磁盘阵列及交换机知识

RAID (1)

RAID图明细 (2)

RAID的工作原理 (2)

RAID 0：无差错控制的带区组 (2)

RAID 1：镜象结构 (3)

RAID2：带海明码校验 (3)

RAID3：带奇偶校验码的并行传送 (3)

RAID4：带奇偶校验码的独立磁盘结构 (4)

RAID5：分布式奇偶校验的独立磁盘结构 (4)

RAID6：带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构 (4)

RAID7：优化的高速数据传送磁盘结构 (4)

RAID10：高可靠性与高效磁盘结构 (4)

RAID53：高效数据传送磁盘结构 (5)

JBOD模式 (5)

交换机 (5)

交换机死机解决 (6)

故障回放 (6)

故障排除 (6)

故障总结 (7)

排除经验 (8)

RAID

RAID是“Redundant Array of Independent Disk”的缩写，中文意思是独立冗余磁盘阵列。冗余磁盘阵列技术诞生于1987年，由美国加州大学伯克利分校提出。最初的研制目的是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘，以降低大批量数据存储的费用，同时也希望采用冗余信息的方式，使得磁盘失效时不会使对数据的访问受损失，从而开发出一定水平的数据保护技术，并且能适当的提升数据传输速度。

过去RAID一直是高档服务器才有缘享用，一直作为高档SCSI硬盘配套技术作应用。近来随着技术的发展和产品成本的不断下降，IDE硬盘性能有了很大提升，加之RAID芯片的普及，使得RAID也逐渐在个人电脑上得到应用。

那么为何叫做冗余磁盘阵列呢？冗余的汉语意思即多余，重复。而磁盘阵列说明不仅仅是一个磁盘，而是一组磁盘。这时你应该明白了，它是利用重复的磁盘来处理数据，使得数据的稳定性得到提高。

RAID图明细

RAID的工作原理

RAID如何实现数据存储的高稳定性呢？我们不妨来看一下它的工作原理。RAID按照实现原理的不同分为不同的级别，不同的级别之间工作模式是有区别的。整个的RAID结构是一些磁盘结构，通过对磁盘进行组合达到提高效率，减少错误的目的，不要因为这么多名词而被吓坏了，它们的原理实际上十分简单。问了便于说明，下面示意图中的每个方块代表一个磁盘，竖的叫块或磁盘阵列，横称之为带区。

RAID 0：无差错控制的带区组

要实现RAID0必须要有两个以上硬盘驱动器，RAID0实现了带区组，数据并不是保存在一个硬盘上，而是分成数据块保存在不同驱动器上。因为将数据分布在不同驱动器上，所以数据吞吐率大大提高，驱动器的负载也比较平衡。如果刚好所需要的数据在不同的驱动器上

效率最好。它不需要计算校验码，实现容易。它的缺点是它没有数据差错控制，如果一个驱动器中的数据发生错误，即使其它盘上的数据正确也无济于事了。不应该将它用于对数据稳定性要求高的场合。如果用户进行图象（包括动画）编辑和其它要求传输比较大的场合使用RAID0比较合适。同时，RAID可以提高数据传输速率，比如所需读取的文件分布在两个硬盘上，这两个硬盘可以同时读取。那么原来读取同样文件的时间被缩短为1/2。

RAID 1：镜象结构

对于使用这种RAID1结构的设备来说，RAID控制器必须能够同时对两个盘进行读操作和对两个镜象盘进行写操作。通过下面的结构图您也可以看到必须有两个驱动器。因为是镜象结构在一组盘出现问题时，可以使用镜象，提高系统的容错能力。它比较容易设计和实现。每读一次盘只能读出一块数据，也就是说数据块传送速率与单独的盘的读取速率相同。因为RAID1的校验十分完备，因此对系统的处理能力有很大的影响，通常的RAID功能由软件实现，而这样的实现方法在服务器负载比较重的时候会大大影响服务器效率。当您的系统需要极高的可靠性时，如进行数据统计，那么使用RAID1比较合适。而且RAID1技术支持“热替换”，即不断电的情况下对故障磁盘进行更换，更换完毕只要从镜像盘上恢复数据即可。当主硬盘损坏时，镜像硬盘就可以代替主硬盘工作。镜像硬盘相当于一个备份盘，可想而知，这种硬盘模式的安全性是非常高的，但带来的后果是硬盘容量利用率很低，只有50%，是所有RAID级别中最低的。

