存储网络 1 - 介绍

互推小编 2023-04-30

简介

从本篇开始，我打算使用1个月的时间，每天为大家翻译一些关于“存储网络介绍_光纤通道SAN，NAS，iSCSI，InfiniBand和FCoE的基础和应用”的文章，我学习，也分享给大家学习。

1.介绍

本章的目的是传达本书的基本思想。为此，我们将首先描述传统的以服务器为中心的IT架构并概述其局限性（第1.1节）。然后，我们将介绍以存储为中心的IT架构的替代方法（第1.2节），使用案例研究“用存储网络替换服务器”（第1.3节）解释其优势。最后，我们解释整本书的结构，并讨论哪些主题未被涵盖（第1.4节）。

1.1服务器中心的体系结构及其局限性

在传统的IT架构中，存储设备通常只连接到单个服务器（图1.1）。为了提高容错能力，存储设备有时连接到两台服务器，实际上只有一台服务器可以同时使用存储设备。在这两种情况下，存储设备仅与其所连接的服务器相关。其他服务器无法直接访问数据;他们总是必须通过连接到存储设备的服务器。因此，这种传统的IT架构称为以服务器为中心的IT架构。在这种方法中，服务器和存储设备通常通过SCSI电缆连接在一起。

如上所述，在传统的以服务器为中心的IT架构中，存储设备仅与它们所连接的一个或两个服务器相关。这两台计算机的故障将导致无法访问此数据。大多数公司认为这是不可接受的：至少一些公司数据（例如，患者档案，网站）必须全天候可用。

图1.1在以服务器为中心的IT架构中，存储设备仅与服务器相关。

尽管由于技术的不断发展，硬盘和磁带的存储密度一直在增加，但对安装存储的需求正在以更快的速度增长。因此，有必要将更多的存储设备连接到计算机。这引发了每台计算机只能容纳有限数量的I / O卡（例如，SCSI卡）的问题。此外，SCSI电缆的长度限制为最大25米。这意味着可以使用传统技术连接到计算机的存储容量是有限的。因此，传统技术不再足以满足不断增长的存储容量需求。

在以服务器为中心的IT环境中，存储设备静态分配给与其连接的计算机。通常，计算机无法访问连接到不同计算机的存储设备。这意味着如果计算机需要的存储空间多于连接计算机所需的存储空间，则另一台计算机仍然具有附加存储空间（目前尚未使用），这无济于事（图1.2）。

最后但并非最不重要的是，存储设备通常分散在整个建筑物或分支机构中。有时这是因为校园内的新计算机没有经过任何重要的考虑，然后反复升级。或者，可以有意识地设置计算机用户访问数据的位置，以减少LAN数据流量。结果是存储设备分布在许多房间中，既没有防止未经授权的访问也没有足够的空调。这可能听起来很高，但许多系统管理员可以写一本关于更换散布在全国各地的有缺陷硬盘的书。

图1.2服务器2上的存储容量已满。它无法利用服务器1和服务器3上仍有存储空间的事实。

1.2存储中心IT架构及其优势

存储网络可以解决我们刚刚讨论过的以服务器为中心的IT架构问题。此外，存储网络为数据管理开辟了新的可能性。存储网络背后的想法是SCSI电缆被现有LAN之外安装的网络所取代，主要用于计算机和存储设备之间的数据交换（图1.3）。

与以服务器为中心的IT架构相比，在存储网络中，存储设备完全独立于任何计算机而存在。多个服务器可以直接通过存储网络访问同一存储设备，而无需另外的服务器。因此，存储设备位于IT架构的中心;另一方面，服务器成为“只处理数据”的存储设备的附属物。因此，具有存储网络的IT架构被称为以存储为中心的IT架构。引入存储网络时，通常还会合并存储设备。这涉及用大磁盘子系统替换连接到计算机的许多小硬盘。磁盘子系统目前（在2009年）的最大存储容量高达1 PB。存储网络允许所有计算机访问磁盘子系统并共享它。因此，可以将免费存储容量灵活地分配给当时需要它的计算机。以同样的方式，许多小磁带库可以被一个大磁带库替换。

图1.3在以存储为中心的IT架构中，SCSI电缆被网络取代。存储设备现在独立于服务器而存在。

越来越多的公司正在将其IT系统转变为以存储为中心的IT架构。它现在已成为大型数据中心和大公司IT系统的永久组成部分。根据我们的经验，越来越多的中型公司和公共机构正在考虑存储网络。即使在今天，大多数存储容量也不再适用于服务器（内部存储设备），而是具有自己的外壳（外部存储设备）。

1.3案例研究：用存储网络替换服务器

在下文中，我们将使用案例研究说明以存储为中心的IT架构的一些优势：在生产环境中，应用程序服务器不再足够强大。老化的计算机必须由更高性能的设备替换。虽然这种措施在传统的，以服务器为中心的IT架构中可能非常复杂，但它可以在存储网络中非常优雅地执行。

