虚拟存储区域网络技术及其发展24852.docx

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1、虚拟存储区域网络技术及其发展 郑晓虎摘要: 为了持持续提高高企业生生产效率率并改善善客户关关系，大大多数企企业都在在部署数数据密集集型企业业应用，如如企业资资源规划划（ERRP）、制制造执行行系统（MMES）、电电子商务务平台等等。这种种形势导导致了信信息和数数据量的的迅猛增增长。如如何有效效地管理理日益增增加的存存储数据据、减少少工作的的复杂度度、避免免存储资资源浪费费并降低低存储成成本、简简化数据据集中的的管理并并降低管管理的成成本？ 关键词:SStorragee Arrea Nettworrk（SSAN），Virtual Storage Area Network （VSAN），Inter

2、-VSAN Routing （IVR），IP的光纤通道（FCIP）。数据的存储储方式经经过了较较长时间间的演进进，而存储储设备和和服务器器之间常常见的连连接方式式有三种种，第一一种方式式是将磁磁盘阵列列或磁带带库直接接挂在服服务器上上面；第第二种NNAS（nnetwworkk atttacchedd sttoraage）是通过网络连接的磁盘存储系统，存储系统直接通过网络接口与网络直接连接，由用户通过网络访问；第三种是存储设备挂在SAN上，服务器通过光纤通道访问它。SAN已经经成为了了满足高高级存储储要求的的最佳解解决方案案，SAAN不仅仅能够提提供高级级功能，能能够比直直接连接接存储（DDAS

3、）环环境提供供更大的的投资回回报。但但随着企企业的规规模成长长和应用用系统的的扩展出出现了很很多物理理和虚拟拟位置上上的分散散式存储储“孤岛”；面对对企业内内部众多多的已有有存储产产品和技技术：本本地部署署的光通通道IPPSCSSI、FFCIPP以及IInfiinibbandd，怎样样进行选选择和整整合，如如何能够够用互补补的方式式来创建建最佳的的、最有有效的存存储结构构。1. SAN的技技术发展展Storaage Areea NNetwworkk（SAAN）是是针对大大容量服服务应用用环境下下的存储储解决方方案，它它是位于于服务器器后面的的存储网网络，所所有的服服务器可可以通过过这个网网络对

4、任任意的存存贮介质质进行读读取和写写入，而而且通过过采用特特定的网网络传输输介质使使得SAAN可以以扩展到到广域，实实现异地地备份和和恢复。由由于SAAN技术术是建立立在（1-2）GGb/ss的光纤纤通道上上面的.1.1. SAN的局局限性随着SANN技术的的普及，SSAN已已经从为为小型隔隔离SAAN岛提提供连接接的基于于仲裁环环集线器器的小网网络发展展为当今今连接数数百台设设备的大大型SAAN网络络。像以以太网发发展过程程中需要要考虑可可扩展性性和永续续性一样样，依靠靠一个SSAN网网络连接接众多设设备也会会降低SSAN的的永续性性和稳定定性。另另外，以以前只局局限在一一个数据据中心内内，

5、专为为一个应应用或一一个部门门使用的的SANN网络，现现在可能能已经跨跨越国界界或洲界界。大型型SANN网络的的优势是是能够集集中管理理，能够够更加有有效地使使用网络络资源（端端口、IISL），但但是，为为保证扩扩展过程程中能够够保持适适当的永永续性，原原有SAAN交换换机的体体系结构构以及基基础光纤纤通道协协议本身身很快就就会达到到使用极极限。SAN的信信息传输输协议与与以太网网协议一一样，光光纤通道道属于交交换式第第2层协议议，由于于没有等等级网络络域概念念，因而而不能将将控制协协议和消消息传送送隔离和和限制在在网络的的某个分分区。与与以太网网类似，光光纤通道道在一定定网络范范围内（例例如

