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SAN技术及其在电信网络中的应用
 
慧聪网   2005年12月20日14时46分   信息来源:现代通信    

  信息时代的一个主要特点是,人们面对着与日俱增的各种信息,数据量爆炸性地增长。与此相对应的是,网络的发展一直致力于提供更好的服务、更高的带宽和利用率;同时,人们始终期待有更好的解决方案能够得到有高度扩展能力的、更安全的环境。 这就要求网络在技术上必须进一步发展,以提供高效安全的数据存储和备份、动态高速的数据迁移,来满足这样的需要。

  但传统的基于TCP/IP技术的网络提供这类需求显得力不从心。首先,以太网并不适合大数据量的传送,只能以异步方式实现数据的迁移,而且必须消耗大量的主机CPU资源,还会出现应用软件信息传输的中断和阻塞;其次,在分布式存储的计算环境中,各个信息中心是相互独立的计算孤岛,用户对数据的备份、同步、集群计算需要通过网络进行传送,这对网络产生很大的带宽压力,对数据的管理也将是复杂的。

  因此,一种新的信息存储、共享、传输和处理网络——SAN(Storage Area Network)应运而生。

  SAN的基本原理

  SAN的概念是在1998年首次提出的。它是一种可使服务器与诸如大磁盘阵列或备份磁带库等存储设备之间进行“any to any”连接通信的存储网络系统,它通过一个单独的、专用的网络,把存储设备和服务器连在一起。SAN置于LAN之下,而不涉及LAN。由于允许任何服务器连接到任何存储阵列,所以不管数据置放在哪里,服务器都可直接存取所需的数据。SAN中的各种设备在地域上是可以分散的。

图1 SAN示意图

图1 SAN示意图

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  SAN突破了传统的SCSI技术在带宽、安全性、连接柔韧性方面的局限,用一种串行的、无阻塞的、专门为数据传输而优化设计的新通道技术——光纤通道协议,实现以前无法或很难实现的应用模式。光纤通道很好融合了通道和网络技术的优势,具有更高的带宽、更长的连接距离、更好的安全性和扩展性,因而创造出一个有别于LAN的、高带宽的、直接面向存储体的新型存储区域网络。

  光纤通道既有单通道的特点,又有网络的特点,可在所连接的设备之间,提供点到点的直接连接或交换的点到点连接,因此可以避免大流量数据传输时,容易发生的阻塞和冲突,非常适合高速和不间断视频数据流的传送。通道的作用是尽可能快地把数据从A点传送到B点。目的地的地址不仅是预先确定的,而且两点之间是用实际线路连起来的,数据除了去目的地不可能去其他任何地方,这使得纠错过程简单,可由硬件完成,也不需要路由选择和地址分辨。因此,在传输的数据分组中,不需要携带任何地址和纠错信息,分组开销小。由于点到点的性质和有限的处理要求,通道连接大多可以由硬件实现。

  光纤通道技术是ANSI为网络和通道I/O接口建立的一个标准集,与协议无关,有很好的通用性,是一种通用的传输机制。它能将网络和设备的通信协议与物理传输介质隔离开,多种协议可在同一个物理连接上同时传送。高性能存储体和宽带网络使用单一的I/O接口,使得系统的成本和复杂程度大大降低。光纤通道技术能够承载SCSI、ATM、IP-SAN(基于TCP/IP的SAN网络,使用了iSCSI技术)、802.2等上层协议,适用范围广;可提供从小型到超大型的多性价比系统;同时兼容现有的多种指令集,支持传统的环境和应用。

  光纤通道技术支持多种拓扑结构,主要有点到点、仲裁环、交换式网络结构。采用仲裁环拓扑结构时,单环最多可接126个设备。出于实时传输视频数据的需要,以最高画质的数据流来计算,一个用户级仲裁环可容纳4~12个稳定运行的用户。如果通过Switch扩充至交换仲裁复用结构,则可扩充客户端数量至1 600万个。

  光纤通道技术使用全双工串行通信原理传输数据,速度快,延迟小。目前的理论速度已可达2Gbit/s,不远的将来还会提升到10Gbit/s。现在,采用光纤通道技术的硬盘存取速度实际已达200MB/s。光纤通道使用同轴线,传输距离为30m;使用单模光纤,传输距离可达10km以上。

  SAN特点

  SAN具有下面几个特点。

  其一,实现大容量存储设备数据共享。SAN提供的大容量存储设备共享解决方案,能够形成大型的SAN共享存储池,满足目前计算机应用要求的越来越大的存储量。

  其二,提供更高速的数据传输。SAN采用光纤网,提供了主机和存储设备之间Gbit/s的高速互联,提升了主机系统的存储带宽。又由于大量数据存在于高速的SAN存储池中,因此,减轻了服务器与客户机间的通信带宽,为基于Internet/Intranet或 Client/Server结构的大容量数据的频繁访问及快速处理,奠定了完备的物理基础。

