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关于SAN的基本知识和应用

 

SAN(Storage Area Network, 存储局域网)是独立于服务器网络系统之外几乎拥有无限存储能力的高速存储网络,这种网络采用高速的光纤通道作为传输媒体,以FC (Fiber Channel, 光通道)+ SCSI(Small Computer System Interface, 小型计算机系统接口) 的应用协议作为存储访问协议,将存储子系统网络化,实现了真正高速共享存储的目标。
 
光纤通道SAN引发了更多类型的存储应用,其中包括服务器群集、磁带备份、故障恢复以及高速视频与图形编辑。每一种应用都可通过与光纤通道集线器或光纤通道交换器的组合建造。高速的数据传输能力是由集线器和交换器产品提供的,软件产品提供了对较高层功能支持。例如,Veritas和Legato公司所提供的服务器群集和磁带备份软件,可管理在光纤通道传输设备上所执行的操作。
 
1.群集
对于SAN服务器群集应用来说,单台服务器上所出现的故障不再意味着数据的丢失。另一台服务器可跨越SAN存取出故障的服务器中的数据。许多厂商的软件产品可以使服务器的故障得以恢复。光纤通道SAN将能够通过多台服务器实现对公共存储设备的平等存取,确保数据的随时可用。在IT界,这种能力叫做“数据拨号音",意指“能够可靠进行连接并能顺利完成所需的事务处理的能力”。
在服务器和存储设备之间提供冗余的数据路径,有助于确保数据的高可用性。冗余的数据路径可通过向每台服务器配备两个光纤通道宿主总线适配器(HBA)得以实现。其中,一个HBA作为主数据路径附接于光纤通道集线器或交换器上,而另外一个HBA作为辅助数据路径附接于第二个光纤通道集线器或交换器上。存储阵列通常拥有主、辅两个光纤通道连接器。如果主光纤通道出现故障,另一个通道能够接管。
与冗余的数据路径和服务器群集软件相结合,一台服务器或一条数据路径上的故障将不会中断系统的运行,因为另一台服务器或另一条数据路径随时处于备用状态。
 
