网络存储区域网络

1.SAN基本概念

SAN（Storage Area Network），译为“存储区域网络”。它是一种类似于普通局域网的高速存储网络，它通过专用的集线器、交换机和网关建立起与服务器和磁盘阵列之间的直接连接。SAN不是一种产品而是配置网络化存储的一种方法。这种网络技术支持远距离通信，并允许存储设备真正与服务器隔离，使存储成为可由所有服务器共享的资源。SAN也允许各个存储子系统，如磁盘阵列和磁带库，无须通过专用的中间服务器即可互相协作。

SAN 的接口可以是企业系统连接（ESCON）、小型计算机系统接口（SCSI）、串行存储结构（SSA）、高性能并行接口（HIPPI）、光纤通道（FC）或任何新的物理连接方法。由于SAN的基础是存储接口，所以常常被称为服务器后面的网络。它可绕过传统网络的瓶颈，通过以下3种方式支持服务器与存储设备之间的直接高速数据传输：

（1）多个服务器可以串行或并行地访问同一个存储设备；

（2）可用于服务器之间的高速大容量数据通信；

（3）可以在不需要服务器参与的情况下传输数据，包括跨SAN的远程设备镜像操作。

SAN存域区域网是一种专用网络，可以把一个或多个系统连接到存储设备。SAN可以被看成是负责存储传输的后端网络，而“前端”网络（或称数据网络）负责正常的TCP/IP传输。SAN结构如图8.22所示。

图8.22 SAN结构图

2.SAN的关键特性

SAN作为网络基础设施，是为了提供灵活、高性能和高扩展性的存储环境而设计的。SAN通过在服务器和存储设备（例如磁盘存储系统和磁带库）之间实现连接来达到这一目的。

高性能的光纤通道交换机和光纤通道网络协议可以确保设备连接既可靠且有效。这些连接以本地光纤或SCSI（通过SCSI-to-Fibre Channel转换器或网关）基础。一个或多个光纤通道交换机以网络拓（SAN架构）形式为主机服务器和存储设备提供互联。由于SAN是为在服务器和存储设备之间传输大块数据而进行优化的，因此SAN对于以下应用来说是理想的选择：

（1）集中的存储备份：其中性能、数据一致性和可靠性可以确保企业关键数据的安全。

（2）高可用性和故障切换环境可以确保更低的成本、更高的应用水平。

（3）可扩展的存储虚拟化，可使存储与直接主机连接相分离，并确保动态存储分区。

（4）改进的灾难容错特性，在主机服务器及其连接设备之间提供光纤通道高性能和扩展的距离（达到150 km）。

（5）关键任务数据库应用，其中可预计的响应时间、可用性和可扩展性是基本要素。

3.SAN的优点

面对迅速增长的数据存储需求，大型企业和服务提供商渐渐开始选择SAN作为网络基础设施，因为SAN具有出色的可扩展性。事实上，SAN比传统的存储架构具有更多显著的优势。SAN 的一个好处是极大地提高了企业数据备份和恢复操作的可靠性和可扩展性。基于SAN的操作能显著减少备份和恢复的时间，同时减少企业网络上的信息流量。例如，传统的服务器连接存储通常难于更新或集中管理。每台服务器必须关闭才能增加和配置新的存储。相比较而言，SAN 不必关机或中断与服务器的连接即可增加存储。SAN 还可以集中管理数据，从而降低了总体拥有成本。

利用光纤通道技术，SAN可以有效地传输数据块。通过支持在存储和服务器之间传输海量数据块，SAN提供了数据备份的有效方式。因此，传统上用于数据备份的网络带宽可以节约下来用于其他应用。

开放的、业界标准的光纤通道技术还使得SAN非常灵活。SAN克服了传统上与SCSI相连的线缆限制，极大地拓展了服务器和存储之间的距离，从而增加了更多连接的可能性。改进的扩展性还简化了服务器的部署和升级，保护了原有硬件设备的投资。

此外，SAN可以更好地控制存储网络环境，适合那些基于交易的系统在性能和可用性方面的需求。SAN利用高可靠和高性能的光纤通道协议来满足这种需要。

SAN的另一个长处是传送数据块到企业级数据密集型应用的能力。在数据传送过程中， SAN在通信节点（尤其是服务器）上的处理费用开销更少，因为数据在传送时被分成更小的数据块。因此，光纤通道SAN在传送大数据块时非常有效，这使得光纤通道协议非常适用于存储密集型环境。