6、分区区）使用用一套网网络faabriic控制制协议，以以及交换换机产生生的一套套状态变变化通知知。因此此，即使使是本地地的光纤纤通道控控制协议议消息也也只能在在小Faabriic网络络范围内内传送，因因此，它它们的影影响只局局限在FFabrric之之内。这这种体系系结构上上的缺陷陷会在网网络中形形成很大大的高可可用性漏漏洞，尤尤其是地地理分布布范围较较大的SSAN。造造成这种种高可用用性风险险的原因因是，潜潜在干扰扰性局域域控制协协议事件件可能会会干扰到到扩展链链路两边边的整个个Fabbricc网络。特特别是在在大型网网络结构构中随着着站点增增多后SSAN需需要多个个FC交交换机二二级连接接，

7、增加加了连接接点扩大大了域范范围，稳稳定性下下降。1.2. SAN的发发展在IP世界界里，随随着IPP网络的的持续扩扩展，第第2层VLAAN技术术与第33层IP路由由协议的的使用，不不但能将将错误分分区限制制在IPP子网边边界内，还还能实现现这些分分区之间间的必要要连接。但但是，作作为第22层基础础协议的的光纤通通道并不不具备这这种错误误分区隔隔离功能能。如果果想不断断推进能能够降低低成本的的融合SSAN基基础设施施的发展展，又不不降低这这些环境境的稳定定性或安安全性，必必须在SSAN内内实现这这一功能能。为将传统数数据网络络中的可可扩展性性和稳定定性延伸伸到SAAN领域域中，世世界著名名IT

8、网网络企业业推出了了存储网网络交换换机，采采用了很很多创新新技术（VVSANN、IVVR）。与与其它传传统数据据网络一一样，虚虚拟SAAN（VSAAN）和和VSAAN间路路由等新新型数据据中心技技术，以以及FCCIP等等集成式式SANN扩展传传输方式式能够提提高光纤纤通道SSAN的的可扩展展性和永永续性。2. VSAN的的技术发发展VLAN是是一种能能够分成成多个逻逻辑部分分和分区区的特殊殊SANN。VSSAN 能够克克服当今今存在的的许多网网络分区区限制，目目前已经经被ANNSI T-111 委委员会定定为行业业标准。2.1. ANSI T-111 的的标准 ANSSIT111.331）.V

9、SSAN的的帧头格格式：FC-FSS-2 VirrtuaalFaabriicTaaggiing（VVFT）HHeadder（88byttes）R_CTLL(0x500h)Ver0x00bbFrameeTypeRSVDRSVDUserPriorrityyVF_IDDRSVDHopCttRSVD8241131218242）.VSSANss的EIISL ：EISL（增强型型ISLL链路）为每个个帧增加加的标记记信息，在VSSAN成成员端口口和EIISL链链路上,每个单单独的虚虚拟结构构使用基基于硬件件的帧标标记来相相互隔离离。 EIISL 头SOF (Start of Frame) EISL Hea

10、der FC Header Payload CRCEOF (End of Frame) 4B8B24B0-2112B4B4B在VSANN的中继继中每一一个帧将将在头部部增加额额外的88个byytess的开销销，具体体如下：User priioriity-3 bbitss 用于于QOSS，指定定帧的优先先级；VSAN ID-12 bitts 用用于为划划分的每每个详细细VSAAN分配配标签，可可以提供供40996个VVSANNs;MPLS flaag-11 biit 为为指定隶隶属于MMPLSS的帧作作标记；Time-to-livve(TTTL)-8 bitts 用用于解决决路由环环；其他的包括

11、括版本、帧帧的类型型及保留留区域。2.2. VSAN 网络存存储架构构VSAN网络存储示意图在VSANN型网络络中，称称为EIISL的的通用IISL同同时为多多个VSSAN服服务。来来自所有有VSAAN的流流量都将将打上VVSANN成员信信息标记记，通过过通用IISL传传输，都都仍然保保留逻辑辑上的隔隔离。VSAN的的网络结结构中通通过部署署智能化化网络存存储交换换机整合合iSCCSI、FFICOON、FFC等存存储设备备的接口口，通过过VSAAN可以以把iSSCSII的主机机、FCC设备、FFICOON设备备划分成成相同或或不同的的VSAAN成员员，从而而达到资资源共享享和安全全控制的的目的

