高速的传输者-光纤交换机

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本文主要介绍了光纤交换机的由来及注意事项。

随着企业网络数据的不断增加和网络应用的频繁,许多企业开始意识到需要专门构建自己的存储系统网络来满足日益提升的数据存储性能要求。当前,最为热门的数据存储网络就是SAN(Storage Area Network,存储区域网络),就是把整个存储当儿一个单独的网络与服务器所在企业局域网连接。

它的特点就是采用传输速率较高的光纤通道与服务器网络,或者SAN网络内部组件的连接,这样,整个存储网络就具有非常宽的带宽,为高性能的数据存储提供了保障。而在这种SAN存储网络中,起着关键作用的就是我们常常听到的光纤交换机(FC Switch,也有称“光纤通道交换机”和“SAN交换机”的)了。因为这属于一种新型的设备,而且与我们平常所见的、用到的以太网交换机有太多的区别(主要体现在协议的支持上),所以许多读者,甚至是已经用上SAN存储网络的企业用户都对SAN交换机一知半解。为此,本文就专门就SAN交换机选购时需要注意的事项向各位进行一番介绍,其实就是介绍一下SAN交换机的主要特点。先来简单了解SAN交换机的由来,这样可以使我们加深对SAN交换机的了解,不再充满“神秘”色彩。

一、SAN交换机的由来

在以前我们见到的数据存储基本上都是在服务器上直接连接几个SCSI、IDE之类的磁盘进行的,这也就是我们常常听说的DAS(直接连接存储)方式。这种点对点的磁盘系统很显示存在着很难扩展和存储性能很难提高的不足。不仅如此,受IDE和SCSI接口物理性能的限制,与它连接的磁盘通常最多只能有20米以内的连接距离,大大限制了磁盘存储系统的扩展。

为了解决以上DAS存储方式的这些诸多不足,网络设备商和标准制定专家开始考虑开发一种新型的存储技术,从根本上解决DAS存储方式的传输速率和连接距离问题。最开始人们想到是一种把存储系统独立起来,作为一个网络设备放在网络节点上,这样既可以大大减少服务器的数据存储负荷,又可以极大地扩展磁盘存储系统,这就是后来的NAS(网络附加存储)方式。网络结构如下图所示。

网络结构图

这种存储方式的确在相当大程度上解决了以前DAS存储方式的不足,可以满足绝大多数中小型企业进行本地存储的需求。而且它***的特点就是简单易行,采用了与以太网相同的IP协议,网络管理员可轻易地掌握NAS存储系统的部署,受到许多企业的广泛欢迎。但NAS还是没有从根本上解决磁盘存储性能和连接距离问题,总的来说磁盘存储性能并没有得到根本提高,只是提高了网络出口带宽。

正是因为NAS仍存着上述不足,所以人们继续开发了一种全新的网络存储方式,那就是本文前面介绍的SAN存储方式了。网络结构如下图所示。这种存储方式中***的特点就是专为存储设备提供了千兆串行网络访问能力的光纤通道(Fibre Channel)协议,然后在光纤通道协议的第四层上建立了以光纤通道为基础的,用于存储的SCSI协议、用于网络的IP协议以及映射到网络架构上的用于集群的虚拟接口(VI)协议,这样就可多方面支持各种总线类型的网络设备和通道。光纤通道协议综合了许多优点,如网络范围的最远距离可达到10公里,可以使用多种介质的简单串行线缆、千兆网络速率以及可以在同一线缆上同时使用多种协议。