RAID2：带海明码校验

从概念上讲，RAID 2同RAID 3类似，两者都是将数据条块化分布于不同的硬盘上，条块单位为位或字节。然而RAID 2使用一定的编码技术来提供错误检查及恢复。这种编码技术需要多个磁盘存放检查及恢复信息，使得RAID 2技术实施更复杂。因此,在商业环境中很少使用。下图左边的各个磁盘上是数据的各个位，由一个数据不同的位运算得到的海明校验码可以保存另一组磁盘上，具体情况请见下图。由于海明码的特点，它可以在数据发生错误的情况下将错误校正，以保证输出的正确。它的数据传送速率相当高，如果希望达到比较理想的速度，那最好提高保存校验码ECC码的硬盘，对于控制器的设计来说，它又比RAID3，4或5要简单。没有免费的午餐，这里也一样，要利用海明码，必须要付出数据冗余的代价。输出数据的速率与驱动器组中速度最慢的相等。

RAID3：带奇偶校验码的并行传送

这种校验码与RAID2不同，只能查错不能纠错。它访问数据时一次处理一个带区，这样可以提高读取和写入速度。校验码在写入数据时产生并保存在另一个磁盘上。需要实现时用户必须要有三个以上的驱动器，写入速率与读出速率都很高，因为校验位比较少，因此计算时间相对而言比较少。用软件实现RAID控制将是十分困难的，控制器的实现也不是很容易。它主要用于图形（包括动画）等要求吞吐率比较高的场合。不同于RAID 2，RAID 3使用单块磁盘存放奇偶校验信息。如果一块磁盘失效，奇偶盘及其他数据盘可以重新产生数据。如果奇偶盘失效，则不影响数据使用。RAID 3对于大量的连续数据可提供很好的传输率，但对于随机数据，奇偶盘会成为写操作的瓶颈。

RAID4：带奇偶校验码的独立磁盘结构

RAID4和RAID3很象，不同的是，它对数据的访问是按数据块进行的，也就是按磁盘进行的，每次是一个盘。在图上可以这么看，RAID3是一次一横条，而RAID4一次一竖条。它的特点的RAID3也挺象，不过在失败恢复时，它的难度可要比RAID3大得多了，控制器的设计难度也要大许多，而且访问数据的效率不怎么好。

RAID5：分布式奇偶校验的独立磁盘结构

从它的示意图上可以看到，它的奇偶校验码存在于所有磁盘上，其中的p0代表第0带区的奇偶校验值，其它的意思也相同。RAID5的读出效率很高，写入效率一般，块式的集体访问效率不错。因为奇偶校验码在不同的磁盘上，所以提高了可靠性。但是它对数据传输的并行性解决不好，而且控制器的设计也相当困难。RAID 3与RAID 5相比，重要的区别在于RAID 3每进行一次数据传输，需涉及到所有的阵列盘。而对于RAID 5来说，大部分数据传输只对一块磁盘操作，可进行并行操作。在RAID 5中有“写损失”，即每一次写操作，将产生四个实际的读/写操作，其中两次读旧的数据及奇偶信息，两次写新的数据及奇偶信息。

RAID6：带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构

名字很长，但是如果看到图，大家立刻会明白是为什么，请注意p0代表第0带区的奇偶校验值，而pA代表数据块A的奇偶校验值。它是对RAID5的扩展，主要是用于要求数据绝对不能出错的场合。当然了，由于引入了第二种奇偶校验值，所以需要N+2个磁盘，同时对控制器的设计变得十分复杂，写入速度也不好，用于计算奇偶校验值和验证数据正确性所花费的时间比较多，造成了不必须的负载。我想除了军队没有人用得起这种东西。

