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1、第7章 应用网络设计,主讲:易建勋,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第2页 共116页,7.1 存储网络设计,7.1.1 RAID磁盘阵列技术 1SCSI磁盘技术SCSI接口可以连接硬盘、光驱、磁带机等外设。外设通过专用线缆和终端电阻与SCSI适配卡相连。SCSI线缆把SCSI设备串联成菊花链。SCSI总线近年主要采用320Mbit/s传输率的U1tra4标准(如表7-1)。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第3页 共116页,SCSI控制卡,SCSI电缆,SCSI硬盘,案例:串联成菊花链的SCSI设备,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第4页 共116页,7.1 存储网络设计,主讲
2、:易建勋,第7章 应用物理设计,第5页 共116页,7.1 存储网络设计,2磁盘阵列技术的基本原理改进磁盘存取速度的方法 磁盘高速缓存技术 磁盘阵列技术磁盘阵列的优点 增加了存储容量; 多台磁盘并行工作,提高了数据传输速率; 采用校验或冗余技术,提高数据可靠性。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第6页 共116页,7.1 存储网络设计,磁盘阵列机是一个精简型的服务器,在硬件上只需要CUP、内存、硬盘、网卡和主板等。在软件方面,操作系统也是精简型系统,有些甚至是免费的Linux。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第7页 共116页,7.1 存储网络设计,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计
3、,第8页 共116页,7.1 存储网络设计,RAID卡,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第9页 共116页,7.1 存储网络设计,3RAID的级别常用的RAID级别有:RAID 0、RAID 1、RAID 01和RAID 5。RAID 0没有安全保障,但速度快,适合高速I/O系统;RAID 1适用于需安全性又要兼顾速度的系统;RAID 2及RAID 3适用于大型视频、CAD/CAM等;RAID 5多用于银行、金融、股市、数据库等大型数据处理中心。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第10页 共116页,7.1 存储网络设计,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第11页 共116页,7.1
4、 存储网络设计,4RAID 0RAID 0采用无数据冗余的存储空间条带化技术。RAID 0在存储数据时,由RAID控制器分割成大小相同的数据条,同时写入阵列中的磁盘。数据就象一条带子横跨所有的磁盘阵列,每个磁盘上的分段的大小都是相同的。在硬件RAID 0中,条带有8/16/32/64/128KB等多种参数。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第12页 共116页,7.1 存储网络设计,RAID 0数据以分段方式顺序存放在磁盘阵列中。RAID 0没有校验数据。,磁盘条带,文件块,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第13页 共116页,7.1 存储网络设计,RAID 0没有数据冗余能力。 RA
5、ID 0阵列中任何一个硬盘损坏都可导致整个阵列数据的损坏,因为数据分布存储在多个硬盘中。RAID 0最低必须配置2块以上的相同规格硬盘,但是不多于4块硬盘。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第14页 共116页,7.1 存储网络设计,5RAID 1RAID 1数据被保存在镜像磁盘中(冗余)。RAID 1没有校验数据。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第15页 共116页,7.1 存储网络设计,RAID 1无工作磁盘和备份磁盘之分,多个磁盘可同时动作而有重叠读取的功能,甚至不同的镜像磁盘可同时作写入的动作,这是一种负载平衡方式。例如有多个用户在同一时间要读取数据,系统能同时驱动互相镜像的
6、磁盘,同时读取数据,以减轻系统的负载,增加I/O的性能。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第16页 共116页,7.1 存储网络设计,6RAID 2RAID 2数据保存在各个硬盘中,需要一个或多个额外的磁盘做海明码校验(P)。,海明码校验,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第17页 共116页,7.1 存储网络设计,RAID 2把数据分散为位(bit)或块,加入海明码,然后写入到磁盘阵列的校验磁盘中,而且地址都一样。也就是在各个磁盘中,其数据都在相同的磁道及扇区中。RAID 2需要1多个额外的磁盘作单bit错误校正及双bit错误检测。RAID 2需要多少个额外的校验磁盘,视采用的结构而定
7、,例如8个数据磁盘的阵列可能需要3个额外的校验磁盘;32个数据磁盘的高档阵列,需要7个额外的校验磁盘。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第18页 共116页,7.1 存储网络设计,7RAID 3RAID 3RAID 3的数据储存与RAID 2相同。不同之处在于RAID 3采用奇偶校验(P),因此只需要1个校验磁盘。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第19页 共116页,7.1 存储网络设计,8RAID 4RAID 4RAID 4以扇区作数据分段,各磁盘相同位置的分段形成一个校验磁盘分段(P),放在1个校验磁盘中。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第20页 共116页,7.1 存储网