  其三,提供方便的连接和更远距离的传输。由于采用了光纤通道技术,因此SAN中的设备连接距离可达10km(SCSI只有25m);如果使用光纤扩展连接设备则可达80km。

  其四,实现主机和存储设备的分离。主机和存储设备的分离是当今计算机发展的一大趋势。多台服务器共享SAN上的存储设备,大大改进了向服务器分配磁盘空间的方法,比如,可针对系统具体需求向服务器分配适用的存储类型。存储与服务器相分离,使得SAN中的主机、存储设备和磁带设备,不但在物理位置安排上十分灵活,而且可以方便地将设备群进行逻辑上的划分,还允许用户随时添加所需的存储空间。

  其五,兼容以前的SCSI存储设备。现在已经有一些Bridge可以将SCSI存储设备,如外接磁带、磁盘阵列和磁带机及磁带库等连接到光纤通道SAN上,这样可以保护用户以前的投资

  其六,减少网络的复杂性。SAN可以腾出服务器的扩展插槽,允许用户不断地向其添加存储设备。服务器仅需要与SAN的单一连接,不会被文件服务任务所累,在复杂性降低的同时又可能拥有更长的生命。在 SAN中传输数据,还可减少广域网的负担,并有望延长这些设备的寿命。

  其七,提高数据的可靠性和安全性。在以前的SCSI中,系统某一部分的损坏可能引起多个存储设备失效。在SAN中,则可采用双环方式建立存储设备和计算机间的多条通路,提高数据的可用性。可以建立VPN提高数据的可靠性和安全性。还可以通过建立双机容错、多机集群,实现RAID校验等方式,进一步保证数据的安全性和作业的连续性。

  SAN和NAS比较

  在目前的网络存储领域中,除SAN外还有一种网络存储方式 NAS (Network Attached Storage)。NAS也不像传统的存储那样,直接将存储设备连接到服务器上,而是将存储设备连接到现有的基于IP的网络上,提供数据和文件服务。NAS采用一个面向用户设计的、专门用于数据存储的简化操作系统,内置了与网络连接所需的协议,因此整个系统的管理和设置较为简单。NAS是即插即用产品,并且物理位置灵活,可放置在工作组内,也可放在其他地点并与网络连接。NAS和SAN都适应了网络成为主要信息存储和处理模式的发展趋势,它们各有特点。如表1所列,NAS安装管理方便,价格平民化,适合中小级别的存储需求。而SAN适用于大型的企业级数据存储、服务器集群、远程灾难恢复、Internet数据服务等领域。通过NAS网关可以组成SAN和NAS混合存储网络,最大限度地利用网络化存储。

  当前,SAN和NAS因满足用户的不同层面应用需求而共存,但随着iSCSI、Infiniband等新技术的不断出现,未来的SAN、NAS可能逐渐走向统一。

  SAN在电信网络中的应用

  当前,电信企业正逐渐从单纯的通信运营商向信息通信商和信息服务商兼顾的方向转变,这既是社会信息化发展的需要,也是电信企业在信息时代调整自身定位以适应新环境的需要。在以信息通信和信息服务为目标的新型网络建设中,存储系统的地位非常特殊,其结构往往决定了整个系统的体系结构及功能。存储策略的设计和实施计划一定要仔细斟酌,要符合存储设备的高性能和高容量、数据存取的高可用性以及数据的高保护性、可扩展性、可管理性,以达到建立一个强大的、高性能的、高度可靠的电信级信息存储管理平台。传统的直连方式存储模式无论在规模上,还是在安全上或是性能上,都无法满足电信级存储的需求,SAN技术的出现正可以满足电信行业对电信级存储系统的迫切需求。现在,在海量存储系统、E-mail存储及备份设备、内部营账系统等许多电信的信息网络系统中,已能见到SAN的身影。

  SAN的高速、大容量、易扩展等优点,特别适合于电信企业正在努力发展的网络视听业务。众所周知,数字视频具有数据存储量大、码流高、实时性强等特点。随着互联网技术的发展,接入带宽的不断增加,用户对网络视频的质量要求也不断提高,已不满足数百kbit/s的低质量画面,而是要求标准清晰度甚至高清晰度的优质视频。这就要求应用于网络视频的存储技术和产品必须具有足够的带宽,满足大量用户的并发点播的需要。SAN技术中的服务器与存储设备分离的概念、增强的数据调度和处理能力,以及大型数据(读写视频和音频)的传输能力,正是解决上述问题的合适选择。同时,随着广播式的编辑、播控、发布、播放等综合体系和流程在电信企业视频通信服务中心的出现,SAN为利用网络来实现视频节目存储、制作、播出、管理的一体化提供了解决方案,有助于电信企业早日提供广播级的视频服务。

 
作者:张郑擎 
 
 
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