存储基础知识介绍
存储基础知识培训(ppt 29页)
网络存储的三种常见模式
DAS
NAS
Direct Attached Storage Network Attached Storage
SAN Storage Area Network
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Ml P yP F Pe i
FF M P iPlห้องสมุดไป่ตู้Py e
RAID 5 RAID 5
RAID 0
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存储技术的核心：RAID
通常依照阵列的结构形式分成RAID0，RAID1，RAID2，RAID3，RAID4， RAID5， RAID0+1等类型。 常见的有以下几种类型： 1．RAID0数据分别存储在阵列中的各个驱动器上，并行传送。这种结构容量 利用率最好，达到100%。但没有校验，可靠性最差。 2．RAID1数据以完全相同的形式同时存储在2台硬盘驱动器上，数据传输率 和单台情况下相近。容量利用率只有50%，但冗余量大，可靠性高。这种结 构通常称为镜象磁盘。 3．RAID3阵列中有一台驱动器用作奇偶校验盘。并行传送。这种结构适合用 于每次存储数据量大的情况，例如科学计算等。 4．RAID5阵列采取奇偶校验，但没有专用的驱动器，而是将校验位按要求写 到阵列中的某一台驱动器上。采取并行传送。这种结构适合每次存取数据量 小的情况，例如事务处理。 5．RAID0+1（也称RAID10）阵列中一半的驱动器采取RAID0的结构，可以 并行传送来提高数据传输率。另一半则是前面提到的镜象磁盘，即是RAID1 。这样可以有很高的可靠性。 6．其他阵列类型：基于软件的RAID技术及部分厂家提出的类型。
存储基础知识讲座
1
➢ 第一部分：存储相关基础知识 ➢ 第二部分：DAS、NAS、SAN
2
第一部分 存储相关基础知识
存储基础知识应知应会 PPT
可以采用非常成熟的IP网络管理工具和基础建设 IP网络使用普遍，可为企业节省大笔建设、管理及人
➢iSCSI协议： （Internet Small Computer System Interface）互联网小型计算机系统接口，是一种在 TCP/IP上进行数据块传输的标准，可以理解为SCSI over IP。iSCSI可构成基于IP的SAN，为用户提供高 速、低价、长距离的存储解决方案。iSCSI将SCSI命令封装到TCP/IP数据包中，使I/O数据块可通过IP网 络传输，是未来的发展之路。
存储是企业数据的“家”
用户
应用服务器
数据库服务器
邮箱服务器
员工 数据产生
文件服务器 数据处理
在线存储
近线存储
依据数据的访问频率
数据管理
离线存储
存储发展历程：从附属于服务器，剥离成独立系统
硬盘在服务器内部
Server CPU
外部硬盘阵列（DAS)
CPU
Server RAM
智能硬盘阵列(DAS) CPU Server RAM
DAS（Direct Attached Storage） 时间：70年代 背景：用户最早因为数据量的增多而产生存储的
需求，从而产生最早最简单的存储架构直连附加 存储DAS 连接方式：FC,SCSI,SAS 访问方式：直连式存储与服务器主机之间的连接 通道通常采用SCSI连接 链路速率：20MB/s、40MB/s、80MB/s 提供快照、备份等功能
解决问题： • 有限硬盘槽位，容量小
• 单硬盘存放数据，可靠性差
存储基础知识培训
存储基础知识培训一、存储概述存储是计算机系统中非常重要的组成部分，用于保持数据和程序的持久性。
在大数据时代的背景下，存储的重要性愈发凸显。
本文将介绍存储的基础知识，以帮助读者全面了解存储的相关概念和技术。
二、存储类型1.主存储器主存储器（Main Memory）是计算机系统中最直接与CPU交互的存储设备，也被称为内存。
主存储器的容量决定了系统同时存储的数据和程序大小。
2.辅助存储器辅助存储器（Secondary Storage）用于长期存储大量的数据和程序，例如硬盘、光盘、固态硬盘等。
辅助存储器的容量一般远大于主存储器，可用于大数据存储和备份。
三、存储技术1.磁盘存储磁盘存储是一种机械存储技术，通过将数据存储在旋转的磁盘上来实现数据的读写。
磁盘以扇区为单位进行数据的存储和访问，随机存取速度较慢，但容量较大。
2.固态存储固态存储（Solid State Storage）采用闪存芯片作为存储介质，相对于传统磁盘存储具有更快的读写速度和较好的耐用性。
固态硬盘（SSD）已逐渐取代传统机械硬盘成为存储系统的主力。
3.网络存储网络存储（Network Storage）指的是通过网络连接远程存储设备的存储技术。
常见的网络存储技术有网络附加存储（NAS）和存储区域网络（SAN），可实现数据的共享和备份。
四、存储管理1.存储器层次结构计算机系统的存储器层次结构由多级存储构成，层次结构越高，存取速度越快，成本越高。
常见的存储器层次结构包括高速缓存、主存储器和辅助存储器。
2.存储系统管理存储系统管理涉及存储资源的分配和管理，包括存储容量的规划、文件系统的设计与管理、数据备份与还原等。
合理的存储系统管理能够提高存储系统的效率和可靠性。
五、存储安全1.数据安全存储安全是指对存储中的数据进行保护和控制，以防止非法访问、损坏或泄露。
常见的数据安全措施包括数据加密、访问权限控制和备份恢复。
2.存储设备安全存储设备安全涉及到存储设备的管理和防护。
存储基础知识(RAID及磁盘技术)..
