存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是個(gè)很寬泛的話題，可以有各種不同的組成類型來(lái)滿足預(yù)算和存儲(chǔ)空間兩方面的需要。存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能幫助我們滿足現(xiàn)有的存儲(chǔ)需求甚至能以此推斷出未來(lái)需求的趨勢(shì)。其中一些技術(shù)在生產(chǎn)環(huán)境中已經(jīng)或者正在得到證實(shí)。另外的一些則相對(duì)較新，或者還沒(méi)有很好的市場(chǎng)認(rèn)可，未來(lái)相對(duì)有更多的未知。

 

 

　　存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)類型包括有直連型存儲(chǔ)(DAS)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)(NAS)以及存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)。我們也會(huì)關(guān)注存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中與接口有關(guān)的技術(shù)，包括大家所熟悉的光纖通道(FC)、iSCSI以及SAS，另外還包括有相對(duì)較新，使用人群也較少的基于以太網(wǎng)的光纖通道(FCoE)。同樣我們也會(huì)了解文件服務(wù)器接口，例如我們常見(jiàn)的CIFS以及NFS兩種協(xié)議。之后我們也會(huì)學(xué)習(xí)I/O虛擬化相關(guān)的技術(shù)，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)為我們帶來(lái)許多有意思的結(jié)果。

 

　　曾經(jīng)有過(guò)有關(guān)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)諸多類型中究竟哪一種應(yīng)用最廣泛、最受歡迎的討論，大家也預(yù)言了哪些技術(shù)會(huì)被淘汰。在查閱了研究機(jī)構(gòu)IDC有關(guān)根據(jù)主機(jī)接口類型排名的存儲(chǔ)反饋來(lái)看，我們發(fā)現(xiàn)直連型存儲(chǔ)DAS、光纖存儲(chǔ)、iSCSI存儲(chǔ)以及NAS存儲(chǔ)各自都有數(shù)十億甚至上百億的業(yè)務(wù)額，并且誰(shuí)都沒(méi)有退出市場(chǎng)的趨勢(shì)。此外，它們中的每種都正努力在未來(lái)幾年在裝機(jī)容量上繼續(xù)達(dá)到新高度。

 

 

　　直連型存儲(chǔ)是最常見(jiàn)也最為人們所知的存儲(chǔ)類型。在DAS部署環(huán)境中，主機(jī)可以有專用接口直接連到后端存儲(chǔ)設(shè)備上并且對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備有完全控制權(quán)。這種部署方式相對(duì)簡(jiǎn)單且成本較低。而這種方式潛在的問(wèn)題在于，宿主計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)本身的連接通常是很有限的，比如主機(jī)和存儲(chǔ)可能在同一個(gè)機(jī)柜里或者在相鄰的機(jī)柜里。

 

　　然而SAS，也是直連型存儲(chǔ)的一種，正逐漸在一些存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中得以應(yīng)用。SAS交換機(jī)最近也在市場(chǎng)出現(xiàn)因?yàn)樗�提供了一種相對(duì)簡(jiǎn)單的方式以幫助在特定數(shù)量的服務(wù)器中間共享存儲(chǔ)。

 

 

　　NAS設(shè)備，也是我們常說(shuō)的文件服務(wù)器，通過(guò)以文件共享或者掛載點(diǎn)共享的方式將存儲(chǔ)資源共享到客戶端上。這些客戶端用CIFS/SMB或者NFS這樣的網(wǎng)絡(luò)文件訪問(wèn)協(xié)議來(lái)讀取存放在文件服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。因?yàn)镹AS設(shè)備本質(zhì)上是走網(wǎng)絡(luò)的，存儲(chǔ)設(shè)備往往和客戶端是分開(kāi)的。

 

　　對(duì)于運(yùn)行在Windows設(shè)備上的文件服務(wù)器，或者是需要將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)共享給windows平臺(tái)客戶端的時(shí)候，使用的是CIFS/SMB協(xié)議。微軟公司一直在致力于這項(xiàng)協(xié)議的開(kāi)發(fā)和增強(qiáng)。Windows 7和 Windows Server 2008版本使用的是SMB 2.1版本，和早期的版本相比性能上有了不同程度的提高。早期的版本包括有Samba 3.6、SMB協(xié)議是2.0版本的，還有SMB1.0的版本。

 

　　運(yùn)行在Unix或者Linux上的文件服務(wù)器支持的是NFS協(xié)議。NFS主要的版本包括NFSv2, NFSv3和NFSv4。其中NFSv3版本看起來(lái)相對(duì)是部署最為廣泛的，它對(duì)于需對(duì)應(yīng)用和環(huán)境都是可以勝任的。NFSv4增加了性能和安全性方面的提升，因而也成為了穩(wěn)定的協(xié)議。NFSv4中包括的新特性有進(jìn)程以及目錄指定功能和并行NFS(pNFS)。pNFS協(xié)議在集群環(huán)境中可以允許對(duì)多臺(tái)服務(wù)器的并行訪問(wèn)。

 

