2存储基础知识：主要协议SCSI、FC、iSCSI
存储网络相关协议和技术介绍
• 操作顺序:
环路控制仲裁
打开到目标设备的通道
传送数据
关闭
• 环路上的节点数直接影响性能
OPT-150
NL_Port 发送器 接收器 节点 A
NL_Port 发送器 接收器 节点C
NL_Port 接收器 发送器
节点 B
NL_Port 接收器 发送器
节点D
仲裁环路集线器的特性
• 闭环体系结构
• 连接业务 • 物理电路 • 可靠的硬件传输 • 高速 • 低延迟 • 短距离 • 基于硬件
光纤通道
• 电路和分组交换 • 可靠性传输 — 误码率(BER)<10-12 • 高数据完整性 — 错误检测 • 高数据传输速率 — 100和200MB/s • 高带宽，低延迟 — 1Gbps/2Gbps • 高连接数 — 24位地址 • 长距离 — 10公里到100公里
• 在计算机和用于存储数据的设备之间使用的传输技术 • 在计算机内部，或扩展至外部的存储设备 • 存储设备可由连接的主机或其它存储设备访问 • 例如：SCSI、光纤通道、ESCON
I/O 控制器 I/O 通道
OPT-150
外部I/O
内部 I/O
SCSI I/O 通道
SCSI
• SCSI I/O 通道为 SCSI 数据提 供半双工通道
OPT-150
SCSI CDB 格式
第7位 第6位 第5位 第4位 第3位 第2位 第1位 第0位
0
操作代码
1
预留
2
逻辑块地址
3
4
传送字节长度
5
控制字节
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光纤通道 (Fibre Channel)
OPT-150
智能计算平台应用开发(初级)-硬件设备- 存储设备
第2章硬件设备目录1.存储设备2.服务器3.综合布线与设备上架存储设备l存储设备包含存储硬件系统,软件系统,存储网络与存储解决方案。
l服务器通过存储网络才能访问存储在硬件系统中地数据,存储软件系统提供对存储在硬件系统中地数据地管理功能。
l用户将多种存储硬件与软件组合起来形成解决方案可以满足业务较高地数据管理需求。
存储网络常用存储协议简介l在存储系统中,目前普遍使用地存储协议为SCSI,SAS与FC等,每种存储协议各自拥有不同地技术规范,具备不同地传输速度,存取效能地差异较大,所面对地实际应用场景与目的市场也各不相同。
l同时,各存储协议所处于地技术生命阶段也各不相同,有些已经没落并面临淘汰,有些则有较好地前景,但发展尚未成熟。
l SCSI是小型计算机系统接口（Small puterSystem Interface）地简称,是为小型机研制地一种接口技术,现已完全普及到小型机,高低端服务器与普通PC上。
SCSI逻辑拓扑l SCSI 可以划分为SCSI-1,SCSI-2与SCSI-3这3个版本,最新地为SCSI-3,也是目前应用较为广泛地SCSI 版本。
•1986年正式批准成为第一个SCSI 标准,支持同步与异步SCSI 外围设备;支持7台8位地外围设备,最大数据传输速度为5MB/s 。
•1994年正式成为官方标准,SCSI-2也称为Fast SCSI,数据传输率提高到20MB/s 。
SCSI-1•始于1993年进行定制,并经过不断地改进,目前最新地Ultra320SCSI地最高数据传输率已经达到了320MB/s。
SCSI-2SCSI-3l iSCSI（互联网小型计算机系统接口）是一种在TCP/IP上进行数据块传输地标准,由Cisco与IBM两家联合发起,并且得到了各大存储厂商地大力支持。
l iSCSI可以实现在IP网络上运行SCSI协议,在诸如高速千兆以太网上进行快速地数据存取备份操作。
l iSCSI标准在2003年2月11日由IETF（互联网工程任务组）认证通过。
存储协议有哪些类型
存储协议有哪些类型1. 概述存储协议是计算机系统中的一种通信协议，用于在存储设备之间传输数据。
根据不同的需求和应用场景，存储协议的类型也有所不同。
本文将介绍一些常见的存储协议的类型，包括块存储协议、文件存储协议和对象存储协议。
2. 块存储协议块存储协议是一种直接访问存储设备的协议。
它将存储设备分为固定大小的块，并使用逻辑寻址方式进行访问。
常见的块存储协议包括：2.1 SCSISCSI（Small Computer System Interface）是一种通用的块存储协议，用于连接计算机和硬盘、磁带等存储设备。
它通过一条SCSI总线将主机与存储设备连接起来，并通过命令的传输来实现数据读写操作。