2.备份
对于所有企业网络来说,磁带备份是一个普遍性的问题。在磁带备份方面,主要的限制因素包括:备份数据必须流经的传输设备运行速度偏低&#59;磁带子系统本身的性能较差。如果某一磁带子系统能够维持每秒10兆~15兆字节的备份流,那么这一速度将超过100兆以太网的能力。另外,在LAN上对一台服务器进行备份,要求所备份的数据必须进行TCP/IP打包。TCP/IP方面的开销是导致磁带备份性能严重下降的又一重要原因。因此,基于LAN的备份不能为有效的磁带备份提供充足的带宽。与此同时,用户还将会发现,在备份操作期间,甚至在交换式网络的环境中,LAN性能也将会明显下降。
随着备份所需的存储量不断从GB数量级向TB数量级的迅速迁移,一个完整的备份或恢复过程所需的时间将不能由基于LAN的过程得到保障。如果没有足够的时间备份所有的数据,那么企业将很容易受到磁盘故障的困扰。目前只有极少数企业具有恢复数据的能力。为了更有效地进行备份,管理员必须花钱“买”时间。而这种“时间”只能来自更高的备份传输带宽。光纤通道SAN可以满足这一需求。
不依赖于LAN的磁带备份,是SAN带给企业网络的主要好处之一。通过把服务器、存储阵列以及磁带子系统与光纤通道SAN相连,备份数据流可以不经过LAN,从而使LAN摆脱了用户网络流量的重负。由于可提供每秒100兆字节的带宽,所以光纤通道能够很容易地提供对多磁带备份流的支持。另外,由于备份数据流是元SCSI-3格式的,所以写向磁带的数据块比IP包的数据流更为有效。
不依赖于LAN的磁带备份还可以安装在那些带有直接并行SCSI磁盘驱动器的服务器上。把光纤通道HBA安装于每一服务器、把服务器连接于光纤通道集线器或交换器,磁带备份数据能够高速地发往附接于光纤通道的磁带子系统。这样一来,用户不仅能够继续利用他们对SCSI磁盘驱动器最初的投资,而且还可享用SAN所提供的不依赖于LAN的备份。一旦光纤通道基础设施得以建立,日后预算允许的时候,用户将可随时把光纤通道磁盘阵列并入其基础设施的配置之中。
可以使用不同的方法把磁带子系统并入SAN。较新的磁带库产品大都拥有本地光纤通道接口,因此能够很方便地与光纤通道集线器或交换器连接。使用“光纤通道-SCSI"路由器也可对较旧的磁带子系统进行连接。这些磁带库是由不同的供应商制造,并都提供了1或2个光纤通道连接和4~8个SCSI连接。“光纤通道-SCSI"路由器负责处理来自光纤通道的串行SCSI-3数据转换和来自并行SCSI接口所使用的SCSI-2数据转换。
当前,大多数操作系统(例如NT、Solaris以及Unix)都提供不依赖LAN的磁带备份软件。磁带备份软件包可处理较高水平的服务,例如调度、并行备份以及对磁带自动化设备的媒体控制。由于SAN使磁带备份的效率大大提高,所以目前许多开发商都在支持光纤通道SAN技术的开发,其中Veritas和Legato公司已成为这一技术的主要支持者。
把备份数据流从LAN移向SAN,解决了企业网络的数据拥塞问题。然而,不依赖于LAN的备份依然要求服务器主动地从磁盘上读取数据,然后把数据写入磁带。因此在备份期间仍需消耗服务器的CPU周期和内存资源。新的SAN应用可解决这一问题。不依赖于服务器的备份把服务器排除在数据路径之外,并使数据能够直接从磁盘转向磁带。这一功能是由一个第三方拷贝代理完成的。第三方拷贝代理是一种软、硬件结合的产品,并可驻留在“光纤通道-SCSI"路由器或光纤通道交换器中。网络数据管理协议(NDMP)可用于向第三方拷贝代理发送指令。第三方拷贝代理能够从服务器上获得当前文件系统结构的一个快照(Snapshot),然后开始从磁盘上读取数据块,并将它们写入磁带。一旦获得当前文件系统结构的一个快照,服务器将不再主动参与数据备份过程,因而可在数据备份进行的同时,自由地服务于用户的其他请求。第三方拷贝代理更完善的版本还将允许用户在备份过程期间主动参与文件的修改,因而在备份过程结束后,那些改变了的文件也能够得以备份。
灾难恢复与SAN磁带备份密切相关,但同时也需要光纤通道提供对长距离连接的支持能力。光纤通道可以在单模长波光缆上维持一个10公里长的数据通路。波分多路转换(WDM)以及其他技术还可以把这一距离进一步加以扩展。由于较长的链路会导致时间上的延迟,因此最好能够把光纤通道交换器纳入灾难恢复系统。典型的配置应包括:一个生成网点(具有附接于光纤通道的服务器和磁盘)和一个远程网点(具有多个磁盘和一个磁带子系统)。处于两端的光纤通道交换器可实现生成网点与灾难恢复网点之间的连接。尽管把磁盘镜像于远程网点是可行的,但仅当变化出现时才对记录进行修改是一种更加有效的做法。远程网点还可以拥有一台备份服务器,从而使周期性的备份能够由同步化的存储阵列来实现。
 