1.在交换之前，旧计算机通过存储网络连接到存储设备，它部分使用（图1.4显示了阶段1,2和3）。

2.首先，在新计算机上安装必要的应用程序软件。然后将新计算机设置在最终站立的位置。通过存储网络，可以将计算机和存储设备分开几公里。

图1.4旧服务器通过存储网络连接到存储设备（1）。新服务器组装并连接到存储网络（2）。为了生成测

图1.5旧服务器和新服务器共享存储系统。使用复制的生产数据（4）对新服务器进行密集测试。

3.接下来，复制用于在磁盘子系统内生成测试数据的生产数据。现代存储系统可以（实际上）在几秒钟内复制甚至数TB大小的数据文件。此功能称为即时复制，将在第2章中详细介绍。

要复制数据，通常需要关闭应用程序，以便复制的数据处于一致状态。一致性是允许应用程序恢复数据操作所必需的。某些应用程序还能够在操作期间保持磁盘上的一致状态（数据库系统的在线备份模式，文件系统的快照）。

4.然后将复制的数据分配给新计算机，并对新计算机进行密集测试（图1.5）。如果通过测试将存储系统置于如此极端的负载下，其性能不再足以满足实际应用，则必须首先通过远程镜像将数据传输到第二存储系统。第2章还详细介绍了远程镜像。

5.成功测试后，两台计算机都将关闭，生产数据将分配给新服务器。将生产数据分配给新服务器也只需几秒钟（图1.6显示了步骤5和6）。

6.最后，使用生产数据重新启动新服务器。

图1.6最后，旧服务器断电（5），新服务器启动生产数据（6）。

1.4本书的结构

本书的一个目标是说明存储网络的好处。为了介绍这个主题，本章介绍了传统的以服务器为中心的IT架构的一些基本问题，最后提到了基于应用服务器升级的以存储为中心的IT架构的一些优势。其余章节涉及已经概述的概念和技术，并详细讨论了进一步的案例研究。本书围绕从存储设备到应用程序的路径构建（图1.7）。

在现代IT系统中，数据通常存储在硬盘和磁带上。采购和管理一些大型存储系统比几个小型存储系统更经济。这意味着各个磁盘驱动器正在被磁盘子系统替换。与文件服务器相比，智能磁盘子系统可以显示为硬盘服务器;其他服务器可以使用通过存储网络导出的这些硬盘，就像它们可以使用本地连接的磁盘驱动器一样。第2章介绍了现代磁盘子系统除了上面提到的即时复制和远程镜像功能之外还可以执行的操作。

由于转换到存储网络，磁带和磁带库的硬件只会略有变化，因此我们只讨论本书中的这一主题。在6.2.2节中，我们将讨论多个服务器共享大型磁带库以及通过存储网络访问这些磁带库，第11章将介绍可移动介质的管理，包括 - 以及其他可移动介质 - 磁带和磁带库。

光纤通道已经成为一种技术，可以为开放系统（Unix，Windows，Novell Netware，MacOS，OS / 400）和大型机高效地实现存储网络。在光纤通道引入新传输技术的地方，其备用Internet SCSI（iSCSI）基于成熟的TCP / IP和千兆以太网。 InfiniBand和以太网光纤通道（FCoE）是将所有数据流量（存储，群集）整合到单一传输技术上的另外两种方法。所有这些技术都是第3章的主题。

文档系统在本书中很有用，原因有两个。首先，预先配置的文件服务器（也称为网络连接存储（NAS））已经将自己确立为当前IT系统的重要构建块。存储网络也可以使用NAS服务器实现。与光纤通道的块面向数据流量相比，此方法中的iSCSI和FCoE传输整个文件或文件片段。

所谓的共享磁盘文件系统代表了文件系统领域的另一个有趣的发展。在共享磁盘文件系统中，多台计算机可以通过存储网络访问智能磁盘子系统中的相同数据区域。共享磁盘文件系统的性能目前明显优于网络文件系统（NFS），通用Internet文件系统（CIFS），AppleTalk或上述NAS服务器。在共享磁盘文件系统的基础上讨论了问题的示例，对于诸如并行数据库的类似应用程序，这些系统也必须以相同的方式解决。第4章介绍网络附加存储（NAS）和共享磁盘文件系统。

本书的前四章讨论了有关存储网络的基本组件和技术。随着存储网络变得越来越普遍，已经清楚的是，仅存储网络的实现不足以有效地使用不断增长的存储网络的资源。第5章概述了与使用存储网络相关的困难，并介绍了存储虚拟化 - 一种旨在降低访问和管理大量数据的总体拥有成本（TCO）的方法。它进一步讨论了实现存储虚拟化的可能位置，并讨论了存储虚拟化的各种替代方法，例如块级虚拟化和文件级虚拟化或对称和非对称存储虚拟化。

