《RAID网络存储概论》PPT课件.ppt

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1、网络存储导论 Part_01 基础知识 日期 : 2020/11/17 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK Jiang 3 RAID概念 RAID的全称为 Redundant Array of Inexpensive/Independent Disks，

2、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 等级，每一等级代表一种技术 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK Jiang 4 RAID-0等级 RAID 0（ 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 RAID 0结构图解 2020/1

3、1/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK Jiang 6 RAID-2等级 RAID 2是目前最为复杂的 RAID系统等级之一 RAID 2之所以复杂是因为它采用了早期的错误 检测与修正技术 汉明码（ Hamming Code） 校验技术 图 1-4 RAID

4、-2结构图解 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK Jiang 7 RAID-3等级 RAID 3的定义是 Parallel Transfer with Parity(并行传输及校验） 图 1-5 RAID-3结构图解 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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

5、硬盘） 图 1-6 RAID-4结构图解 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK Jiang 9 RAID-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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK Jiang 10 RAID-6和 RAID-7等级 RAID-6（ Independent Data Disks with Two Ind

6、ependent 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 RAID 5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 RAID 5等级 RAID-7不仅仅是一种技术，还是一种存储计算机 （ storage computer）。 RAID 7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 RAID 7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 2020/11/17 Copy

7、right SEI ECNU . All Rights Reserved. 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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

8、能 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK J

9、iang 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） 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

10、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 ) 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK Jiang 15 第 3章存储网络技术 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； 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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 TC

11、P/IP TCP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(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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserv

12、ed. 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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

13、络上，提供数据和文件服 务 结构如图 3-2所示 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Re

14、served. Author: NK Jiang 20 以太网和存储网络相结合的多层环境 iSCSI iSCSI(Internet SCSI,Internet小型计算机接口 ) 是 IETF（ Internet Engineering 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

15、) 存储共享 (3) 数据备份 (4) 灾难恢复 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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 减少总体拥有成本，增加投资回报 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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

16、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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK Jiang 23 1. 应用要求 1） 宕机冗余 2） 性能 3） 增长 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK Jiang 24 2. 数

17、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 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rig

18、hts Reserved. 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 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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

19、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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Rese

20、rved. 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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性。其他 Switch用于支持 服务器集群的整合，只需要

21、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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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

22、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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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

23、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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK Jiang

24、 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK Ji

25、ang 34 图 4-2典型 SAN拓扑图 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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

26、 )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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. 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 2020/11/17 Copyright SEI ECNU . All Rights Reserved. Author: NK Jiang 37 End of Part 1