3.影像
视频和图形编辑是率先使用光纤通道SAN的领域之一。视频和图形编辑应用要求使用SAN所提供的所有先进功能——高速数据传输、对等连接、大规模存储阵列存取以及在单一配置中对大量工作站的支持。
印前(pre-press)业务是高效SAN的典型应用。提供这类服务的公司,主要任务是生成那些可用于杂志、销售目录、广告牌以及城市公共汽车所使用的图形图像。印前数据流是一种“爆发性的"数据流模式。在这一模式中,高频度存取期后常常会跟随一个传输过程的寂静期。在一台印前工作站上工作的艺术家,可能需要从磁盘上读取一个规模相当大的、数以百兆字节的图像文件,然后在这一文件上工作相当长的一段时间。当编辑工作完成之后,又把文件写回到磁盘上。然而,由于很可能会有多个艺术家正在同时随机地读、写那些大型的文件,因此传输过程必须能够向他们提供足够的带宽。使用Ethernet很难满足这类需求,改用光纤通道后事情将会变得十分简单。典型的印前SAN拥有一个可提供与大规模存储阵列相连的光纤通道交换器。由于每一存储设备都连接在它们各自的交换器端口上,所以都能够提供每秒100兆字节的带宽。然而,工作站并不需要过高的专用带宽,因为它们仅仅是间歇性地进行文件存取,所以可以把所有工作站接在一个光纤通道集线器上,然后把集线器接到一个光纤通道的交换器端口。这是一种高性阶比的方案,并且能很好地满足用户对带宽的需求。目前Vixel集线器和交换器已被许多印前公司采用,并成为较高层应用的基础部件。在印前业务操作中,软件发挥了非常重要的作用。印前编辑通常是以顺序方式执行的,其中图形编辑人员和文本编辑人都将会对一个单一的文件进行存取,因此整个工作流必须确保所有编辑人员不会过早地对文件进行重写。中间件安装于每一台工作站上,用以验证文件当前的归属关系和读/写许可情况,并可防止未经授权的重写操作。
视频编辑不同于印前业务,它要求向用户提供稳定的带宽。一个视频流通常为每秒30兆字节。一个光纤通道交换器可以提供每端口100兆字节的数据吞吐能力,所以它可以在每一个端口上维持多个视频流。在过去的两年里,一些公司,例如AvidTechnologies和AvidSports公司,一直把BROCADE交换器用于高速编辑环境。有线电视提供商有时也会使用BROCADE2800去编辑那些在较长影片中的情节。电影(例如“玩具总动员"的特殊效果编辑使用Vixel来满足高速图像处理对带宽的需求。可以把光纤通道交换器串联在一起,提供更多的可直接与工作站相连的端口。这将允许企业在其各部门或整个企业的范围内建造更大的系统。
尽管服务器群集、磁带备份、故障恢复以及图形编辑都有它们各自不同的需求,但光纤通道SAN能够同时满足这些需求。光纤通道所具有的灵活性是各种SAN应用能够有效组合的重要原因所在。服务器群集也可以并入磁带备份。在极易发生地震的加利福尼亚,后期制作视频编辑公司或许更需要在一个稳定的场所部署一个包括灾难恢复功能的系统环境,SAN将是它们的理想选择。总而言之,建造一个SAN基础设施不仅能够更好地满足企业当前的业务需求,而且可以更好地满足企业未来业务增长的需求。
作为一种网络体系结构,目前光纤通道SAN的性能已趋于稳定。然而,如同任何其他网络系统一样,故障的发生将是不可避免的,因此网络的管理性能是至关重要的。对SAN传输的管理是用户选择光纤通道产品的一个关键的性能指标。当故障出现时,能否立即通知管理员迅速采取补救措施,将是许多企业十分关注的问题。管理应用(例如Vixel的SANInSite)可以前瞻性地孤立出传输过程中所出现的问题,并可使系统继续正常运行。先进的诊断工具和性能监视工具可帮助管理员使SAN的无故障时间达到最大化,维护用户对数据的正常存取。把SAN管理程序集成于更高水平的管理框架(例如Transoft的FibreNet、CAUnicenter和HPOpenView),可以提供对所有网络部件的企业级管理。
目前,光纤通道SAN已发展成为一种成熟、可行的存储管理技术,针对这一技术的新的软件应用和新的硬件产品正不断推出,不断改善着存储网络的性能。 预计随着电子商务和Internet业务的日趋增多,光纤通道SAN和“.com”将会成为更多企业的最佳配置选择
 
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