12、。2.3. VSANss的工作作方式与VLANN和以太太网相似似，称为为EISSL的VSAAN型ISLL能够承承载与交交换机间间多个VVSANN相关的的光纤通通道流量量。利用用EISSL，可可以为多多个虚拟拟网络提提供相同同的交换换机间链链路，并并对每个个VSAAN实施施最终的的流量控控制。另另外，利利用Poort Chaanneel，还还可以将将多个（E）ISL捆绑汇聚在一起，形成永续性和带宽更高的大型虚拟（E）ISL。l VSANss可以提提供的主主要功能能体现在在两个方方面：1）.为物物理位置置隔离的的计算机机存储设设备（hhostts、ddiskks等）打打上EIISL的的标签，用用于

13、区分分这些存存储设备备隶属于于不同的的VSAANs.EISSL的标标签只在在需要建建立EIISL链链路的互互联的交交换机上上实施即即可，不不需要对对计算机机存储设设备作任任何设置置。2). 针针对每一一组相同同的Fiibree Chhannnel Serrvicces创创建相应应的1个个新的VVSANN，用于于实现SServvicees的隔隔离，每每个Seerviicess运行在在一个独独立的组组内进行行单独管管理来和和配置。注注：Seerviicess包括ZZonee seerveer ,namme sservver,mannageemennt sservver, prrincciplle

14、sswittch eleectiion 等。l VSANss、TEE_Poortss、PoortCChannnells的关关系如何在存储储交换机机上建立立EISSL及各各种端口口之间的的关系是是如何匹匹配的是是组建VVSANNs网络络的基础础。Trunkk建立的的必要条条件：1).创建建Truunk 的E_Porrt(TTE_PPortt)，需需要在存存储交换换机上指指定端口口作为创创建Trrunkk的E_Porrt端口口，TEE_Poort建建立后就就允许本本地的所所有VSSANss(1-40993)的的信息通通过此端端口。2).增强强性ISSL的链链路，EEISLL的链路路必须建建立在22

15、个成对对的TEE_Poort上上，EIISL的的链路上上承载着着每个VVSANN的控制制协议信信息并提提供ISSL的功功能，通通过EIISL可可以提供供远距离离的传输输如DWWDM、FFCIPP等。PortCChannnells的特特性：PortCChannnells能够够把多条条EISSL链路路捆绑，组组建成11个链路路通道传传输用户户数据。创建PorrtChhannnelss的每个个链路的的TE_Porrt端口口优先级级必须一一致，VVSANNs必须须是可用用的。Port Chaanneel技术术能够为为每个EEISLL链路提提供高可可靠和快快速恢复复的功能能，并能能够为用用户信息息提供多

16、多条传输输路径提提高链路路冗余功功能。l VSANss的局限限性VSAN不不但有助助于开发发规模更更大、永永续性更更高、可可管理性性更好的的SANN网络，还还有助于于建立端端口数量量高于110000的Fabbricc网络。但但是，VVSANN的设计计有一个个局限。由由于所有有流量都都被隔离离在相应应VSAAN之内内，因此此，与FFabrric网网络相连连的设备备只能包包含在一一个VSSAN中中。虽然然对于多多数主机机HBAA连接，这这都不成成问题，但但是，如如果想在在包含多多个VSSAN的的多个应应用和/或多个个部门之之间共享享更多存存储阵列列端口，问问题就暴暴露出来来了。在在长距离离的扩展展

