从“彻底网络化”看存储区域网络和系统区域网络的发展历程

计算机系统外部存储，从纸带，磁带，软盘，硬盘，磁盘阵列，flash，经历了从低级到高级，慢速到快速的发展过程。同样系统外部IO总线也随着这些外设速度的提升，经历了ISA，PCI，PCI－X的发展过程。而本地存储IO接口，ATA从当初的ATA33，ATA100，ATA133发展到现在的SATA150Mhz；scsi也发展到现在命令和接口分离的scsi3体系 串行化时代，出现了太多的串行编码技术的接口：pci－x，usb，1394，sas，ssa，sata，fc，infiniband。纵观从并行到串行的转变，我们可以发现，网络传输技术中都是用的清一色的串行编码技术，10M以太网用曼彻斯特编码，100M以太网用4b5b编码，1000M以太网用8b10b编码，万兆以太用64b65b编码，都是串行传输，所以这个转变是系统IO从本地化转为网络化的必经之路！引起这个转变的根本原因就是：传输速度的提高。现代接口的趋势就是：高速、串行化。速度提高之后，必将迫切的需要冲破系统后端IO只在本地化的限制，使各个节点之间的通信域扩大成网络规模，节点之间可以无障碍的通信，而传统网络IO的慢速的难题，已经被高频电路新技术发展所解决，万事具备，只欠东风……. 不久，以fiber channel传输技术为代表的存储区域网络（SAN），乘东风翩翩而来。fiber channel可以说是第一个吃螃蟹的，不仅吃到了螃蟹，而且取得了巨大的成功！fiber channel定义了一系列网络化元素，从物理层到传输层。比如物理层8b10b编码串行传输；链路层帧格式，寻址层（exchange，sequence，frame的三次结构模型），传输层（带确认或者不带确认机制）。fc和上层协议的接口由fc4层来定义，fc可以传输IP，scsi等多种协议（在传输象IP这种已经定义了寻址机制的协议时候，必须设置neme server进行名称映射）。拓扑上，定义了private loop，public loop，p2p，fabric，intran fabric，inter fabric六种结构。fc的出现，催生了一大批做fc san的厂商，更加深了fc势力的扩张。出现了fc接口的磁盘（fscsi，fata）fc的HBA，fc的控制器。。。仿佛一切都在fc化。fc接口的磁盘串，形成一个loop，接入IO控制器或者盘阵中常用的DA（disk adaptor），由于scsi3体系分离了命令和接口，所以使得scsi上层体系可以以fc为底层传输手段，再加上fc loop最多可以接127个设备（fc al地址字段长度为8位，所以最大地址数127），所以极大得扩展了原来scsi总线最多接15个设备得而且最长25米线缆得限制. 与此同时，另一路存储网络化大军：IP存储也在屯兵遣将，准备和fc存储分天下。同样是网络化，IP存储则是建立在非常成熟而且广泛使用并且价格低廉的IP网络基础之上的。由于IP已经提供了成熟的传输和寻址机制，所以基本就是拿来就用的程度（之所以用tcpip而不是udpip，是因为IP协议是专门为大规模跨地域网络而设计，它假设链路传输是不可靠的，所以引入了tcp来保障传输，但是我我认为现在的链路质量，完全可以用udp传输，将纠错机制给上层处理，就像fc用class3服务来传输scsi一样）。ISCSI，IATA（intransa，华3的架构），FCIP，IFCP等。其中最重要的就是ISCSI技术，将scsi命令体系用tcp来传输，而不是用fc来传输，这引发了很多到底iscsi和fcp谁快的争论。我谈一下我的看法，tcp传输的开销比fc要大，而且tcp协议站是运行在主机以太网络适配器上层的OS层的，需要消耗大量主机cpu时间的，包括ack，定时器，重传等，均通过消耗主机大量cpu时间来运行，而fc协议站则完全实现在fc hba的芯片中，对于主机os，只利用底层驱动程序来作用，速度极快，相比tcp，消耗主机cpu资源极少。针对专门处理tcp的芯片也出来了，集成在iscsi卡内，可以脱离主机cpu独立进行tcp处理，叫做TOE（tcp offload engine）。tcp每发一个或者一批（视窗口大小和队列延迟时间而定）包，接受方都要返回ack包，如果接受方没东西发送，则单纯发ack包不捎带任何上层数据，这样就浪费了带宽，而fc也有ack机制，至于他们之间的区别，小弟也没有深入研究，希望达人能解释一下。