• RAID可以多个硬盘按照指定容量创建一个或多个逻辑卷，便通过
LUN（Logic Unit Number）来标识。一个逻辑卷对于主机来说 就是一块硬盘（物理卷）
逻辑卷
LUN1
逻辑卷
LUN2
LUN3
物理卷
物理卷
RAID10
RAID5
多个物理卷上创建1个逻辑卷
多个物理卷上创建2个逻辑卷
特点：较高的数据冗余性能；超强的数据保护能力，可以应付多颗盘同 时出错； 优点：允许在同一组内并发进行多个写操作 缺点：计算校验地址占用较多的处理时间；较低的写入速率。
RAID6 P+Q
•
RAID6 P+Q会根据公式计算出P和Q的值，当有 两个数据同时丢失时，仍可以计算出原数据
磁盘1 条带1 条带2 数据1a 数据2d
I/O 2
I/O 2 (Disk 2)
• CPU运算速度飞速 提高，数据读写速 度不应该成为计算 机系统处理的瓶颈
节省时间
Total request execution time
速度 @ N x 单块硬盘的速度
RAID基本概念 ——条带
大数据块写入RAID时会被分成多个数据块并行写入多块硬盘， 这些大小一致的数据块就称为条带。同时数据读取时会并行从 多块硬盘读取条带数据，最后完整输出。 条带无疑会大幅度提升整体读写效率。
磁盘2 数据1b 数据2e
磁盘3 数据1c P2
磁盘4 P1 Q2
磁盘5 Q1 数据2f
条带3
条带4 条带5
数据3g
P4 Q5
P3
Q4 数据5m
Q3
数据4j 数据5n
数据3h
存储技术基础知识
存储技术基础知识2023/9/7CONTENTS目录04半导体存储03光学存储02磁性存储01存储基本概念05数据存力存储基本概念01存储的作用·存储系统是计算机最重要的组成部分之一，实现“记忆”的功能·存储系统负责对信息数据进行保存，可以支持写入和读取存储的类型（按类别）· 存储分为多种类型，内存(Memory) 和硬盘(Hard Disk)是最常见的两种· 内存有时候也叫运行内存(运存)。
它是CPU和硬盘之间的桥梁，暂时存放CPU中的运算数据存储的类型（按类别）· 关机或断电后，内存上的数据就没有了，属于易失性(VM)存储器· 硬盘比内存的容量更大，存放了大量的数据文件。
只要执行了保存(写入)操作，即便关机或断电，硬盘上的数据仍会继续存在，属于非易失性(NVM)存储器存储器的层次结构· 不同类型的存储器，根据性能和成本的权衡，应用于不同的位置。
· 性能越强的存储器，价格就越贵，会越离计算芯片 (CPU/GPU等)越近· 性能弱的存储器，可以承担一些对存储时延要求低，写入速度不敏感的需求，降低成本。
数据的类型存储技术分类(按介质)· 现代存储技术，主要分为三大类别，分别是: 磁性存储、光学存储以及半导体存储.磁性存储02磁存储时代磁带机存储器· 以磁带为存储介质，由磁带机及其控制器组成的存储设备，是计算机的一种辅助存储器· 磁带机由磁带传动机构和磁头等组成，能驱动磁带相对磁头运动，用磁头进行电磁转换，在磁带上顺序地记录或读出数据。
· 低成本的存储方式，经常用于冷数据的离线存储硬盘(HDD)的基本知识硬盘(磁性)的组成· 主流的硬盘，扇区密度是一致的，也就是说，越靠外侧，扇区数越多。
每个扇区的大小是4K字节，用一个逻辑块编号寻址 (LBA，Logical Block Addressing)· 以扇区为基础，一个或多个连续的扇区组成一个块，叫做物理块。
存储基本知识梳理
存储基本知识梳理基础概念1. 什么是分布式存储？⾸先了解⼀下存储的发展历史。
DAS：Direct Access Storage，直接连接存储，将存储设备通过SCSI接⼝或光纤通道连接到⼀台计算机上。
特点：直接和存储器连接，扩展性，灵活性⽐较差。
SAN、NAS等。
NAS：network attached storage，SAN：storage area network。
特点：设备类型丰富，可以通过外部IP/FC⽹络互连，具备⼀定的可扩展性；但是受控制器能⼒限制，扩展能⼒有限，PB级；设备到⽣命周期更换，需要进⾏数据迁移，耗时耗⼒。
分布式存储。
结构为：分布式软件+标准服务器。
特点：⾼扩展性，基于标准硬件和分布式架构，千节点/EB级扩展；易运维，块、对象、⽂件等多种类型存储统⼀管理。
分布式指明了⼀种独特的系统架构类型，这种系统架构是由⼀组通过⽹络进⾏通信，为了完成共同的任务⽽协调⼯作的计算机节点组成。
所谓分布式存储，就是存储设备分布在不同的地理位置，数据就近存储，将数据分散在多个存储节点上，各个节点通过⽹络相连，对这些节点的资源进⾏统⼀的管理，从⽽⼤⼤缓解带宽压⼒，同时也解决了传统的本地⽂件系统在⽂件⼤⼩、⽂件数量等⽅⾯的限制。
⼏个问题：客户端（⽤户侧）是直接和某⼀个节点交互操作（操作包括增删改查），还是和某些节点交互操作？如果是某些，则如何保证数据的准确可靠：数据多重写⼊更改等是否会影响到数据的稳定可靠性？客户端读取数据的时候，是从哪个节点上读取数据的？数据存储备份是放到哪个节点上的？2. Ceph是什么？Ceph是当前⾮常流⾏的开源分布式存储系统，具有⾼扩展性、⾼性能、⾼可靠性等优点，同时提供块存储服务(rbd)、对象存储服务(rgw)以及⽂件系统存储服务(cephfs)。