2.2 Fibre ChannelFibre Channel是一种高速的串行通信协议，用于连接计算机与存储设备之间的数据传输。
它支持并行传输和光纤传输两种方式，具有高带宽和低延迟的特点，适用于大规模存储系统。
2.3 iSCSIiSCSI（Internet Small Computer System Interface）是一种基于IP网络的块存储协议。
它通过将SCSI命令封装在IP数据包中，实现计算机与存储设备之间的数据传输。
iSCSI具有灵活性高、成本低等优点，广泛应用于企业级存储系统。
3. 文件存储协议文件存储协议是一种通过网络访问文件系统的协议。
它允许多台计算机共享存储设备上的文件，并提供文件访问和管理的功能。
常见的文件存储协议包括：3.1 NFSNFS（Network File System）是一种基于RPC（Remote Procedure Call）的文件存储协议。
它允许不同的计算机通过网络访问和共享文件系统。
NFS具有简单、高效的特点，常用于Unix和Linux系统。
3.2 SMB/CIFSSMB（Server Message Block）和CIFS（Common Internet File System）是一种用于共享文件和打印机的文件存储协议。
存储基础知识PPT课件
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存储系统的几种基本架构
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DAS NAS
SAN
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DAS（Direct Attached Storage ）
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NAS（Network Attached Storage）
•NAS = Optimized for File I/O
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SAN （Storage Area Network）
40-pin 主/从盘 连接器 电源 跳线 连接器
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SCSI接口硬盘介绍
80-pin 公接头
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FC接口硬盘介绍
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SATA接口硬盘介绍
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SAS接口硬盘介绍
•1•2•3•4 •1 •2 •3 •4
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17
不同类型接口硬盘的比较
IDE
SATA
SCSI
SAS
•多个物理硬盘
•Raid运算
•控制器
•读I/O
•逻辑磁盘
•-6-
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6
磁盘阵列
• 常见的磁盘阵列组成部分： 控制器和磁盘柜分离
控制器
+
=
磁盘扩展柜(JBOD) 磁盘阵列
控制器和磁盘柜一体
+
控制器模块
磁盘柜
=
磁盘阵列
• 主要分类 • 按控制器数量： JBOD，双控制器阵列，多控制器 阵列 • 按对外接口：SCSI阵列， FC阵列，i SCSI阵列等
最新课件
FC或IP(GE)
缓存(Cache)
CPU
CPU
后端总线
阵列内置UPS
iSCSI存储系统知识
iSCSI存储系统知识⼀、概述 SCSI 即⼩型计算机系统接⼝（Small Computer System Interface；简写：SCSI），⼀种⽤于计算机和外部设备之间（硬盘、光驱、软驱、打印机等）系统级接⼝的独⽴处理器标准。
SCSI是⼀种智能的通⽤接⼝标准，它是各种计算机和外部设备之间的接⼝标准。
iSCSI是由Cisco和IBM发起的，它将SCSI命令封装在TCP/IP包⾥，并使⽤⼀个iSCSI帧头。
它基于IP协议栈，假设以不可靠的⽹络为基础，依靠TCP恢复丢失的数据包。
背景： 相⽐直连存储，⽹络存储解决⽅案能够更加有效地共享，整合和管理资源。
从服务器为中⼼的存储转向⽹络存储，⼀直依赖于数据传输技术的发展，速度要求与直连存储相当，甚⾄更⾼，同事需要克服并⾏SCSI固有的局限性。