RAID7：优化的高速数据传送磁盘结构

RAID7所有的I/O传送均是同步进行的，可以分别控制，这样提高了系统的并行性，提高系统访问数据的速度；每个磁盘都带有高速缓冲存储器，实时操作系统可以使用任何实时操作芯片，达到不同实时系统的需要。允许使用SNMP协议进行管理和监视，可以对校验区指定独立的传送信道以提高效率。可以连接多台主机，因为加入高速缓冲存储器，当多用户访问系统时，访问时间几乎接近于0。由于采用并行结构，因此数据访问效率大大提高。需要注意的是它引入了一个高速缓冲存储器，这有利有弊，因为一旦系统断电，在高速缓冲存储器内的数据就会全部丢失，因此需要和UPS一起工作。当然了，这么快的东西，价格也非常昂贵。

RAID10：高可靠性与高效磁盘结构

这种结构无非是一个带区结构加一个镜象结构，因为两种结构各有优缺点，因此可以相互补充，达到既高效又高速还可以的目的。大家可以结合两种结构的优点和缺点来理解这种新

结构。这种新结构的价格高，可扩充性不好。主要用于容易不大，但要求速度和差错控制的数据库中。

RAID53：高效数据传送磁盘结构

越到后面的结构就是对前面结构的一种重复和再利用，这种结构就是RAID3和带区结构的统一，因此它速度比较快，也有容错功能。但价格十分高，不易于实现。这是因为所有的数据必须经过带区和按位存储两种方法，在考虑到效率的情况下，要求这些磁盘同步真是不容易。

RAID0+1：

把RAID0和RAID1技术结合起来，即RAID0+1。数据除分布在多个盘上外，每个盘都有其物理镜像盘，提供全冗余能力，允许一个以下磁盘故障，而不影响数据可用性，并具有快速读/写能力。要求至少4个硬盘才能作成RAID0+1。

JBOD模式

JBOD通常又称为Span。它是在逻辑上将几个物理磁盘一个接一个连起来，组成一个大的逻辑磁盘。JBOD不提供容错，该阵列的容量等于组成Span的所有磁盘的容量的总和。JBOD严格意义上说，不属于RAID的范围。不过现在很多IDE RAID控制芯片都带着种模式，JBOD就是简单的硬盘容量叠加，但系统处理时并没有采用并行的方式，写入数据的时候就是先写的一块硬盘，写满了再写第二块硬盘……

我们能够用得上的IDE RAID

上面是对RAID原理的叙述，而我们Pcfans最关心的是RAID的应用。我们日常使用IDE 硬盘，而且很容易买到IDE RAID卡和集成RAID芯片的主板。所以跟我们最贴近的是IDE RAID。限于应用级别很低，IDE RAID多数只支持RAID 0，RAID 1，RAID 0+1，JBOD模式。

交换机

常见问题处理交换机死机如何查找？原因是什么？

答：

1、散热不好，温度过高，导致死机；

2、病毒。尼木大等蠕虫会导致死机；

3、交换机带宽低，大负荷时会死机。一般24口交换机应购买4.8GB背板带宽的，16口应买3.2GB背板的，如果购买的是最低端产品，24口只有2.4GB的，或者16口1.6GB的，有时会死机；

4、交换机设计问题。多见于有故障报告的产品型号，可以咨询经销商该交换机的返修情况。有时候交换机会个别端口死机,重启交换机后恢复正常,如果是端口故障的话,则需要更换。

5、可能与电源有关，我遇到过电源滤波电容失效导致断线，也就是过几分钟停一次，但

能自己恢复，不是完全死机。

交换机死机解决

交换机作为局域网中数据交换传输的核心“枢纽”，其运行性能的高低直接影响着网络数据传输的效率。一般情况下，普通的二层交换机往往不大容易出现故障，不过最近单位培训中心机房的某一台普通二层交换机遭遇到一则莫名其妙的故障，考虑到该故障现象有点奇怪而且也比较容易出现，解决起来也不是一帆风顺，为此本文现将该故障排除过程贡献出来与各位交流，以帮助各位提高交换机故障解决效率！