17、网络解解决方案案中，用用户可能能并不希希望利用用高延迟迟传输服服务扩展展通用网网络或VVSANN，并以以此提高高网络永永续性。为为使VSSAN解解决方案案满足这这些要求求，必须须采用被被称为VVSANN间路由由或IVVR的VSAAN技术术扩展。3. VSAN间间路由VSAN间间路由（IIVR）技技术：实实现不同同的VSSAN之之间IPP路由的的传输，类类式于三三层网络络交换机机。磁带驱动器器或大型型子系统统等设备备通常会会出现在在多个VVSANN中。利利用VSSAN间间路由（IVR）技术，可以建立从一个VSAN到不同VSAN内多台设备的路径，而且不需要合并单个VSAN Fabric网络，即不会

18、造成错误分区融合。如果没有IVR功能，大型磁盘阵列等设备必须与它想参与的所有VSAN的特定交换机端口相连。利用IVR技术，只需要定义多个VSAN中需要连接的设备IVR分区，共享设备就可以在多个VSAN之间通信，而且不需要合并参与的虚拟Fabric网络（VSAN）。3.1. VSAN间间分区（IVZ）VSAN间间路由技技术的最最大优点点之一是是易于供供应和管管理。IIVR的的主要功功能之一一，即IIVR与与iFCCP等其其它方法法之间的的主要区区别是，IVR的供应是利用已知步骤提供给SAN管理员的。利用SAN管理员再熟悉不过的分区管理步骤和管理任务，只需定义一种称为VSAN间分区的新型分区，就可

19、以建立VSAN间路由实例。VSAN间分区的定义方法与其它分区相同，但它包含参与了边缘VSAN，需要跨VSAN连接的设备。IVR技术能按照VSAN间分区的定义自动确定哪些路径和名称服务器需要交叉传播。利用类似的分区机制，SAN管理员不需要学习iFCP（McDATA开发的SAN互联方案）和iSNS或新的管理工具就可以管理IVR服务。3.2. IVR的网网络架构构IVR的网络架构示意图为了实现IIVR连连接，网网络中至至少有一一台交换换机必须须作为传传输或IIVR边边界交换换机，以以提供VVSANN之间的的传输路路径。在在图中，VSAN A中的设备p1需要与VSAN C中的设备p2通信。边界交换机作

20、为独立VSAN中设备间的传输交换机，可以利用多台IVR边界交换机提供冗余路径。边界交换机只将某些FSPF（交换结构最短路径优先）路径加入相应的本地VSAN，这些本地VSAN与需要IVR连接的预定IVR型VSAN中的设备有关。换言之，只有通往包含这些设备的预定IVR VSAN中的域（交换机）的FSPF路径，才会交叉传播。另外，包含预定VSAN间分区内通信设备的身份识别的名称服务器数据库项，也将在规定的IVR VSAN内交叉传播。如果所有设备都包含在一个VSAN中，每台交换机里的所有数据库信息都将同步。利用IVR特性，按照VSAN间分区的规定，只有需要IVR通信的设备的一小部分路由和名称服务器信息

21、才需要交叉传播，而且不需要合并参与的虚拟网络（VSAN）。3.3. IVR实现现的优点点IVR方法法对SAAN互联联的一个个优点是是，IVVR依靠靠标准FFSPFF（交换结结构最短短路径优优先）路由实实现路径径选择和和路径永永续性。利利用iFFCP等等其它互互联解决决方案，由由于可以以转换为为iFCCP，因因而没有有端到端端使用FFSPFF协议，也也就没有有端到端端路由智智能和永永续性。iFCP等解决方案严格依赖基于逐级的多路径解决方案提供永续性。但是，由于IVR通过IVR边界交换机传播某些FSPF路径，因而可以使用简单的标准FSPF从端到端网络角度选择路径和确定冗余路径。对于iFCP的解决方

22、案不能担保的拓扑中的任何路径故障，这个功能都能提供快速、可靠的恢复机制。3.4. IVR通道道(Trranssit)VSAAN通道VSAN的网络架构图对扩展SAAN DDR解决决方案特特别有用用的另一一个IVVR配置置选项是是使用IIVR通通道VSSAN。通通道VSSAN是是用于连连接两个个边缘IIVR VSAAN的VSAAN，有有了它，无无需从一一个IVVR VVSANN扩展到到另一个个VSAAN就能能建立IIVR服服务。事事实上，通通道VSSAN能能够扩展展边界交交换机的的范围，到到达参与与的各IIVR VSAAN。如图“IVVR的网网络架构构示意图图”所示，设设备需要要通信的的两个边边缘