对于三种基本存储服务的介绍：对象存储(Object Storage)，既可以通过使⽤Ceph的库，利⽤C, C++, Java, Python, PHP代码，也可以通过Restful⽹关以对象的形式访问或存储数据，兼容亚马逊的S3和OpenStack的Swift。
存储基础知识考题
存储基础知识考题
存储基础知识考试题，可以帮助您了解和检验自己的存储基础知识。
以下是一些常见的存储基础知识考题：
1. 什么是存储？存储的目的是什么？
答：存储是指将数据保存在某种介质上，以便在需要时可以随时访问、读取和修改这些数据。
存储的目的是为了保护、保存和备份数据，以便在需要时可以快速、准确地访问、读取和恢复这些数据。
2. 常见的存储介质有哪些？
答：常见的存储介质包括硬盘、固态硬盘（SSD）、光盘、磁带等。
3. 什么是RAID？RAID的目的是什么？
答：RAID（Redundant Array of Independent Disks）是一种将多个独立硬盘组合成一个逻辑卷的技术，以提高数据可靠性和性能。
通过将数据分散存储在多个硬盘上，RAID可以提供数据冗余和容错能力，同时也可以提高数据读取速度。
4. 什么是文件系统？文件系统的作用是什么？
答：文件系统是一种组织和管理文件和文件夹的机制，它使用户能够方便地创建、删除、修改和查找文件和文件夹。
文件系统的作用是提供对文件和文件夹的存储和管理，并确保数据的一致性和完整性。
5. 什么是备份？备份的目的是什么？
答：备份是指将数据复制到其他介质或位置，以便在原始数据丢失或损坏时可以恢复这些数据。
备份的目的是为了保护数据安全，防止数据丢失或损坏，同时也可以提高系统的可用性和可靠性。
6. 什么是快照？快照的作用是什么？
答：快照是一种将数据在某个时间点的状态保存下来的技术，以便在原始数据发生更改之前可以保留原始数据的副本。
快照的作用是提供对数据的快速备份和恢复，同时也可以提高系统的可靠性和可用性。
存储基础常识培训
业务连续性
数据备份能够帮助企业维 持正常的业务运营，在系 统故障或灾难发生时快速 恢复业务。
合规要求
根据相关法规和标准，企 业需要制定数据备份和恢 复计划，以满足合规要求。
数据备份的方法
完全备份
将所有数据文件进行备 份，包括数据库、文件
和日志等。
增量备份
差异备份
镜像备份
只备份自上次备份以来 发生变化的文件。
传输加密
确保在传输过程中对数据进行加 密，防止数据在传输过程中被窃
取或篡改。
密钥管理
建立密钥管理系统，对加密密钥 进行安全存储和分发，避免密钥
泄露导致数据安全风险。
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存储发展趋势
存储技术的创新发展
闪存技术
随着闪存技术的不断进步，固态硬盘（SSD）的读写速度和耐用 性得到了显著提升，成为主流存储设备之一。
接口技术
新一代接口技术如PCIe 4.0、雷电3等的普及， 将进一步提高存储设备的传输速度和带宽。
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存储形态
随着SSD技术的发展，存储设备形态逐渐小型化、 轻量化，满足不同应用场景的需求。
云存储的未来展望
云服务普及
随着云计算的普及，云存储将成为主流的存储方 式之一，提供灵活、可扩展的存储服务。
数据安全保障
实施多因素身份验证，如密码、 动态令牌等，确保只有授权用户
能够访问存储设备。
权限管理
根据用户角色和职责，分配适当的 访问权限，避免权限过度分配和数 据泄露风险。
审计跟踪
对存储设备的访问进行记录和跟踪， 以便及时发现异常行为和潜在的安 全威胁。
数据加密保护
数据加密存储
采用强加密算法对存储数据进行 加密，确保即使数据被盗或丢失， 也无法被非授权人员轻易解密。
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Local Area Network
Application File System
Storage
DAS
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Network Attached Storage (NAS)
DAS
Local Area Network
NAS
Application
Application File System
Wide Ultra 2 SCSI、Ultra 160 SCSI、Ultra 320
SCSI 2. 光纤通道：多模光纤(62.5µ、50µ)、单模光纤(9µ) 3. 以太网：细缆、粗缆、双绞线
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SCSI
SCSI的连接
Wide Ultra SCSI 40MB/s Ultra 320 SCSI 320MB/s
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…………..
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主要厂商