网络结构图

SAN是一个由存储设备和系统部件构成的网络,所有的通信都在一个光纤通道的网络上完成,可以被用来集中和共享存储资源,而不再是NAS存储方式那样仅是作为一个网络节点的网络设备。SAN不但提供了对数据设备的高性能连接,提高了数据备份速度,还增加了对存储系统的冗余连接,提供了对高可用群集系统的支持。简单地说,SAN是连接存储设备和服务器的专用光纤通道网络(与以太网不同),但它和以太网有类似的架构,也是由支持光纤通道的服务器、光纤通道卡(网卡)、光纤通道集线器/交换机和光纤通道存储装置所组成。从技术上来讲,SAN网络最重要的三个组成部分就是:设备接口(如SCSI、光纤通道、ESCON等)、连接设备(交换机、网关、路由器、Hub等)和通信控制协议(如IP和SCSI等)。这三个组件再加上附加的存储设备和服务器,构成一个SAN系统。#p#

二、光纤通道交换机选购注意事项

由于交换机是构造存储区域网络SAN的核心构件,所以选择最合适的交换机是至关重要的。只有正确选择对存储区域网络最合适的光纤交换机才能提高企业信息管理的效率,满足***挑战性的需求。从前面的介绍可以清楚地看出,SAN网络与传统的以太网有着本质的区别,但因各网络设备厂商对于SAN的理解各不一样,所以就出现了采用多种设备接口和通道协议的SAN系统。这就是前面介绍的SCSI、光纤通道、ESCON、FICON等,通道协议也有光纤通道(FC)协议、SCSI和FCIP协议等几种。这些不同的接口和通道类型决定了整个SAN网络系统的部署在设备的选择上还是比较复杂的。下面我们介绍几个主要注意事项。

1. 品牌的选择

虽然我们在媒体上可以看到许多厂商声称有SAN交换机可以选择,其实这是一种假象,绝大多数厂商的SAN交换机都是OEM几个主要品牌的。目前在SAN交换机方面真正有实力主要有:IBM、Brocade(博科)、Cisco、McDATA等,像EMC这样的软件厂商基本上都是OEM其它厂商的SAN交换机产品。因为市场上OEM的SAN交换机产品较多,所以现在有许多用户买了SAN交换机都不知道它到底是哪家公司开发、生产的。这时你就得问清楚供应商了,千万别买了杂牌的。

2. 通道协议的支持

SAN交换机所用的通道协议根据具体的应用也有好几种不同的类型,如前面介绍的FC、SCSI和FCIP协议等,不同的支持对应支持不同类型的设备接口。FC协议一般是所有SAN交换机都支持的,SCSI协议在中低档的光纤交换机中可能支持,基于以太网IP协议的FCIP协议现在也有许多厂商的SAN交换机开始提供支持,因为它实现的成本比较简单,很受企业用户欢迎。如下图所示的是Cisco公司的一款全面支持以上通道协议的多层光纤通道交换机Cisco MDS 9216。

Cisco MDS 9216

3. 接口类型的支持

不同的SAN交换机可能支持的接口类型并不完全一样,而各种接口类型的性能也不一样,选购时一定要看清楚。如SCSI接口我们知道***的Ultra 320可达到320MB/s,传输距离最长只有20米,通常是磁盘设备连接的专用接口;光纤通道(FC)目前可以提供1~4GB/s的传输速率(***可达10GB/s),至少比SCSI快3倍,通常用于服务器主机与SAN交换机的连接,也有一些磁盘支持FC接口;由IBM设计的Escon接口,在光纤上全双工模式下它可支持200 MB/s的数据速率,这一般是服务器主机或SAN交换机间连接的接口。根据不同的配置,Escon接口所支持的传输距离也可达到3~10公里,取决于光纤的质量和产品特点。同样由IBM开发的FICON接口是目前***的一种接口类型,也是服务器或SAN交换机间的连接接口。它传输速度是ESCON的6倍。传输距离也在19公里以上。不过现在许多SAN交换机都同时提供对这以上接口支持。如下图所示的是Brocade(博科)公司的一款支持***FICON通道的SilkWorm 12000 Director多层光纤交换机。