 

　　iSCSI協(xié)議在使用以太網(wǎng)架構(gòu)的同時(shí)也充分利用了SAN網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)。iSCSI存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)由于其成本上的優(yōu)勢(shì)以及簡(jiǎn)單易擴(kuò)展，通常部署在中小企業(yè)環(huán)境下。對(duì)于大規(guī)模企業(yè)環(huán)境，尤其是針對(duì)10GbE的環(huán)境，也能擴(kuò)展上去。

 

　　由于iSCSI本身是依賴于底層的TCP/IP協(xié)議，因此它也可以運(yùn)行在現(xiàn)有以太網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，而無(wú)需專門準(zhǔn)備一條用于iSCSI數(shù)據(jù)流的鏈路。理論上說(shuō)，iSCSI可以使用任意速率的以太網(wǎng);然而，最佳實(shí)踐建議我們使用千兆或者更快的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，iSCSI將能運(yùn)行在任意以太網(wǎng)速率上，不論是40Gbps還是100Gbps。

 

　　虛擬化環(huán)境可以通過(guò)虛擬層充分利用iSCSI網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)或者繞過(guò)虛擬層，從客戶端虛擬機(jī)上直接訪問(wèn)iSCSI存儲(chǔ)。

 

　　隨著10GbE以太網(wǎng)的發(fā)展，iSCSI逐漸成為企業(yè)在籌劃未來(lái)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)中心發(fā)展規(guī)劃時(shí)的著眼點(diǎn)。許多現(xiàn)有的iSCSI存儲(chǔ)都有類似的高級(jí)特性，比如復(fù)制功能、精簡(jiǎn)配置、壓縮功能、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除功能以及其他企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心環(huán)境所必備的功能。對(duì)于需要現(xiàn)代存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，iSCSI和FC及其他接口一樣，都是主機(jī)必備接口。

 

 

　　光纖通道在設(shè)備級(jí)磁盤驅(qū)動(dòng)器接口以及SAN網(wǎng)絡(luò)接口中得以應(yīng)用，并已經(jīng)有大約15年的歷史。光纖通道攜帶著SCSI命令通過(guò)銅口或者光纖口傳輸?shù)皆O(shè)備上。光纖通道的速率發(fā)展也是驚人的，幾乎每三到四年就會(huì)翻番，2008年升級(jí)到8Gbps，四年后的今天，16Gbps的產(chǎn)品也開(kāi)始問(wèn)世。幾乎所有的高端存儲(chǔ)系統(tǒng)以及許多的中端存儲(chǔ)系統(tǒng)都會(huì)使用光纖通道作為主機(jī)接口或者眾多接口中的一個(gè)。

 

　　企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)上配備了光纖通道作為磁盤驅(qū)動(dòng)器的接口，單個(gè)磁盤速率最多能達(dá)到4Gbps。業(yè)內(nèi)也正由用于企業(yè)級(jí)環(huán)境的光纖通道磁盤轉(zhuǎn)向更快的6 Gbps的SAS盤，同樣也包括傳統(tǒng)硬盤和固態(tài)硬盤。

 

　　光纖通道為非傳統(tǒng)局域網(wǎng)提供了一個(gè)獨(dú)立的高性能、高可用性和高可擴(kuò)展性的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在如果看到一套系統(tǒng)中有成千上萬(wàn)個(gè)光纖通道端口也已經(jīng)不是一件鮮有的事情。

 

　　部分16Gbps的光纖SAN產(chǎn)品將在今年年底問(wèn)世。適用于此類設(shè)備的環(huán)境包括有大型虛擬化服務(wù)器環(huán)境、服務(wù)器加固環(huán)境以及多服務(wù)器應(yīng)用。企業(yè)級(jí)應(yīng)用中廣泛使用固態(tài)硬盤的趨勢(shì)增長(zhǎng)也幫助16Gbps速率的產(chǎn)品的市場(chǎng)進(jìn)程。此外，存儲(chǔ)廠商們已經(jīng)開(kāi)始著手研發(fā)32Gbps的光纖通道的SAN接口，并期望于三到四年后問(wèn)世。

 

 

　　基于以太網(wǎng)的光纖通道是通過(guò)一種叫做數(shù)據(jù)中心橋接的技術(shù)將光纖協(xié)議打包封裝到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)中心橋接技術(shù)將傳統(tǒng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅艽蟠筇嵘�并已�?jīng)與用于搭建10GbE架構(gòu)環(huán)境�；�于以太網(wǎng)的光纖通道能夠?qū)崿F(xiàn)讓光纖數(shù)據(jù)在10Gbps速率的以太網(wǎng)鏈路上傳輸，并能夠與現(xiàn)有光纖存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)相兼容。

 

　　基于以太網(wǎng)的光纖通道為我們提供了全新的交換機(jī)和適配器接口。能支持這項(xiàng)技術(shù)的以太網(wǎng)需要能支持?jǐn)?shù)據(jù)中心橋接，而新的主機(jī)適配器則是眾所周知的聚合網(wǎng)絡(luò)適配器，因?yàn)樗鼈冃枰�同時(shí)支持以太網(wǎng)和光纖通道。一些聚合網(wǎng)絡(luò)適配器能支持基于以太網(wǎng)的光纖通道和iSCSI的全硬件卸載功能。等同的，光纖通道主機(jī)適配器(HBA卡)也能為光纖通道支持全硬件卸載功能。數(shù)據(jù)中心橋接交換機(jī)能夠在同一個(gè)連接中分別管理不同的數(shù)據(jù)流類型，除此之外，還能將總帶寬按比例分配給不同的數(shù)據(jù)流類型。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度講，通過(guò)將不同的以太網(wǎng)和光纖交換機(jī)組合起來(lái)，能夠減少存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的整體成本。