故障回放

单位培训中心机房共有36台普通工作站，2台考试专用服务器，通过三台交换机连接在一起组成一个中等规模的培训、考试网络，其中有一台思科WS-C2950sx-24型号的交换机作为局域网的主交换机，另外两台D-Link DES-1024D型号的交换机作为局域网的次交换机，每台次交换机中同时连接了18台普通工作站，而每一台次交换机又都级连到局域网中的主交换机中，2台考试专用服务器直接连接到局域网主交换机中，局域网中所

有计算机均通过主交换机连接到外网中（如图1所示）。

近日，培训中心机房的一部分普通工作站突然全部不能访问考试专用服务器了，另外一部分工作站却能够正常访问到服务器中的内容，笔者赶到机房接线柜旁，对其中的网络连接设备进行了一番仔细检查，发现某一台次交换机控制面板中的所有信号灯处于全亮不闪烁状态，很明显连接到这台交换机中的所有普通工作站自然就出现网络不通的现象了。

故障排除

起初，笔者还以为是交换机缓存发生了溢出现象，导致了交换机意外瘫痪了，于是毫不犹豫地将该交换机的电源切断，过一会之后重新接通了交换机电源，待交换机启动稳定之后，笔者特地尝试从普通工作站中去访问局域网中的考试服务器，结果发现普通工作站已经能够正常访问服务器了。看到故障这么快就被顺利解决了，笔者心中暗自高兴，同时对自己的网络管理水平有点洋洋得意了；可谁曾想到，前脚刚刚离开培训中心机房，后脚就接到培训中

心老师的“求援”，说刚被解决了的网络故障又重新出现了。再次返回到机房接线柜旁时，笔者看到先前出现问题的那台交换机现在又好象处于瘫痪状态了，这难道是局域网中的网络病毒“惹”的祸？虽然笔者知道局域网中用于教学、培训的普通工作站中肯定存在这样或那样的病毒程序，但如果真是病毒程序“惹”的祸的话，与该故障交换机型号相同、连接方式也相同的另外一台次级交换机也应该出现相同的故障才对（如图2所示），可现在另外一台次级交换机工作状态很正常，连接到这一台交换机中的所有工作站也都能正常访问服务器；根据这一比较，笔者几乎断定交换机瘫痪现象是由于先前的交换机自身遇到了硬件故障引起的.由于交换机硬件故障主要包括端口、电源、模块、背板等部件的故障，于是笔者就从这几个方面对故障交换机进行了逐一检查。在排除端口因素时，笔者认为端口故障至多是一个或几个端口可能会被损坏，不可能在某一时刻交换机中的所有端口都会发生损坏，因此笔者推断交换机硬件故障不应该出在端口位置处；在检查电源时，笔者发现该故障交换机和另外一台次级交换机连接到相同的电源插座上，也就是这两台交换机的电源输入完全是一样的，但现在有一台交换机能够正常工作，这表明电源输入也不应该出现问题。在排除了端口和电源因素后，笔者估计交换机的硬件故障很可能发生在模块或背板部件处，而对于这类硬件故障我们普通用户唯一能做的就是重新更换新的交换机了。

由于手头没有其他空闲的交换机可以使用，笔者只好将那台故障交换机电源暂时断开，准备向领导汇报之后购买回新的交换机再说。趁那些工作站不能上网的间隙，笔者打算对所有工作站进行一下病毒“绞杀”操作，以便让它们以全新的面貌迎接新交换机的到来。在经过漫长一段时间的病毒查杀之后，笔者果然发现网络中的确存在不少病毒，偶然之间笔者看到其中一个比较熟悉，到网上查阅该病毒的相关资料时，发现该病毒能够造成广播风暴；于是笔者心中突然想出这样一个念头，会不会是广播风暴导致那台故障交换机频繁发生瘫痪现象呢？现在病毒已经被全部被清除了，那台故障交换机会不会还出现瘫痪现象呢？抱着试一试的心态，笔者重新接通了那台故障交换机的电源，刚开始交换机的运行状态很正常，但笔者担心时间一长交换机又会继续“瘫痪”，于是特地在交换机旁呆了半个多小时，以便及时观察交换机运行状态的变化，可是半个多小时过去了，交换机控制面板中的信号灯状态仍然一切正常，笔者此时有一种直觉认为交换机的瘫痪现象不会再发生了，果然当笔者第二天再次来到培训中心机房时，看到那台故障交换机信号灯一切正常而且始终保持稳定状态，至此交换机瘫痪现象得到了彻底解决。