所有数据在没有⽂件系统格式化的情况下，都以块的形式存储于磁盘上。
并⾏SCSI将数据以块的形式传送⾄存储,但是，对于⽹络它的⽤处相当有限，因为线缆不能超过25m，⽽且最多连接16个设备； 光纤通道（FC，Fiber Channel，跑FC协议）是⽬前SAN的主导，它在专门的⾼速⽹络上分离存储资源。
光纤通道协议与互联技术起源于满⾜⾼性能传送块数据的需求，同时克服直连存储的连接和距离限制。
通常光纤通道设备连接距离可达到10000⽶，甚⾄数⼗万⽶，并且对于连接在SAN之上的设备没有数量要求。
与SAN不同，NAS将数据以⽂件的形式传输并且可以直接连接⾄IP⽹络。
部署NAS设备传送块数据，使⽤基于SCSI的光纤通道协议，⽐Server Message Block(SMB)协议更加⾼效。
⼆、什么是iSCSI： iSCSI是⼀种使⽤TCP/IP协议，在现有IP⽹络上传输SCSI块命令的⼯业标准，它是⼀种在现有的IP⽹络上⽆需安装单独的光纤⽹络即可同时传输消息和块数据的突破性技术。
iSCSI基于应⽤⾮常⼴泛的TCP/IP协议，将SCSI命令/数据块封装为iSCSI包，再封装⾄TCP 报⽂，然后封装到IP 报⽂中。
iscsi协议
iscsi协议iSCSI（Internet Small Computer System Interface）是一种基于TCP/IP协议的网络存储协议，它允许计算机通过以太网传输存储设备的数据。
iSCSI协议将SCSI（Small Computer System Interface）命令封装在TCP/IP包中，以实现计算机与存储设备之间的通信。
iSCSI协议的本质是将SCSI协议通过以太网传输，使得计算机能够使用网络访问存储设备。
传统的存储系统连接方式是通过SCSI总线连接，但在实际应用中存在一些问题，例如距离限制、设备共享困难等。
而iSCSI协议解决了这些问题，使得存储设备能够通过以太网传输数据，极大地扩展了存储系统的应用范围。
iSCSI协议主要由两个部分组成：iSCSI Initiator和iSCSI Target。
iSCSI Initiator是客户端，它请求数据并发送SCSI命令。
iSCSI Target是存储设备，它处理客户端的请求并返回数据。
在通信过程中，客户端和存储设备通过TCP/IP建立连接，并进行数据的传输和交互。
iSCSI协议的优点是灵活性和扩展性。
通过使用iSCSI协议，存储设备可以与计算机之间实现长距离连接，克服了传统SCSI的距离限制。
此外，iSCSI协议还支持设备共享，多台计算机可以同时访问同一存储设备，提高了存储资源的利用率。
iSCSI协议的使用过程如下：1. 首先，客户端通过DHCP或静态配置获取IP地址和网络相关信息。
2. 客户端启动iSCSI Initiator，将存储设备的IP地址和端口号配置为目标地址。
3. 客户端向存储设备发送登录请求，建立TCP连接。
4. 客户端与存储设备进行身份验证，确认身份后，登录成功。
5. 客户端发送SCSI命令给存储设备，请求读取或写入数据。
6. 存储设备接收SCSI命令，并根据命令执行对应的操作。
7. 存储设备返回执行结果给客户端，包括读取或写入的数据。
iSCSI协议、FC协议、FCOE协议
内容提要
iSCSI协议 FC协议 FCOE协议
DAS存储的局限性
扩展性差 资源浪费 管理分散 异构化问题 数据备份问题
服务器 SCSI
LAN SCSI
存储阵列设备
存储阵列设备
SAN的概念
存储区域网络(Storage Area Networks，SAN)：是一个用在服务器和存储资源之间的、专 用的、高性能的网络体系。它为了实现大量原始数据的传输而进行了专门的优化。
FC协议与FCoE协议本质上无变化。
应用层
FC-4（高层协议映射） FC-3（通用服务）
FC协议层 （无改变）
FC-4 FC-3
表示层 会话层
FC-2（数据分发）
FC-2
传输层
FC-1（编码）
FCoE Mapping
网络层
FC-0（物理接口） FC协议栈
IEEE 802.3 （Ethernet）
FC-2层是信令协议层，它规定了需要传送成块数据的规则和机制。在所有协议层中，FC-2层是最复杂的一 层，它提供不同类型的服务，分组，排序，检错，传送数据的分段重组，以及协调不同容量的端口之间的通 信需要的注册服务。
FC-3层提供的一系列服务，是光纤通路节点的多个N端口所公用的。尽管这层没有明确定义，但是它所提供 的功能适用于整个体系结构未来的扩展，例如多路复用和地址绑定功能。