 

　　企業(yè)在規(guī)劃新數(shù)據(jù)中心或者新的服務(wù)器及存儲(chǔ)架構(gòu)各有不同，因此在使用基于以太網(wǎng)光纖通道以及數(shù)據(jù)中心橋接技術(shù)的問(wèn)題上需要仔細(xì)分析。它們?yōu)樾阅艿奶嵘�提供了可能，并且降低了所需要的適配器數(shù)量，同時(shí)降低了在現(xiàn)有光纖架構(gòu)上的電能消耗。

 

 

　　I/O虛擬化做的事情是將服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間的I/O傳輸鏈路進(jìn)行虛擬化操作，以保證能滿足服務(wù)器虛擬化性能上的需求。當(dāng)我們做虛擬化操作的時(shí)候，我們將設(shè)備的邏輯表現(xiàn)層從物理設(shè)備上去掉，使得這些資源能夠得到更為充分的利用。操作的過(guò)程可以由將設(shè)備分割成多個(gè)小的邏輯單元后再組成一個(gè)大的單元或者將設(shè)備重新表示成多個(gè)不同的設(shè)備。這種方式對(duì)于任何在服務(wù)器主機(jī)上有適配器的環(huán)境都能適用，比如說(shuō)網(wǎng)卡、RAID控制器、FC HBA卡、顯卡或者基于PCI-e口的固態(tài)硬盤存儲(chǔ)。比如說(shuō)，網(wǎng)卡teaming是我們知道的將設(shè)備重組成“更大”設(shè)備的一種方式。虛擬網(wǎng)卡則是一種基于一個(gè)物理設(shè)備來(lái)表現(xiàn)多個(gè)設(shè)備的方式。

 

　　一對(duì)有關(guān)聯(lián)的技術(shù)正開(kāi)始在業(yè)界得以實(shí)施，它們分別是單根I/O虛擬化(SR-IOV)以及多根I/O虛擬化。前者的實(shí)施難度會(huì)比后者低，但是兩者所能實(shí)現(xiàn)的效果都是令人稱道的。這些技術(shù)可以和服務(wù)器虛擬化搭配使用并允許多個(gè)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共享本地PCIe設(shè)備。單根I/O虛擬化是為多個(gè)主機(jī)操作系統(tǒng)而設(shè)定，多根I/O虛擬化則是為上面可以跑多個(gè)虛擬機(jī)的多個(gè)物理服務(wù)器來(lái)共享設(shè)備。

 

　　當(dāng)單根I/O虛擬功能的適配器放入虛擬機(jī)環(huán)境后，只要虛擬層能支持單根I/O虛擬化，那么對(duì)管理虛擬適配器的工作則由原先的虛擬層轉(zhuǎn)嫁到適配器自身上，這樣做的意義在于能大大節(jié)省主機(jī)CPU使用率并將性能提升至物理機(jī)實(shí)施水平�，F(xiàn)在市場(chǎng)上許多的以太網(wǎng)適配器，F(xiàn)C HBA卡以及RAID控制器都能夠支持單根I/O虛擬化功能。

 

　　多根I/O虛擬化將I/O虛擬化的本質(zhì)提升到了一個(gè)新的高度并提升了其跨越多個(gè)物理機(jī)平臺(tái)的能力。這樣的功能是通過(guò)將PCIe總線通過(guò)專用的PCIe總線擴(kuò)展適配器擴(kuò)展至服務(wù)器外接底盤來(lái)實(shí)現(xiàn)的。網(wǎng)卡、顯卡或者其他適配器，尤其是那些成本較高的適配器，都可以放置到外接底盤上以允許共享給多個(gè)物理機(jī)。

 

　　這樣類型技術(shù)里很有意思的一個(gè)應(yīng)用是使用有單根I/O虛擬化或者多根I/O虛擬化功能的RAID卡或者SAS/SATA適配器用于SAN環(huán)境下虛擬機(jī)的遷移操作。此外，假想如果使用能具備單根I/O虛擬化功能的網(wǎng)卡，那么就不再需要使用外部交換機(jī)了。

 

　　這一切的關(guān)鍵就是需要先得到管理程序廠商的支持。在撰寫本文的時(shí)候，暫時(shí)只有Red Hat Enterprise Linux 6支持有限類型網(wǎng)卡上實(shí)現(xiàn)單根I/O虛擬化(SR-IOV)。微軟在他們下一代Windows產(chǎn)品的特性上也守口如瓶，如果在他們的Hyper-V上看到此類技術(shù)的支持也不足為奇。就目前來(lái)說(shuō)，VMware何時(shí)支持單根I/O虛擬化還是一個(gè)未知數(shù)。