DAS、SAN和NAS三足鼎立

DAS (Direct Attached Storage)

 常用的接口主要有:

  • IDE
  • SATA
  • SCSI
  • SAS
  • USB

SAN

FC网络

​ Fibre Channel(网状通道),称为FC协议、FC网络、FC互联,同样具备TCP/IP协议集以及以太网中的很多概念,比如FC交换、FC交换机、FC路由、FC路由器、SPF路由算法等。

物理层

 使用同步串行传输方式,传输编码采用NMb编码方式保证传输过程中的电直流平衡、时钟恢复和纠错等特性。

链路层

  • 专用字符集“有序集”,每个控制字均由K28.5开头,后接3个其他字符,代表一种意义如Start Of Frame、End Of Frame等。
  • 使用24B的帧头不但包含了寻址功能,而且包含保障传输的功能。
  • 流控策略分为端到端、缓存到缓存
  • MTU可以到2112B,以太网为1500B

网络层

  • 两种网络拓扑模式:FC-AL(仲裁环)和Fabric(网状)
  • 每个设备有一个WWNN(World Wide Node Name),被影射到Fabric ID(交换机、端口组、端口)

传输层

  • 对上层的数据流进行Segment并区分上层程序
  • 适配上层协议,传输IP、SCSI指令等
  • 发送相比TCP更小的ACK帧确认信息

FC协议的端口类型

N和F端口

​ 用N(Node)端口模式连入F(Fabric)端口,网络中的N节点之间就可以互相进行点对点通信。

L端口

​ 仲裁环上的各个节点的端口LOOP,通过一个FCAL集线器相连。

NL端口和FL端口

​ NL端口是开放环中的一类端口,具有N端口和L端口的双重能力,支持交换式光纤网登陆和环仲裁,是FC交换机上用于连接开放仲裁环结构的中介端口。FL端口是FC交换机上用于连接开放仲裁环结构的中介端口。

E端口

​ 专门用于交换机之间连接的端口,级联的交换机需要在线路上承载一些控制信息,如选举协议、路由协议等。

G端口

​ “万能”端口,可以转变为任何一种端口类型,按照所连接的端口类型自动协商变成所需的端口。

FC磁盘

前端

​ 由FC协议的底层模块担当传输通道和手段,将SCSI协议集的上层内容传送到对方,定义了在FC4层上的针对SCSI指令集的特定接口FCP(SCSI over FC),将连接主机和磁盘阵列的通路从并行SCSI总线替换为串行传输的FC通路。

后端

​ 使用性能稍差,但是成本低的FC-AL仲裁环结构连接磁盘阵列的控制器和磁盘,而且在每块磁盘上都实现FC拓扑中的L端口。

SAS网络

物理层

​ SAS(Serial Attached SCSI)磁盘接口与SATA盘相同,多了一个数据接口用于连接两路控制器,并且只使用全交换式架构,控制器和所有磁盘之间都是全双工限速无阻塞交换。

链路层

  • 每个物理接口(PHY,Physical )都需要有一套底层编解码器负责对数据进行编解码
  • 使用面向连接的交换技术,Initiator向Target发起通信之前必须建立好连接,一个SAS网络内的两个PHY的通信路径中的所有Expander内部,都为这条通信保持相应的资源

网络层

​ 每个节点也使用WNN地址,与FC不同,SAS直接使用这个地址路由数据包。每个Expander上运行SMP协议,用于执行整个系统中的Expander发现以及路由条目学习。

传输层和应用层

  • SSP(Serial SCSI Protocol),是一套用于Initiator和Target之间传输SCSI指令的传输保障协议,与FC中的FCP层充当相同的角色。
  • STP(SATA Tunneling Protocol),是一套用于Initiator和Target之间传输SATA指令的传输保障协议。
  • SMP(Serial Management Protocol),是一种对SAS网络内所有Expander进行管理的协议,包括Expander拓扑发现和路由协议。

DAS、SAN和NAS

NAS

​ 带有集中式文件系统功能的盘阵叫做网络附加存储(Network Attached Storage),本质就是出于以太网上的一台利用CIFS(Common Internet File System)、 NFS(Network File System)等网络文件系统的文件共享服务器。

相比SAN

  • 一般情况下速度比SAN慢
  • 成本低很多,可以解放主机上的CPU和内存资源
  • 可扩展性强,经过优化可以同时并发处理大量客户端的请求

存储系统架构演化过程

  • 全整合阶段
  • 磁盘外置阶段
  • 外部独立磁盘阵列阶段
  • 网络化独立磁盘阵列阶段
  • 瘦服务器主机、独立NAS阶段
  • 全分离式阶段
  • 统一整合阶段
  • 迅速膨胀阶段
  • 收缩阶段
  • 强烈坍缩阶段

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