HCIA-1、存储接口及接口协议
1、 接口介绍
1） 、ATA （Advanced Technology Attachment）
高级技术附件
ATA硬盘又称IDE硬盘 并行传输协议”
速率一般在133MB/s
优点：价格低廉，兼容性好
缺点：速度慢，对接口电缆有严格限制（理论最长12m，推荐5m）
补充：一方面，硬盘制造技术的成熟使ATA硬盘的单位价格逐渐降低，另一方面，由于采用并行总线接口，传输数据和信号的总线是复用的，因此传输速率会受到一定的限制。如果要提高传输的速率，那么传输的数据和信号往往会产生干扰，从而导致错误。
2） 、SATA （Serial ATA）
串行ATA接口
串行传输协议
速率一般在150MBps—600MBps，一般是6Gb/s
优点：采用点对点连接，支持热插拔，接口采用7+15针，单通道，抗干扰能力比ATA更强
缺点：价格更贵
补充：在数据传输的过程中，数据线和信号线独立使用，并且传输的时钟频率保持独立，因此同以往的PATA相比，SATA的传输速率可以达到并行的30倍。可以说：SATA技术并不是简单意义上的PATA技术的改进，而是一种全新的总线架构。
3） 、SCSI （Smart Compute System Interface）
小型计算机系统接口，中端存储主流之选
存储最基本的传输协议
并行传输协议
优点：适用面广，高性能（多任务，高带宽，CPU占用率低（有独立的芯片负责数据处理）），支持热插拔（SCSI硬盘也有专门支持热拔插技术的SCA2接口(80-pin)）
缺点：价格昂贵，安装复杂
4） 、SAS （Serial Attached SCSI）
串行连接SCSI接口
串行传输协议
优点：点对点，全双工，速度快，支持多个窄端口捆绑形成多个宽端口，扩展性高（一个SAS域最多可以接16384块硬盘，每个扩展器可以最多连接 128 个物理连接，其中包括其它主控连接，其它 SAS 扩展器或硬盘驱动器。）
缺点：价格昂贵
5） 、PCIE （PCI Experss）
高速互联总线
优点：采用点对点，全双工方式，每1x为两对差分线，一收一发（1x，2x，4x，8x，16x，32x），最高速度64GB/s，高可靠，树形组网
2、 传输协议介绍
1） 、SCSI
最初是一种为小型机研发的接口技术，用于主机与外部设备之间的连接，SCSI协议是主机与存储磁盘通信的基本协议，DAS使用SCSI协议实现主机服务器与存储设备的互联
SCS协议栈
主机------------------------------------------------------存储磁盘
应用层---------------------------------------------------应用层
传输层---------------------------------------------------传输层
互联层---------------------------------------------------互联层
应用层：SCSI协议采用C/S体系架构，SCSI协议客户端位于主机，代表上层应用程序，文件系统，和操作系统发起IO请求
传输层：SCSI设备之间通过一系列的命令实现数据块的传送，大致分为三个阶段：命令的执行，数据的传输，命令的确认
互联层：完成SCSI设备对总线的连接，以及发送方和目标方的选择功能
SCSI协议寻址
SCSI总线------>设备ID------>逻辑单元号
SCSI总线：区分不同的SCSI总线
设备ID ：区分同一个SCSI总线上的不同设备
逻辑单元号：区分SCSI设备中的子设备（LUN）
SCSI协议传输过程
①总线忙：在开始总线通信之前，总线必须处于空闲状态，启动器设备首先会发一个测试信号来确认总线是否空闲
②寻址：通过发送方和接收方的地址来确认通信双方
③协商：通信双方协商确定后面的数据包大小和传输速度