通过将SAN拓展到城域网基础设施上，SAN还可以与远程设备无缝地连接，从而提高容灾的能力。SAN部署城域网基础设施以增加SAN设备间的距离，可达到150 km，而且几乎不会降低性能。企业可以利用这一点，通过部署关键任务应用和用于关键应用服务器的远程数据复制来提高容灾能力。备份和恢复设备是实现远程管理的需要。另外，基于交易的数据库应用从SAN部署中获益颇多。其无缝增加存储的能力可以减少数据备份的时间。

4.SAN的不足

近年来，SAN这一概念已经渐入人心。SAN可以取代基于服务器的存储模式，性能更加优越。然而，其操作性仍是实施过程中存在的主要问题。SAN本身缺乏标准，尤其在管理上更是如此。虽然光纤通道（Fibre Channel）技术标准的确存在，但各家厂商却有不同的解释，于是，互操作性问题就像沙尘暴一样迎面扑来，让人猝不及防。

一些SAN厂商通过SNIA等组织来制定标准。还有一些厂商则着手大力投资兴建互操作性实验室，在推出SAN之前进行测试。另一种途径便是外包SAN。尽管SAN厂商在解决互操作性问题上已经取得了进步，不过，专家仍建议用户采用外包方式，不要自己建设SAN。SAN的局限主要体现在以下方面：

（1）数据共享方面：在不同主机间，可以共享存储介质，但无法实现数据文件的共享。

（2）协议方面：目前FC协议还不可以进行路由，因此难以连接两个不同的SAN。

5. 互操作性协议

新一代存储卷管理和数据迁移应用正在由服务器和存储子系统进入网络，使集中管理和更具伸缩性的存储区域网架构成为可能。为了取得所要求的性能水平，基于光纤架构（Fabric）的存储应用被划分为硬件加速功能（数据通道）和非硬件加速功能（控制通道）。硬件加速功能被交给交换机或存储设备等智能SAN平台去完成。但是，存储应用和智能SAN平台使用专有的API，因而限制了厂商平台之间的迁移。

为了保证平滑的部署智能SAN基础设施，ANSI T11委员会T11.5任务组建立了一个工作小组，来定义在存储管理应用和智能SAN平台中实现的控制通道与数据通道功能之间的标准API。光纤架构应用接口标准（Fabric Application Interface Standard，缩写为FAIS）将加快产品开发速度，为用户提供更多的选择。FAIS的工作原理如图8.23所示。

图8.23 FAIS工作原理

控制通道功能与数据通道功能的分离，使存储和数据管理应用可以把处理所有数据通道功能的任务交给智能SAN平台，而保持控制功能。通过提供所需的处理能力，智能SAN平台为基于网络部署存储和数据管理应用铺平了道路。

FAIS基于客户端/服务器模型，在这种模型中，存储应用作为客户机，而智能SAN平台则扮演服务器的角色。这使实现智能SAN平台的复杂性不会影响到存储应用的开发。

FAIS提供可以访问智能平台所支持的数据通道功能的API。API基于一种对象模型，在这种对象模型中，不同的存储元素表示为被管理的对象。例如，SCSI发起端（initiator）、SCSI目标、逻辑单元以及它们的虚拟副本被模拟为对象。存储应用和智能SAN平台通过这些对象交换信息进行互动。

FAIS将定义操作模型（客户端/服务器模型）、对象模型（作为对象的存储元素）和对象定义、与定义的模型互动的功能调用（API）以及软件结构（库）和行为（同步和异步模式）。

FAIS将使存储应用可以利用标准的API执行SCSI发起端和/或SCSI目标的所有功能。它还将实现对智能SAN平台所支持的I/O加速功能的高可用性配置和管理。

API所支持的服务包括如下几部分：

（1）前端服务：用于处理从前端到达FAIS平台的请求和事件，如SCSI发现。

（2）虚拟化服务：用于卷管理，包括存储资源池、控制和管理独立卷上的访问权限的能力以及实现镜像和脚本等其他关键存储功能的能力。

（3）后端服务：用于连接在FAIS平台后端的存储资源的发现与管理，包括向这些设备发出命令以及处理来自设备的错误和事件。

6.IP SAN技术

IP SAN基于十分成熟的以太网技术，由于设置配置的技术简单、低成本的特色相当明显，而且普通服务器或PC机只需要具备网卡，即可共享和使用大容量的存储空间。由于是基于IP协议的，能容纳所有IP协议网络中的部件，因此，用户可以在任何需要的地方创建实际的SAN网络，而不需要专门的光纤通道网络在服务器和存储设备之间传送数据。IP SAN使用标准的TCP/IP协议，数据可在以太网上进行传输。

IP SAN网络对于那些要求流量不太高的应用场合以及预算不充足的用户，是一个非常好的选择。