23、IVVR VVSANN已经与与普通VVSANN边界交交换机相相连。在在这个简简单的配配置中，不不需要通通道VSSAN。事事实上，虽虽然通道道VSAAN通常常是任选选设备，但但在某些些配置中中，最好好保持隔隔离状态态，例如如广域网网SANN扩展解解决方案案。如图图“通道VVSANN的网络络架构图图”所示的的通道VVSANN可用于于连接广广域网上上三个不不同的边边缘VSSAN。值值得注意意的是，通通道VSSAN中中也可以以包含各各种设备备，而且且边缘VVSANN之间可可以存在在多个通通道VSSAN。IVRR建立IVVR服务务时，不不需要将将任何边边缘IVVR VVSANN扩展到到普通边边界交换换机

24、。在在这个例例子中，这这种做法法不需要要在高延延迟长途途网上扩扩展本地地IVRR VSSAN。IVR型VVSANN A和VSAAN BB的网络络控制流流量在边边界交换换机处本本地终止止，IVVR型VSAAN C的控制制流量在在远程边边界交换换机处本本地终止止。通道道VSAAN是横横跨边界界交换机机间广域域连接的的唯一VVSANN。因此此，发生生在每个个边缘IIVR VSAAN中的的网络事事件，无无论是普普通控制制流量，还还是错误误事件，都都将局限限在各自自的边缘缘VSAAN内，不不会穿越越和影响响其它IIVR型型VSAAN或通通道VSSAN。在在稳定环环境中，参参与IVVR的所所有交换换机都将

25、将交换巨巨大的控控制流量量。在某某两台交交换机之之间的正正常ISSL链路路初始化化过程中中，交换换机将交交换少量量控制协协议信息息。除这这些信息息外，位位于通道道VSAAN边缘缘的两台台交换机机还将交交换严格格属于将将通过通通道VSSAN建建立IVVR连接接的那些些设备的的 FSSPF和和名称服服务器数数据库信信息。这这种交换换为需要要IVRR连接的的每台设设备增加加了大约约相当于于两个光光纤通道道帧的流流量。与iFCPP等其它它互联方方法相比比，IVVR解决决方案的的另一个个优点是是，它对对通道VVSANN可以使使用的传传输技术术没有限限制。IIVR服服务严格格依赖基基本光纤纤通道服服务，因

26、因而可以以利用光光纤通道道能够使使用的所所有传输输选项，例例如光纤纤通道本本身、DDWDMM/CWWDM传传输、SSONEET传输输或FCCIP。在在基于iiFCPP的解决决方案中中，iFFCP必必须是以以太网/IP协协议，不不需要增增加网关关设备。4. 结论通过VSAANs+IVRR技术组组合能够够满足许许多SAAN孤岛岛互联的的需求；SANN的结构构可以从从原来的的物理结结构升级级为逻辑辑的虚拟拟存储结结构；VVSANNs结构构为业务务提供接接入，不不需要额额外的设设备，连连接，配配置命令令即可；可以为为业务提提供精确确的端口口；可以以为不同同类型的的应用提提供不同同的存储储服务而而不需要要重新构构建物理理架构；不需要要配置ZZonggingg即可以以分隔不不同类型型的OSS，保障障安全性性；动态态地扩展展和收缩缩VSAANs不不会对他他的VSSANss造成影影响。5. 参考文献献VIRTUUAL FABBRICCS AAND INTTER-FABBRICCS RROUTTINGGAllex Fenng CISCOO数据中中心容灾灾及业务务永续解解决方案案CISSCO版版权SAN互联联解决方方案技术术白皮书书CCISCCO版权权