④连接：数据包的实际传输
⑤断开连接：传输完成，释放总线
SCSI读写操作过程
①、API接口将用户读写操作转换为SCSI读写操作
②、获得对总线的使用权和对目标方的选择和寻址
③、通过CDB发送SCSI命令
④、在逻辑单元号中执行命令请求的操作
⑤、传输数据
⑥、传输完成后，发送命令完成报告
⑦、接受到目标方命令完成的响应，总线回复到空闲状态
SCSI协议的缺点
①、数据位漂移现象：作为一个总线传输协议，数据会在多根数据线上进行传输，由于总线之间存在串扰，且总线在材质上存在细小的差别，这就会导致同时从发起端发出的数据会在不同的时间到达目标端，我们称之为数据位漂移（漂移窗口，最先到达和最后达到的数据位之间的时间差）
②、SCSI允许连接设备数量较少
③、SCSI连接设备的距离非常有限（由于串扰和信号衰减极其严重，最高支持25米传输距离）
所以产生了iSCSI
2） 、iSCSI
iSCSI把SCSI命令和数据块封装在TCP中在IP网络中传输，基本出发点是利用成熟的IP网络技术来实现和延申SAN，为用户提供高速，低价，长距离的存储解决方案
iSCSI节点将SCSI指令和数据封装成iSCSI包，然后该数据封装被传送到TCP/IP层，再由TCP/IP协议将iSCSI包封装成IP协议数据，以适合在网络中传输
iSCSI协议栈
SCSI（应用程序、文件系统、数据块）
SCSI块指令 | SCSI流指令 | 其他SCSI指令
SCSI指令 、数据和状态
iSCSI
TCP
IP
以太网等
iSCSI在此处作为桥梁，连接两种不同协议，承上启下
iSCSI中的目标器和启动器
启动器：发起端，Initiator，发起IO请求
SCSI层负责生成CDB，将CDB传给iSCSI
iSCSI层负责生成iSCSI PDU，并通过IP网路将PDU发给target
目标器：接收端，Target，响应请求并进行实际IO操作
iSCSI层收到PDU，将CDB传给SCSI层
SCSI层负责解释CDB的意义，必要时发送响应
在Initiator和Target建立连接后，Target在操作中作为主设备控制整个过程
iSCSI协议为Initiator和Target定义了一套命令和寻址方法，所有的iSCSI节点都是通过其iSCSI名称被识别的
iSCSI连接方式
①、以太网+软件Initiator
软件Initiatro用于封装SCSI成iSCSI，完成iSCSI报文到TCP/IP报文的转换
Initiator软件可以将以太网卡虚拟为iSCSI卡，接受和发送iSCSI数据报文，从而实现主机和iSCSI设备之间的iSCSI协议和TCP/IP协议传输功能
②、TOE网卡+软件Initiator
硬件TOE网卡可以完成iSCSI报文到TCP/IP报文的转换，该部分不占用主机资源，可以减轻主机负担
与第一种方式相比，采用TOE卡可以大幅度提高数据的传输速率。TCP/IP协议栈功能由TOE卡完成，而iSCSI层的功能仍旧由主机来完成。
由于TOE卡也采用TCP/IP协议，相当于一块高性能的以太网卡，所以第二种方式也可以看做是第一种连接方式的特殊情况。
③、iSCSI HBA卡
iSCSI HBA卡完成SCSI到TCP/IP的转换，完全不占用主机资源
性能：iSCSI HBA卡 > TEO网卡+Initiator软件 > 网卡+Initiator软件
价格： iSCSI HBA卡 > TEO网卡+Initiator软件 > 网卡+Initiator软件
3） 、SAS
SAS协议采用点对点连接的结构，在通信的两个设备间建立了专用链路进行通信，通信速度快很多，因为两个设备通信不需要检测是否被允许使用链路
SAS协议栈
应用层：描述如何在不同类型的应用下使用SAS的细节
传输层：定义了如何将所传输的命令，状态，数据封装在SAS帧中，以及如何分解SAS帧
端口层：描述的是链路层和传输层的接口，包括如何请求，中断，如何建立连接
