点传送的功能特性。别名服务器是一个可选的交换矩阵的服务，它的角色相当于一个光纤通道多点传送场所，进行多点发送组的创建和删除。但是光纤通道的多点传送和IP多点传送并不相同，在IP多点传送中，是由主机来建立多点传送组，而且这一团组也仅仅工作在网络层;然而交换矩阵本身能够帮助进行多点传送，这种团组关系基于光纤通道的物理地址，对上层的协议是完全透明的。 由于光纤通道能够结合许多不同的协议，网络治理员可以通过建立SAN来满足最大规模的数据中心的存储需求。例如，通过使用SNA到光纤通道的网关和光纤通道到SSA(Serial Storage Architecture)的桥接设备，完全可以将Escon(Enterprise Systems Connection)设备和SSA设备集成到SAN中。未来的大型主机和SSA设备将支持到光纤通道的直接连接。通过使用分布式锁治理软件或者一些分区机制，这些数据中心的SAN甚至可以答应存储设备为企业环境中的所有服务器共享，而不管他们所运行的操作系统是Unix操作系统还是NT。 SAN的治理 为了做好治理工作，网络人员应该能够使用LAN和WAN环境中的所有工具和系统。这就意味着他们必须寻找能够通过SNMP协议治理或者运用HTTP传输协议通过Web界面进行治理的SAN设备。 同时设备还应该支持telnet登录协议;SCSI设备上另一个可供选择的特性是SES(SCSI Enclosure Services)。所有这些设备都应该提供有关设备状态、性能级别、配置和拓扑变化以及历史数据等方面的具体信息，主要的状态和性能信息包括吞吐量和响应时间，将来还要求提供一些传输确认和优化工具。 在FC-AL网络中，由集线器来提供环网上所有设备的治理信息。但是它不能提供连接在环以外的设备的信息。当然，当这个环连接到交换矩阵上以后，就能够对任何设备进行远程治理和诊断了。在确定使用何种方式将环连接到交换机上以后，网络治理员们应该尽量寻求性能良好的设备，以使它们能够充分利用独占环的时间来传输数据。 SAN的选择 现在，一些企业用户已经安装了交换式或者共享介质的SAN网络，但他们需要将两种网络进行合并，所以应该一开始就考虑好SAN的哪些部分需要采用交换式网络、哪些部分又需要采用共享式网络。 对小型网络而言(只有一两台服务器和一两个RAID或是JBOD磁盘阵列)，存在着3种选择:仅仅采用SCSI应用模式;转移到点对点的光纤通道网络(一块网卡连接一个存储设备使服务器到所有存储设备都存在连接);通过环形拓扑结构采用一个共享访问(基于集线器)的SAN。主要的考虑因素是成本和平滑升级的能力。
对于具有多个服务器和数据量超过500GB的智能阵列的网络，则最好采用基于交换方式的SAN。对于具有3台服务器、多个RAID阵列和一个磁带系统的中等规模网络，可以将RAID阵列和服务器进行交换式的连接，服务器和多个JBOD设备之间采用环型连接，而磁带系统则采用桥接方式连接(见图)。但同时要记住，由于这一SAN是基于交换机而组建的，因而它可以进行故障隔离，能够提供其他交换矩阵的服务。 究竟一个SAN的哪些部分应该设计成共享式的、又有多少部分应该设计成交换式的，这个问题必须视具体情况而定。在这一问题上，不应该将所存储的数据量作为决定组建何种类型的SAN网络的主要因素。相反，应该从数据的重要程度、网络的距离要求、存储设备的治理需求、数据的可用性和灾难恢复的需求以及治理和应付配置改变的能力方面来考虑。 首先，应考虑企业内部如何进行重要数据的访问。例如，对于通过并行的SCSI接口连接的存储设备，服务器是控制中心。当服务器发生问题时，可能需要30到90秒才能够正常复位。对于提供电子商务服务的公司，这段时间足以带来致命的打击，因此不能采用共享介质的SAN。因为这种网络不能够消除复位时间，而且由于令牌环还要进行一个环初始化过程(Loop Initialization Process)，这将导致所有设备的复位。 假如对数据的访问具有相互竞争的需求，那交换式的结构体系则正好符合要求。假如对于存储有距离要求(如跨越建筑物或是跨越园区内的多幢建筑物)，则SCSI可能就不是一种合适的选择，因为SCSI的传输有70米的距离限制，即使使用了SCSI集线器或者中继器也没有用处。假如想要监视位于多个建筑物中的设备的状态，光纤通道的SAN比较适合，因为它本身就能够提供治理特性。使用位于环上的JBOD设备的部门，可以直接连接到位于SAN网络主干上的交换机上，交换式主干于是就与服务器以及位于环上的存储阵列直接连接，创建了一个虚拟的数据中心，为网络治理员提供治理数据和信息。 最后，从灾难恢复的角度来看，交换式的结构也是一个正确的选择。在10公里或更远距离以外创建一个冗余(备份)的数据中心，需要非常高的带宽来进行数据同步，这一要求目前只有交换的方式能够提供。 SAN的 对于不同专业的从业人员，ASP有着不同的含义。但是当它和支持Web功能的ERP以及电子商务应用发生联系时，ASP只能是可用性、灵活性和性能(Availability、Scalability、Performance)的代名词。在这种解释之下的ASP带来了很多技术难题，那就是要求向用户提供跨越网络的可以持续稳定访问的应用系统。 网络上这种开放的服务刺激了用户数量和数据的传输量，同时在应用上也产生了许多不可预知的问题。那些大型的ERP和电子商务系统遍布全球，为了提高性能，对这种应用的访问需要强有力的数据缓存。沿用以前的系统(如大型主机)来装载新的应用是一个极端，而选择基于PC的低端服务器运行应用则是另外一个极端。相比之下，SAN是最佳的选择，它能够减轻所有这些问题。 SAN和集群 SAN可以被用作所有存储资源的高级网络主干，其中包括硬盘、磁带、光纤通道的硬盘和遥控设备，它们在网络上的所有服务器节点之间共享。支持SAN功能的集群使用了集群技术，也就是两台或多台互相之间知道彼此配置和所提供的服务/应用的计算机系统完全协同工作在SAN拓扑环境中。一个真正意义上的SAN网络早已超越了任意连通性、任意服务器到任意存储系统的连通的观念。事实上，通过将所有存储系统从一个高速的网络主干上隔离出来，或是通过在数据、存储治理和使用这些数据的应用之间引入逻辑层/物理层，这种好处是相当巨大的。 为了实现无缝的存储治理，SAN结构本来应该在所有存储资源(如磁盘阵列、备份设备、逻辑卷的治理、文件系统治理和备份治理)以及所有需要这些资源的应用系统基础之上，引进一个软件层。那些运行在CPU数目满足需求的服务器上的应用服务(如应用服务器、治理系统、中间件、HTTP服务器)能够提供负载均衡和故障切换功