图1.7本书分为两个主要部分。第一部分讨论了存储网络的基础技术。特别是，这些适用于智能磁盘子系统（第2章），面向块的存储网络（第3章）和文件系统（第4章）。我们还概述了虚拟化如何更有效地管理存储（第5章）。本书的第二部分讨论了这些新技术的应用。我们特别讨论标准应用程序，如存储池和集群（第6章），备份（第7章），归档（第8章）和业务连续性（第9章）。这些章节展示了存储网络如何帮助开发比传统系统更灵活，容错和更强大的IT系统。然后，我们讨论存储网络（第10章）和可移动媒体（第11章）的管理。最后，介绍了SNIA共享存储模型（第12章）。

第一章介绍了一系列新技术。在第6章中，我们将注意力转向这些新技术的应用。本章使用许多案例研究来说明存储网络如何帮助设计比传统的以服务器为中心的IT系统更灵活，更容错的IT系统。

数据保护（备份）是每个IT系统的核心应用程序。使用网络备份系统，可以在很大程度上自动备份数千台计算机的异构IT环境。第7章介绍了网络备份的基本原理，并展示了这些新技术如何帮助更有效地备份数据。这再次阐明了以服务器为中心的IT架构的局限性以及以存储为中心的IT架构的优势。

数字存档是存储网络中的另一个重要应用。法律要求在严格监管的条件下，越来越多的数据保存数年，数十年甚至更长时间。例如，在保留时间到期之前，不允许更改或删除任何存档数据。由于保留时间长和技术进步，需要定期将数据复制到新的存储介质或系统。第8章讨论了数字存档的基本要求，并介绍了许多基于它们的技术和解决方案。

即使在危机情况下，持续访问关键业务数据和应用程序对于公司的存在能力至关重要。这不仅适用于在这种情况下自动考虑的那些区域，例如股票经纪，空中交通管制，患者数据或亚马逊和eBay等互联网公司。越来越多的中小型公司现在向全球客户提供产品，或通过及时生产和合同约定的交货时间紧密集成到大型公司（如汽车制造商）的生产流程中。第9章介绍了业务连续性领域，特别考虑了存储网络，并讨论了不同的技术以及可能的解决方案。

存储网络是由众多单个组件组成的复杂系统。作为存储网络管理的第一步，有必要了解当前状态。这需要有助于回答诸如“哪个服务器占用哪个磁盘子系统空间？”，“哪些服务器连接到我的存储网络？”，“哪些硬件组件正在使用中以及有多好”等问题的工具。网络上的负载？'。在这方面，关于文件系统的故障和性能以及容量瓶颈的存储网络的监视也是重要的。第二步涉及存储网络管理的自动化：重要的主题是基于规则的错误处理和自由存储容量的自动分配。第10章详细介绍了存储网络的管理，并在此处还讨论了简单网络管理协议（SNMP），公共信息模型/基于Web的企业管理（CIM / WBEM）和存储管理计划规范（SMI-）等标准。 S）。

可移动媒体代表了大型数据中心存储架构的核心组件。存储网络允许多个服务器以及几个不同的应用程序共享媒体和库。因此，存储网络中可移动介质的管理变得越来越重要。第11章介绍了可移动媒体管理的要求，并介绍了IEEE 1244可移动媒体管理标准。

存储网络是一个复杂的主题领域。仍然缺乏统一的术语，不同的制造商使用相同的术语来指代不同的特征，相反，使用不同的术语描述相同的特征。因此，通常不清楚制造商提供什么样的产品以及客户最终可以从该产品中获得哪些功能。因此，客户难以比较各个制造商的产品并计算出所提供的替代品之间的差异。出于这个原因，存储网络行业协会（SNIA）技术委员会在2001年引入了所谓的共享存储模型，以统一存储网络行业使用的术语和描述模型。我们在第12章介绍这个模型。

这本书没有涵盖什么？

为了定义内容，了解哪些主题不被涵盖也很重要：

特定产品

产品生命周期太短，无法在书中讨论特定产品。产品变化，概念没有。

经济方面

本书主要介绍存储网络的技术方面。它讨论了解决方案的概念和方法。价格经常变化，概念则不然。

过多的技术细节

这本书是对存储网络的介绍。它不涉及开发存储网络组件所需的详细信息。整体情况的沟通对我们来说更为重要。

存储网络的规划和实施

规划和实施需要特定产品的知识，但产品变化非常频繁。规划和实施需要大量的经验。另一方面，本书是作为介绍而设计的。缺乏经验的读者在引入存储网络时应咨询专家。此外，具体实施必须始终考虑所涉及的具体环境。正是这一点，本书无法做到。

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