• NetApp,EMC,HDS,HP,IBM,SUN,Dell,MS ,Intel • 网虎，Lenovo，宝德，浪潮，华仪未来 • 威达电,豪威，Maxxan, Infortrend
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议程
• • • • • •
存储系统基本概念 存储与主机的连接方式 DAS存储结构 NAS存储结构 SAN存储结构 相关技术对比
第一网
LAN(局域网)
Fabric = 第二网
“Fabric”是一个由智能光纤 通道交换机构成并具有良好 系统设计的高智能网络,这一 数据网络可以提供企业级的 性能, 扩展能力, 可管理能力, 可靠性和可用能力
存储区域网 （第二网）
存储子系统
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SAN体系结构的优势
投资保护目标
Web 应用服务器
多协议文件服务器 (NFS/CIFS)
Win2000/WinNT/WIN98
UNIX工作站和X终端
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NAS的应用广泛
需要提供多样的网络文件服务的企业 大中型企业办公自动化，邮件系统 制造业等有大量CAD/CAM文件存储 缺点： 特性：使用维护简单 多平台共享
拥有多个远程办公室的企业存储
SCSI接口，一般有 (narrow)50PIN 和(wide)68PIN两 种
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光 纤
介质种类
9µm单模光纤SM(长距离) 50/62.5µm多模光纤MM(短距离) 电信号 (铜介质)
速度
100/200MB/s 100/200MB/s 100 MB/s
传输距离
2-10km 2- 500m 0m-30m
特点： 造价低廉
易受干扰
接口：RJ45
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存储管理
• 操作系统 • 文件系统 • 存储管理
读操作
应用程序 操作系统 安全 卷管理 (RAID) 文件系统 磁盘驱动 写操作
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数据存储RAID保护机制
RAID
为了解决应用系统对磁盘高速存取的要求，美国加州大学 伯克利分校的D.A.Patterson 教授提出了廉价冗余磁盘阵 列(Redundant Array of Inexpensive Disks，简称RAID)这 个概念。 RAID的分类 • RAID0 • RAID1 • RAID3、4 • RAID5 • RAID10,RAID50 • RAID DP(6)
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存储与主机连接方式
TCP/IP 网络
CIFS/NFS 数据访问
IB M IB M
NAS网关 CIFS/NFS
Windows Serves
UNIX Servers
NAS
SAN
光纤交换机
DAS
TCP/IP连接 磁带库 FC连接
磁盘阵列
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Direct-Attached Storage
Local Area Network
Storage
File System
Storage
DAS
NAS
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Storage Area Network (SAN)
DAS
Local Area Network
NAS
Application
SAN
Application File System
Application File System
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存储系统的基本概念
什么是存储？
存储就是根据不同的应用环境通过采取合理、安全、 有效的方式将数据保存到某些介质上并能保证有效的 访问。 1. 存储的实体必须能安全地保存在介质上。 2. 必须能提供对该存储实体的有效访问。 3. 存储的集中管理。
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存储介质
存储介质
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DAS(直连存储)
组件
• • • HBA卡(SCSI，FC) RAID阵列(JBOD) 线缆(SCSI ，Optic Fibre)
SCSI
磁带
Host FC
磁盘
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JBOD