8、络设计,9RAID 5RAID 5RAID5不采用单独的校验磁盘,而将校验数据(P)以循环的方式放在每一个磁盘中 。RAID 5的控制比较复杂,所以价格较高。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第21页 共116页,7.1 存储网络设计,7.1.2 FC光纤通道存储网络设计1光纤通道技术光纤通道(FC)是一种数据传输接口技术,主要用于计算机设备之间的数据传输,传输率目前达到了4Gbit/s。 FC是在SCSI接口技术上发展的一个高性能接口。 FC组成的网络不同于以太网技术。 FC组建的存储网络(SAN)有较好的性能。 FC支持点对点、仲裁环和交换式三种拓扑结构。,主讲:易建勋,第7章 应用物
9、理设计,第22页 共116页,7.1 存储网络设计,光纤交换机,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第23页 共116页,7.1 存储网络设计,2FC存储网络设计FC的光纤信道交换方法: 主控制器设计模式 主控制器是一个多端口、高带宽的网络交换机。 主控制器采用全冗余、热插拔部件,能将宕机时间最小化。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第24页 共116页,7.1 存储网络设计,网络交换设计模式 网络交换模式由光纤交换机(FC-SW)、主机总线卡(HBA)、磁盘冗余阵列(RAID)、光纤链路等组成。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第25页 共116页,7.1 存储网络设计,EMC存储产
10、品,EMC光纤交换机产品,HBA卡产品,SAN存储网设备,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第26页 共116页,7.1 存储网络设计,仲裁环路交换设计模式 适用于磁带机等低带宽存储设备。 仲裁环中的任何故障都会使网络崩溃。3FC的局限性FC本质上是一个快速存储系统,不是一个完善的网络系统。FC网络没有专门的服务器来管理网络。当某用户获得某个卷的写权限时,他就很容易对别人的文件进行修改或删除。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第27页 共116页,7.1 存储网络设计,7.1.3 iSCSI存储网络设计1iSCSI技术iSCSI(internet SCSI)是在IP协议上层运行的SCSI
11、指令集。iSCSI允许用户通过TCP/IP网络来构建存储网络。由于采用不同的工作协议,iSCSI与光纤通道之间不兼容。如图7-6所示,iSCSI与主机的连接有3种实现方式。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第28页 共116页,7.1 存储网络设计,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第29页 共116页,7.1 存储网络设计,2iSCSI工作原理iSCSI存储网络结构由服务端和客户端组成。iSCSI工作过程如下: 服务器程序确定iSCSI指令通过IP网络的路径; iSCSI设备从IP网络接收iSCSI指令,并进行处理; iSCSI设备将iSCSI指令直接发送到iSCSI存储设备(一般为R
12、AID)。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第30页 共116页,7.1 存储网络设计,4iSCSI技术的应用异地数据交换;异地数据备份及容灾,iSCSI使远程镜像和备份成为可能。,案例: iSCSI在远程容灾方面的应用,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第32页 共116页,7.1 存储网络设计,7.1.4 SAN存储区域网络设计1网络存储技术的类型目前流行的网络存储技术有:DAS、NAS、SAN和iSCSI等。直连式存储(DAS) DAS是直接连接在主机接口上的数据存储设备,如最为常见的硬盘、光盘、USB存储器等设备。,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第33页 共116页,7.1
13、 存储网络设计,网络存储设备(NAS) NAS是一种连接在网络上的专用存储设备。 NAS以文件传输为主,NAS最典型的产品是专用磁盘阵列主机、磁带库等设备。存储区域网络(SAN) 存储区域网络是在服务器和存储设备之间利用专用的光纤通道连接的网络系统。 SAN一般由RAID、光纤交换机、光纤通道、主机总线卡(HBA)、存储管理软件等组成(如图7-9)。,7.1 存储网络设计,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第35页 共116页,7.1 存储网络设计,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第36页 共116页,7.1 存储网络设计,3SAN的应用数据共享存储共享数据备份灾难恢复,存储网络的主要组成部分,主讲:易建勋,第7章 应用物理设计,第37页 共116页,7.1 存储网络设计,7.1.5 容错集群技术集群由连接在一起的独立计算机组成,像一个单独的计算资源一样协同工作。在集群系统中,服务器集中在一起统一进行管理和维护。,
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