三种数据中心存储网络架构对比解析

 

    存储技术在整个容灾中心乃至数据中心涉及的技术体系中占有重要地位。这不仅因为数据存储在上述3个阶段中处干基础性地位，而且还是因为它必须在容灾中心演进的过程中具有可靠性、可用性和可扩展性。鉴于存储网络的重要性和上述要求，需要了解和分析当前存储网络架构领城的技术。下面对3种存储网络技术进行介绍和对比，通过多个维度的考量，明确3种技术的优缺点。从而为国内各行业容灾中心、数据中心存储网络架构设计提供借鉴。

 

 

    随着经济、社会的发展，人们对数据的请求方式越来越少地受到时间和空间的限制，数据的增长与需求不再有很强的规律性可循。然而，大盘的独立存储仍广泛存在干企业的数据中心中，很容易使数据分布呈现“信息孤岛”的局面，对数据的存储，利用和分析造成很大翅难。通常这些独立存储与业务系统相对应，随着数据的增长，对它们的扩容也经常出现顾此失彼的现象。如果一次性扩容较大，难免挤占其他系统的扩容预算，如果扩容较小，则会承受频繁扩容的压力。此类问题需要新的存储技术来解决。

 

    存储区域网(SAN，Storage Area Network)是将存储设备(诸如磁盘阵列、磁带库等)与服务器连接起来并采用光纤接口的专用存储网络。它结构上允许服务器和任何存储磁盘阵列或磁带库相连、并直接存储所需数据。SAN架构如图1所示。
 

 

    较之传统的存储方武，SAN可以跨平台使用存储设备，还能对存储设备实现统一管理和容量分配，降低维护和使用的成本，提高存储的利用率。根据美国存储专家克里斯多佛的统计，使用独立存储方式时，存储利用率达到50%就算比较高了，而使用SAN架构的存储利用率通常在80%以上。更高的存储利用率意味着闲置存储设备的减少，相应的电源能耗和制冷能耗也会降低。部署SAN的优势包括集中管控、统一交付诸如定期备份等存储服务、高效利用存储资源，非常适用于应用的集中存储、备份和容灾。

    SAN的另一大特点是文件传输与存储设备直接交互，而传统的存储需要占用局城网(LAN， Local Area Network)资源，且通过TCP/IP协议传输数据层层打包，资源会有较大的消耗。SAN也支持IP协议，但它针对存储数据传输的特点设计，在有要大虽、大块的数据传输时，光纤信道(FC，Fibre channel )更有优势。当客户端在LAN上请求来自服务器的数据时，服务器将在SAN上的存储设备中检索数据。由于这种方式对数据的处理没有冲打包方面的开销，所以能够史有效地提交数据。
 

 

    采用SAN的拓扑架构示意图如图2所示。

 

    由图2可以看到，SAN独立于LAN，这个特点的优势已经阐述过，然而它不可避免地带来了另外一些缺陷。因为它需要建立专属的网络，这就增加了数据中心线缆的数量和复杂度。服务器方面，除了连接LAN的网卡之外还需配备与SAN交换机连接的主机总线适配器(HSA，Host Bus Adapter)卡。它的建设成本和能耗也相应的比较高。针对这些缺陷，以太网光纤信道(FCoE, Fibre Channel over Ethernet)技术应运而生。

 

    2、FCoE技术

 

    以太网光纤信道(FCoE)是INCITS T11开发的一项新标准。FCoE协议独立于以太网转发模式，并在以太网上映射本地光纤信道。FCoE保留了所有的光纤信道结构，保持与光纤信道相同的时延、安全性和流量管理特征，因此可以通过循序渐进的方法向I/O端口整合的趋势演进。
 

    数据中心既使用面向TCP/IP网络的以太网，又使用面向存储区城网(SAN)的光纤信道(FC)，两者相互独立，且可以并存。以太网网络通常用于满足最终用户对少量信息的需求。SAN则用于访问面向应用的I/O块，例如在SAN上启动系统、邮件服务器、文件服务器和大型数据库等。考虑到服务器虚拟化在数据中心的逐渐普及(例如8台虚拟机存在于一台物理主机己经比比皆是)，需要通过光纤信道来连接这些虚拟主机。这种情况下。系统管理程序通过光纤信道为访客操作系统提供虚拟存储资源，并通过光纤信道网络基础设施来访问存储资源(系统管理程序为一个虚拟化平台，支持多个操作系统同时运行于一台主机上)。这些服务器需要配置一对光纤信道主机总线适配器以及2个或多个网络接口(NIC)。某些高端部署会在只有2个CPU内核的高性能服务器中配里8个以太网NIC。FCoE支持将SAN和以太网流量整合到一个通用网络适配器上，从而减少所需的适配器数量。FoCE架构如图3所示。

 

 

    理论上FC需要3种扩展，以实现FCoE的功能:1)把本地的FC帧封装为以太网帧，2)以太网协议也需要改进更新，以支持拥塞情况下的无损传输；3)在以太网的MAC地址和FC的N_port ID之间建立映射。

 

    由图3可知，服务器通过聚合网络适配器(CNA，ConvergedNetwork Adapters)连接FCoE交换机。CNA有1个或多个以太网物理端口，并在一张卡上同时包含了HBA和NIC的功能。虽然FCoE的封装可以通过传统NIC上的软件实现，但CNA能够减少CPU对底层帧处理和HBA功能的压力。

 

    FCoE能够迎合数据中心服务器虚拟化的趋势，它支持I/O整合，且可以为数据中心提供以下增强特性:1)减少服务器所描的网络接口卡数量；2)减少服务器电费预算并降低冷却要求。3)大幅度减少需要管理的线缆数量；4)无缝连接现有的存储网和以太网，可继续使用现有的FC工具、安全模式和基础设施等。

 

    3、IP-SAN技术

 

    以上所述的SAN，指的是采用光纤信道的存储局城网络(FCSAN)。iSCSI协议出现以后，业界把5AN分为FC-SAN和IP-SAN。iSCSI即“互联网小型计算机系统接口”，是一种在TCP/IP上进行数据块传输的标准。iSCSI可以实现在IP网络上运行SCSI协议。使其能够在诸如千兆以太网上进行快速的数据存取备份操作。IP-SAN和FC-SAN的区别可以用图4中的图a)和图b)来表示。