SilkWorm 12000 Director


 
而下图所示的是Cisco公司的一款FICON光纤交换机系列Cisco MDS 9000。

Cisco MDS 9000(点击看大图) #p#

4. 端口数量的支持

SAN交换机与平常所见的以太网交换机有个明显的区别就是端口数非常多,密集度非常高。一般的SAN交换机端口数都在48口以上,目前***的已达256口,当然低档入门级的SAN交换机也有16口以下的。之所以SAN交换机需要这么多端口,那是因为它的连接方式与以太网交换机不同,当然主要体现在多SAN交换机的网络中。在SAN网络中,每个SAN交换机都必须与其它SAN交换机进行连接(如下图所示),这种单向连接,很明显的一点就是可以大大提高数据的交换速率。因为一台交换机中有些端口是用于SAN交换机之间的连接了,所以实际可用的SAN交换机端口就少了,对于端口数少的SAN交换机显然就不适合了,所以现在的SAN交换机端口一般都比较多,至少在24口以上。如果在SAN网络中存在多个SAN交换机,则***不要选择24口以下的。

连接图 

5. 是否支持堆叠

工作组以上的SAN光纤交换机也有支持堆叠的,通过堆叠来达来到扩展交换机端口和总体背板带宽的目的。SAN交换机是通过E_Ports(扩展端口)可以进行堆叠,这种方法可以使光纤网络扩展到数千个节点,目前的技术下,最可多堆叠239个。

6. 交换机功能

光纤通道交换机有着许多不同的功能,包括支持GBIC、冗余风扇和电源、分区、环操作和多管理接口等。每一项功能都可以增加整个交换网络的可操作性,理解这些特点可以帮助用户设计一个功能强大的大规模的SAN。总体来说,SAN光纤交换机的主要功能如下:自配置端口、环路设备支持、交换机级联、自适应速度检测、可配置的帧缓冲、分区(基于物理端口和基于WWN的分区)、IP over Fiber Channel(IPFC)广播、远程登录、Web管理、简单网络管理协议(SNMP)以及SCSI接口独立设备服务(SES)等,根据具体需求来选择了。

7. 可扩展性能

任何一个存储区域网络都不会是一成不变的,它时刻面临着扩展及与新技术、新产品集成的问题。而存储区域网络正是通过灵活的可扩展性来满足未来的需求,从而保护用户的投资。它的扩展性又包括两个方面,一方面是随着存储网络规模的扩大,原有的系统不能满足用户的存储需求时怎样扩展为一个更大的光纤存储网络;另一方面是,随着技术的发展,能够顺利地升级到新的技术与应用。比如,IP存储的发展使得越来越多的用户考虑iSCSI和FCIP,FC交换机将来能否进行IP存储的扩展就显得很重要。

8. 冗余性能

如果要保证关键业务的不间断运行,就需要按照冗余方式构建系统。冗余方案其实服务器类型,方案是各种各样的,可以是单交换机部件冗余,也可以考虑用双光纤交换网冗余配置方案,不过这种成本非常高。但由于这种双网络拓扑确保了冗余性,所以可以使用较为便宜的单电源交换设备即可,即使一个交换机发生故障,主机和存储阵列上的链路切换软件也会自动将通信切换到冗余设备上,直到故障设备被更换为止。如果定期停机维护不会影响企业的应用,那么采用一个只带热插拔冗余电源和风扇的交换机即可,可大大降低成本。同时还保证了电源或风扇的任何一个单点故障都不影响网络的运行。

总之,在选择使用哪种交换机来建立SAN光纤交换网络前需要考虑的地方很多,同其他设备采购计划一样,需要在比较交换机之前明确目前和未来的关键需求,还要明确这些需求的优先级别。

以上只是在选购光纤交换机时特别要注意的一些事项,其实光纤交换机技术非常复杂,所支持的协议和接口类型也在日益增多,性能不断增强,要注意的方面还有很多,但限于篇幅原因在此文只能为大家起到抛砖引玉的作用,希望对各位在选购光纤交换机时有一定的参考意义。

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责任编辑:许凤丽 来源: IT168
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