1TW
6TW
0 - 528 TW or 0 -2112 bytes
537 TW or 2148 bytes
1TW
1TW 6TW
FC与SCSI协议
FC-0 物理变换 FC-2 结构协议
FC-4 SCSI 命令 映射集
常见存储协议SCSI与iSCSI和SAS入门详解
SCSI 总线 数据/地址 总线
SCSI 阵列 ID 0
LUN 0 LUN 1 LUN 2
控制信号
SCSI 阵列 ID 5
LUN 0 LUN 1
第9页
SCSI 协议寻址
总线号 区分不同的SCSI总线
设备ID 区分SCSI总线上不同的设备
逻辑单 元号
区分SCSI设备中的子设备
第10页
iSCSI的诞生
使用
SCSI-3
1993年成为标准 兼容SCSI-2/SCSI-1 真正成为了一个体系结构 支持FCP/IEEE1394等多种介
质
第5页
SCSI逻辑拓扑
Initiator 1
Initiator 2
Initiator
Target 1
Target 2
Target Target 3
LUN 0 LUN 2 LUN 5 LUN namespace Target device
串行连接SCSI: SAS
第18页
什么是SAS？
SAS：Serial Attached SCSI，是SCSI总线协议的串行标准，即串行连接SCSI。 SAS采用串行技术以获得更高的传输速率和更好的扩充性，并兼容SATA硬盘。 SAS目前的传输速率高达3Gbps、 6Gbps、 12Gbps 或更高，支持全双工模式。
16384个磁盘设备。
1 Expander
Expander
Expander
SAS
RAID
Expander
Controller
1
Expander Expander
128 128
第22页
SAS连线的原则
SAS线缆一般有四个通道，每个通道现在常用的是12 Gb/s。 SAS设备以环路（也称为链）的形式连接在一起。 线缆的带宽为4X12Gb/s，限制了环路中的硬盘数。 当前一个环路中的最大硬盘数的最佳实践是168块盘，也就是说最多7个24个硬盘槽位的硬盘框
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一、SCSI
SCSI 是小型计算机系统接口〔Small Computer System Interface〕的简称，于1979 首次提出，是为小型机研制的一种接口技术，现在已完全普及到了小型机，凹凸端效劳器以及一般PC 上。
SCSI 可以划分为SCSI-1、SCSI-2、SCSI-3，最的为SCSI-3，也是目前应用最广泛的SCSI 版本。
1、SCSI-1：1979 年提出，支持同步和异步SCSI 外围设备；支持7 台8 位的外围设备，最大数据传输速度为5MB/s。
2、SCSI-2：1992 年提出，也称为Fast SCSI，数据传输率提高到20MB/s。
3、SCSI-3：1995 年提出，Ultra SCSI〔Fast-20〕。
Ultra 2 SCSI〔Fast-40〕消灭于1997 年，最高传输速率可达80MB/s。
1998 年9 月，Ultra 3 SCSI〔Utra 160 SCSI〕正式公布，最高数据传输率为160MB/s。
Ultra 320 SCSI的最高数据传输率已经到达了320MB/s。
二、FC〔光纤通道〕
FC 光纤通道：用于计算机设备之间数据传输，传输率到达2G〔将来会到达4G〕。
光纤通道用于效劳器共享存储设备的连接，存储把握器和驱动器之间的内部连接。
协议根本架构：
FC-4 Upper Layer Protocol:SCSI,HIPPI,SBCCS,802.2,ATM,VI,IP
FC-3 common service
FC-2 Framing Protocol /Flow Control
FC-1 Encode/Decode
FC-0 Media:Optical or copper,100MB/sec to 1.062GB/sec
协议层说明：
FC-0：物理层，定制了不同介质，传输距离，信号机制标准，也定义了光纤和铜线接口
以及电缆指标
FC-1：定义编码和解码的标准
FC-2：定义了帧、流把握、和效劳质量等
FC-3：定义了常用效劳，如数据加密和压缩
FC-4：协议映射层，定义了光纤通道和上层应用之间的接口，上层应用比方：串行SCSI
协议，HBA 的驱动供给了FC-4 的接口函数，FC-4 支持多协议，如：FCP-SCSI,
FC-IP,FC-VI
协议简介：
FCP- SCSI：是将SCSI 并行接口转化为串行接口方式的协议，应用于存储系统和效劳器之间的数据传输。