链路层：描述的是如何控制phy层连接管理，以及原语，CRC检验和加解扰，速率匹配处理
PHY层：包括了最低协议，比如编码方案和供电/复方序列等
物理层：对于线缆，接头，收发器等硬件进行了定义
SAS子协议
SMP：对于SAS进行管理的子协议
SSP：兼容SCSI协议栈的子协议
STP：兼容ATA指令集的子协议
4） 、FC
FC是光纤通道（Fiber Channel）的简称，用于服务器共享存储设备连接，存储控制器和驱动器之间的内部连接。FC是一种高性能的串行连接标准
FC协议栈
高层协议：SCSI-3 IP ATM
FC-4：协议映射层，定义了光纤通道和上层应用之间的接口
FC-3：定义了常用服务，如数据加密和压缩
FC-2：定义了成帧，QoS，流控，拓扑等，结构协议
FC-1：定义了编码和解码的标准 编码/解码
FC-0：物理层，定制了不同介质，传输距离，信号机制标准，也定义了光纤和铜线接口以及电缆指标 物理转化
FC拓扑结构
点对点：
两个设备背对背连接，这是一种最简单的一种拓扑连接能力受限
最多两个设备
仲裁环：
通过添加光纤通道集线器的方法，能够将众多设备连接到一起，形成一个逻辑上的环路，并且能够旁路故障节点，使得环上节点的故障不会影响这个环路通信
可以连接127个设备，设备间寻址用的是8位ID
交换网络：
所有设备或者设备环都被连接到光纤网络交换机，交换机对结构形式进行管理，提供了最好的互联方式，多个节点可以同时通信，各个节点的故障是孤立的不会危及到其他节点的工作
可以连2^24=1600万左右的设备
FC端口类型
FC交换机
N端口是节点上使用的端口
F端口是光交换机上使用的端口
E端口是光交换机进行级联使用的端口
G端口是通用端口，可以适应任何端口
光集线器端口
FL端口是光Hub上使用的端口类型或者光交换机与光Hub连接使用端口类型
NL端口是节点与光Hub连接使用的端口类型
FC Zone
与以太网交换机VLAN功能相似，都是为了实现特定组设备之间的相应通道通信，避免广播包的泛洪
5） 、FCOE
FCOE可以提供标准的光纤通道原有服务，如发现，全局名称命名，分区等，而且这些服务都可以照标准原有的操作，保有FC原有的低延迟性，高性能
FCOE是把FC承载在一种新的链路上级增强型无损以太网（避免丢包）
既保证了FC协议的可靠性，又兼顾了以太网传输协议的传输距离，可以使用现有以太网交换机开启FCOE功能，这样就减小了搭建成本和开销
FCOE协议栈
FC-4
FC-3
FC-2 上三次为FC协议层
FCOE
MAC 下两次为以太网协议层
PHY
CEE增强型以太网
通过一下三种方式实现数据的可靠性
①、基于优先级的流量控制
②、增强的传输选择
③、拥塞通告
6） 、IB
IB（InfiniBand）技术不是用于一般网络连接的，它主要是设计目的针对服务器端的连接问题
被应用于服务器与服务器，服务器与存储设备以及服务器和网络之间的通信
IB特点
基于标准协议
高带宽，低时延
远程直接内存存取功能
传输卸载
IB协议栈
应用层：
传输层：信息包的按序分发，分割，通道多路技术以及传输服务
网络层：提供信息包从一个子结构到另一个子结构的路由机制
链路层：提供局部子系统中信息设计，点到点连接以及包交换等
物理层：定义了三种速率的连接，1x ，4x，12x
IB接口
HCA（Host Channel Adapter）：主机通道适配器
TCA（Target Channel Adapter）：目标通道适配器
用于IB交换机，存储系统的IO接口
IB的信令模式
IB性能快的原因
基于通道的端到端互联结构，不共享总线，没有相关电子限制，仲裁冲突和内存一致性问题
协议简单高效，开销小，协议硬件卸载
QoS：16级的VL和16级的SL，实现了高效服务质量管理和基于信用度的双层流控制
RDMA+数据零拷贝
支持多并发链接：理论上并发越多，速度越快