故障总结

虽然交换机瘫痪的故障现象被排除了，但笔者心中仍然存在一些疑惑，既然网络病毒引起了广播风暴现象，为什么另外一台型号相同、连接方式也相同的交换机不发生瘫痪现象，惟独只有其中的一台交换机发生瘫痪现象呢？后来笔者将自己心中的疑惑告诉培训中心的另外一位老师时，那位老师提醒笔者说，那两台交换机肯定有不同之处，不然的话不应该发生一台有故障、另外一台没有故障的现象；经过这位老师的一提醒，笔者仔细对那两台次级交换机进行了对比观察，发现它们的新旧程度不同，后来询问其他同事证实这两台交换机虽然型号相同，但其中一台是以前买的，另外一台是最近改造局域网时才买的。根据这种不同之处，笔者认为先买的交换机由于服务时间相对较长，它的自身性能可能出现老化现象，一旦网络中出现广播风暴的话，很容易发生交换机缓存溢出现象而导致瘫痪，另外一台交换机由于刚刚才开始使用，它的自身性能足以抵抗网络病毒的袭击，这样一来这台新交换机也就不容易发生瘫痪现象了。

总结上面的故障排除过程，笔者认为要想确保局域网始终能够稳定、高效地运行，必须在组网之前挑选自身性能好、缓存容量大的交换机产品，以便提高交换机自身的抗干扰能力。另外，为了尽可能地避免网络发生广播风暴现象，我们应该在网络中的每台计算机中安装杀

毒软件，并定期执行清除病毒操作。

排除经验

在长时间、高负荷地运行之后，网络中的交换机往往会不可避免地出现各种各样的故障现象，那遇到故障现象时如果都毫无头绪地随意排查的话，故障解决效率肯定不会很高。事实上，我们只要掌握了合理的故障排除顺序，完全能够有效地提高故障排除效率；一般来说，当交换机遇到故障现象时，我们可以尝试按照下面的顺序进行逐一排查：

首先按照由远到近的线路连接顺序进行排查，因为交换机存在的多数故障往往都是通过与其直接相连的工作站而发现的，所以我们在排查故障时尽可能地按照“终端工作站-连接线缆-端口模块-网络跳线-交换机”这样的顺序依次检查。按照上面的顺序排查之后，如果确认交换机的确存在故障的话，那我们接着就要按照由外而内的顺序来检查交换机设备了。我们不妨先从交换机控制面板中的各种信号灯来辨别，并依照信号灯的故障指示，检查交换机内部对应部件是否发生了故障。例如，交换机的Link信号灯要是处于熄灭状态，那就表明对应端口没有连接好或者该端口存在问题，要是Link信号灯处于绿色闪烁状态，那就表示交换机当前处于100 Mb/s数据传输状态，要是Link信号灯处于黄色闪烁状态，那就说明交换机此刻正处于10 Mb/s数据传输状态；要是交换机的Power信号灯处于绿色常亮状态，那就表示交换机的电源供应一切正常，要是处于熄灭状态就说明没有电源供应。当确认交换机内部存在故障时，我们肯定不会轻易地动手去拆卸交换机，因此在检查内部故障时，我们应该先从系统程序或参数配置上着手来排查。要是参数配置或系统程序没有问题的话，那几乎就能断定是硬件有问题了。比方说，某个端口不能正常使用时，那我们不妨先检查一下指定工作站所连的端口是否在对应的VLAN中，或者检查一下指定端口是否已经被其他的管理员关闭掉了等。当然，在实际排查交换机故障的过程中，我们常常会遇到一些相当复杂的故障，此时我们尽量按照先易后难的顺序，来从系统配置或简单操作下手，来逐步分析、排查故障，相信这样能够提高故障的解决速度和故障排除效率。