基于以太网的IP传输廉价，易实施，而且已经有了万兆以太网，到时候我相信基于万兆以太的IP存储将占上锋。相等速率的情况下，fc占上锋。IP存储最大优势就是价格、实施容易，可扩展性强，大众化。华3也在搞IP存储，据说是oem的intransa，有IATA和Iscsi的产品，相信借助华为的IP领域的研发和市场优势，华三IP存储一定能成为一支大军！ 同样，以串行scsi接口（SAS）技术和IBM自有的SSA接口技术为代表的存储区网络，也正在发展之中。（SSA由于IBM私有，已经淘汰） escsi：网络存储的隐者。 不好意思，这个词儿是小弟全权代表snia定义的￥◎％￥……※￥。。。。其实压根就没这个词，只不过是小弟的想象而已。所谓escsi就是scsi over ethernet，直接丢弃IP这一层多于的寻址机制和tcp的传输机制，自定义一套高效的，针对性的inter switch寻址和传输机制，intran switch或者规模较小的fabric用mac地址直接寻址，inter switch或较大规模的fabric在ethII帧或者LLC SNAP之上再引入额外字段实现高层寻址。这样将极大的简化tcpip带来的开销，加上以太网的廉价,广域lan，以及万兆以太网这个杀手锏，相信escsi将来会成为王者！（弱弱的问一句，现在有人开发escsi或者eata么？小弟很感兴趣） fc san，IP ssan。。。。正当两大门派对峙的时候，真正的网络化，彻彻底底的网络化时代到来了。 intransa的IP磁盘说 intransa虽然名气不大，产品卖的也不好，但是他的思想是很超前的，彻底网络化，这就是时代的趋势！如今，连冰箱都想入网，还有什么不能入网的？intransa将ip协议站加入到了磁盘上，就像将fc协议加入到磁盘上一样，但是这个做法确没让多少人感冒（华为基于这个技术推出了IX系列存储，不知道是全盘照搬还是自主研发）。但至少表现了一种思想和趋势，这年头，思想才是最重要的，没了思想，就完蛋（吃的全是垃圾，吐的全是思想×％※￥＃％）。具体请看一下intransa 的白皮书。 彻底网络化IO：infiniband infiniband的核心思想，即所谓系统区域网络（SAN）。他起源并发展于是三个IO模型，我只记得其中一个：NGIO（下一代IO模型），这三个模型的思想就是IO分离，形成系统区域网络，将传统IO模型基于本地的IO，变为网络交换式IO。SAS（serial attached scsi）也是利用这种思想。其实fiber channel也有这种思想的体现，只不过没有规范化的表现出来。 分离IO的系统区域网络：是一种将网络化应用到系统IO，消除传统IO总线本地化的限制。彻底网络化的结果就是产生了子网、节点、交换寻址、路由寻址、网络管理、安全访问，***等名词。而IB（infiniband）也确实体现了这些内容。寻址采用了2层寻址，一层是LID，一种GID，intran subnet寻址采用LID，忽略GID，而inter subnet寻址则采用GID，这种寻址机制类似ATM网络中的VPI VCI寻址机制，提高了效率。定义了HCA（host channel adaptor）和TCA（target channel adaptor），类似HBA一样的作用。与高层的接口方面，定义了QP（queue pair）等。由于小弟还没有看完infiniband的规范，所以不能再对infiniband做进一步阐述了。。 结语：未来将是一个彻底网络化的时代！恐怕再过一段时间，连内存总线都网络化了（好像infiniband中有个RDMA，似乎是用网络将两边的内存联通了，不太确定），到时候，分布式处理将不再是难题，将不在需要分布式文件系统这种低效的机制。试想一下，将来各地都分布着强大的cpu阵列、内存阵列、存储阵列，北京有个2000GHz的cpu，青岛有个1000GHz的，北京有个10KG容量的内存阵列。什么？不够用了？，没事，网络负载均衡，青岛还有个备用的100KG的内存阵列。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。醒醒，醒醒，别做梦了哈，大半夜的你顶个尿壶瞎扯什么呢你！！ 冬瓜头 2006年8月27日晚

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