的ANSI T10 标准，支持SAN 上存储系统之间通过数据迁移应用来直接移动数据。
FCP-SCSI 供给200MB/s〔全双工独占带宽〕的传输速率，每连接最远达10 公里，最大16000000 个节点。
FCP-SCSI 使用帧传输取代块传输。
帧传输以大数据流传输方式传输短的小的事务数据。
三、iSCSI
iSCSI〔互联网小型计算机系统接口〕是一种在TCP/IP 上进展数据块传输的标准。
它是由Cisco 和IBM 两家发起的，并且得到了各大存储厂商的大力支持。
iSCSI 可以实现在IP 网络上运行SCSI 协议，使其能够在诸如高速千兆以太网上进展快速的数据存取备份操作。
iSCSI 标准在2023 年2 月11 日由IETF〔互联网工程任务组〕认证通过。
iSCSI 继承了两大最传统技术：SCSI和TCP/IP协议。
这为iSCSI的进展奠定了坚实的根底。
基于iSCSI的存储系统只需要不多的投资便可实现SAN 存储功能，甚至直接利用现有的TCP/IP 网络。
相对于以往的网络存储技术，它解决了开放性、容量、传输速度、兼容性、安全性等问题，其优越的性能使其备受始关注与青睐。
工作流程：
iSCSI 系统由SCSI 适配器发送一个SCSI 命令。
命令封装到TCP/IP 包中并送入到以太网络。
接收方从TCP/IP 包中抽取SCSI 命令并执行相关操作。
把返回的SCSI 命令和数据封装到TCP/IP 包中，将它们发回到发送方。
系统提取出数据或命令，并把它们传回SCSI 子系统。
安全性描述：
iSCSI 协议本身供给了QoS 及安全特性。
可以限制initiator 仅向target 列表中的目标发登录恳求，再由target 确认并返回响应，
之后才允许通信。
通过IPSec 将数据包加密之后传输，包括数据完整性、确定性及机密性检测等。
iSCSI 的优势：
（1）广泛分布的以太网为iSCSI 的部署供给了根底。
（2）千兆/万兆以太网的普及为iSCSI 供给了更大的运行带宽。
（3）以太网学问的普及为基于iSCSI 技术的存储技术供给了大量的治理人才。
（4）由于基于TCP/IP网络，完全解决数据远程复制〔Data Replicatio〕n及灾难恢复〔Disaster Recover〕等传输距离上的难题。
（5）得益于以太网设备的价格优势和TCP/IP 网络的开放性和便利的治理性，设备扩
大和应用调整的本钱付出小。
四、iSCSI 和FC 的比较
从传输层看，光纤通道的传输承受其FC 协议，iSCSI 承受TCP/IP 协议。
FC 协议与现有的以太网是完全异构的，两者不能相互接驳。
因此光纤通道是具有封闭性的，而且不仅与现有的企业内部网络〔以太网〕接入，也与其他不同厂商的光纤通道网络接
入〔由于厂家对FC 标准的理解的异样，FC 设备的兼容性是一个巨大的难题〕。
因此，对
于以后存储网络的扩展由于兼容性的问题而成为了难题。
而且，FC 协议由于其协议特性，网
络建完后，参与的存储子网时，必需要重配置整个网络，这也是 FC 网络扩展的障碍。
iSCSI 基于的TCP/IP 协议，它本身就运行于以太网之上，因此可以和现有的企业内部
以太网无缝结合。
TCP/IP 网络设备之间的兼容性已经无需争论，迅猛进展的 internent网上
运行着全球很多家网络设备厂商供给的网络设备，这是一个最好的佐证。
从网络治理的角度看，运行FC 协议的光网络，其技术难度相当之大。
其治理承受了专有的软件，因此需要特地的治理人员，且其培训费用昂扬。
TCP/IP 网络的学问通过这些年的普及，已有大量的网络治理人才，并且，由于支持 TCP/IP 的设备对协议的支持全都性好，即使
是不同厂家的设备，其网络治理方法也是根本全都的。
FC 运行于光网络之上，其速度是格外快的，现在已经到达了2G 的带宽，这也是它的主
要优势所在。
下一代的FC 标准正在制定当中，其速度可以到达4G ，今日的千兆以太网已
经在普及当中，这也是基于TCP/IP 的 iSCSI 协议进入有用的保证。
得益于优秀的设计，以
太网从诞生到现在，普及了全部有网络的地方，到现在照旧表现出非凡的生命力，在全球很多
网络厂商的共同努力下，以太网的速度稳步提升，千兆网络已经实际应用，万兆网络呼之欲出，以太网的主要部件交换机路由器均已有万兆级别的产品。
随着产品的不断丰富，以
及设备厂商间的猛烈竞争，其建设本钱在不断下降，万兆网络的普及已日益接近。
当iSCSI 以10Gb的高速传输数据时，基于iSCSI 协议的存储技术将无可争议的成为网络存储的王者。