• Just Box of Disks—简单硬盘 集群 • 在一个机架上将几个硬盘驱动 器堆叠一起，作为单个附加设 备添加到服务器或大型主机上 即构成JBOD。 • JBOD上实现的RAID，均依靠 服务器上的HBA（host bus adapter） • 主要代表有：IBM 7133，HP Storage Enclosure，Sun A5000等
异构主机平台 采用独立厂家产品：光纤交换机、存储
系统归并目标
设备资源整合和管理整合 降低总拥有成本（TCO）
服务能力目标和系统性能目标
稳定可靠、灵活扩展 统一备份和管理
资源共享目标
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存储设备、高端磁带机
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HBAቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
提供服务器内部IO总线(PCI/SBUS) 与光纤网络的接口； HBA自身的RISC可以分担主机服务器CPU的IO管理工作； HBA有足够的缓存来存储IO的Context(最大2047个)，以此来提高交叉存取 的性能。否则经常要向服务器请求中断，这样就会影响系统性能，浪费许多 CPU周期； 其链路汇聚功能还可以通过并发处理节省IO的中断次数； HBA软件驱动为操作系统提供所须存储信息，对I/O进行操作，同时对正常 请求进行控制
点对点
Arbitrated Loop (仲裁环)
交换式 Fabric
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SAN网络结构
主机总线适配卡HBA
线缆 Cable 转接口GBIC/SFP
光纤Hub Fabric Switch 存储子系统 SubSysterm
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SAN典型的网络拓扑结构
客户机
广域网
服务器
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系统和数据保护技术
多种技术 – 面向不同需求：
• 系统保护 – 冗余部件 – Cluster – 系统灾难恢复 • 数据保护 – RAID – Multipathing – Point-in-Time 数据拷贝（磁 盘备份） – 磁带备份 (LAN, LAN Free, ServerFree)
Local Area Network
Storage Area Network
Storage
File System
Storage
Storage
DAS
NAS
SAN
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议程
• • • • • • 存储系统基本概念 存储与主机的连接方式 DAS存储结构 NAS存储结构 SAN存储结构 相关技术对比
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应用场合
• • • • 用户应用较单一。 单纯为扩展服务器的存储容量。 扩展性要求不高。 投入较少
缺点： • 扩展性差。 • 利用率低。 • 无法多主机共享。
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主要厂商
• 大多低端Server厂商。 • HP IBM DELL。 • Lenovo，宝德，浪潮。
大量业务位于互联网的企业 电信行业（邮件,ICP,ISP,IDC服务等等） 多媒体、流媒体等应用 教育行业电教、多媒体教育、电子图书馆解决方案 医疗PACS、HIS等解决方案 软件开发企业(代码管理、版本管理等等）
安全性差。
性能。 占用IP链路。
数据大量分布以及注重数据存储与可用性
实验室软硬件研发、测试环境 数据库应用环境
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议程
• • • • • • 存储系统基本概念 存储与主机的连接方式 DAS存储结构 NAS存储结构 SAN存储结构 相关技术对比
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什么是 NAS ? – 任何网上专用文件服务器
使用简单, 便于管理, 易于共享, 价格适中, 标准化(兼容性好) UNIX 应用服务器 NT 应用服务器
磁带存储 磁盘存储 光盘存储
其他存储
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存储介质（续）
存储介质对比
存储容量 1. 磁盘存储 2. 光盘存储 较大 较小 存储速度 最快 较慢 单位价格 较贵 便宜
3. 磁带存储
大
最慢
便宜
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传输通道
存储传输的硬件通道
1. SCSI ：SCSI-1、SCSI-2、Fast SCSI、Wide SCSI、 Ultra SCSI、 Wide Ultra SCSI、Ultra 2 SCSI、