SAN交换机 更新时间：2011-05-23 14:24

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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。

SAN交换机功能

• 提供用于大型核心/边缘网络的全网络交换机功能；

  提供最高可达2 GB/秒的吞吐速度以及速度总计最高可达8 GB/秒的交换机间链路（ISL）。

浅析SAN交换机

• 简单介绍的相关内容，以下是文章的详细内容，有兴趣的读者不妨看看此篇文章，希望能为各位读者带来些许的收获。

  采用一个SAN交换机是一个不错的开始。这种交换机成本相对较低，而且有多个端口满足各种规模的企业机构需求。而且这种交换机还可以彼此连接，应对企业机构的扩展。

  然而一些数据中心遇到这样一个问题，基于交换机的架构变得越来越难以管理和维护。这时候IT存储管理员可能需要的不仅仅是交换机，他们还需要关于选择一个存储中枢的建议。

  与其他很多“入门级”架构块不同的是，SAN交换机可以扩展满足很多企业机构在很多情况下和长时间内的存储传输需求，存储管理员可能没有其他任何顾虑了。这是因为，交换机本身速度很快，能够彼此互连的特点进一步提供了可扩展性和冗余性。

  但是SAN交换机中却有很多门道，主要集中在将一个协议从服务器迁移到存储和后端。如果需要其他像通过SAN扩展连接WAN、通过FICON连接大型主机的功能或者FCoE等协议的话，就需要另外添加一个网关设备来作为桥接。

  虽然通过添加少量网关设备来实现特定连接或者对话通常是可管理的，但是就长远来说，随着环境中专有设备的数量不断增加，管理所有这些独立设备将带来重重困难。

  除了缺乏连接性和协议灵活性之外，这种交换机还存在着可扩展性的问题。虽然这种交换机能够通过ISL实现互连，但是每个ISL连接要占用可能是为服务器准备的端口。这意味着一个架构内可以支持的交换机数量是有限的。因此，存储管理员开始考虑交换机之外、能够让环境持续扩展的选择。

  第一个选择是多端口的交换机，32个端口、64个端口以及更高容量都是很常见的。这种交换机减少了环境中所需交换机的总量以及需要的ISL连接数量。

  这种交换机可能需要用户先将交换机迁移到一个存储中枢中，如果未来几年增长的幅度较小或者预算压力需要过渡性措施的话，这是一个可靠的选择。但即使在典型的IT增长下，这种大型交换机最终也会面临同样的ISL匮乏问题。因为每个交换机都要有冗余的供电源，所以与小型交换机相比这种大型交换机也存在空间和能耗问题。

  除了这种交换机以外，还有导向器级和主干级交换机基础架构。在大多数情况下，主干级存储互连设备通过提供非常高的端口密度消除了ISL难题。

  中端主干交换机可以支持192个存储端口，企业级设备可以支持384个端口。如果所有或者大多数存储互连性都集中在一个主干产品中的话，那么在你做选择的时候，这个主干产品的原始速度就是一个很重要的因素。例如，博科的DCX可以支持384个8Gb光纤通道端口。

  主干交换机是基于高可用性机架搭建的，支持多电源和风扇。机架中插入刀片，专门用于存储互连或者通过WAN的SAN扩展。Brocade DCX Backbone产品是通过一种无源背板来实现互连的。这个背板上没有电子元件，专门是针对互连设计的。厂商不同，刀片的数量和刀片的类型也不同，但是一般来说这种机架支持8个用于存储互连的刀片或者其他专门用途的刀片。

  除了用于存储互连的刀片之外，一般还有通过交换机处理重负荷传输的刀片。有了这些功能，这种基于刀片的机架在技术升级时是可升级的

  除了消除或者缓解交换机互连问题之外，主干基础架构设备还提供了更高的灵活性，它有可替换的交换机处理内核和刀片本身(最常见的是用于连接存储设备的刀片)。这些光纤通道刀片的速度通常在4Gb～8Gb之间，密度在16～48端口之间。

  环境中每个刀片的端口密度取决于环境的I/O需求。如果机架中只安装了48端口的刀片，那么在所有连接设备同时发出存储I/O请求的情况下，刀片本身和机架可能是订购过量了。

  如果发生这种情况的话，主干中就会出现性能瓶颈。在大多数环境中很少会出现所有设备同时需要存储I/O的情况，然而，为了以防万一，应该选择极高性能和低端口数量的刀片来确保合理的服务等级。

  主干基础架构的价值之一是，它在环境规模增加或者存储互连技术升级的同时提供了灵活性。一般来说，大多数环境需要预留主干基础架构扩展的空间。

  增加端口数量和插入更多刀片一样简单。这样就不会有大量的ISL连接需要重新映射或者验证是否安装正确。

  技术可升级性是一个被广泛接受的事实，实际上这也是一个优点。主干交换机的用户体会到了这一点，他们可以在同一个机架内支持4Gb和8Gb刀片，并在其间进行升级。现在高速的光纤通道协议也问世了，而且，采用这种技术也像接入一个新刀片一样简单。

  除了速度升级之外，也可以以相同的方式采用新协议。例如，博科已经交付了一种可实现列末FCoE连接性的FCoE刀片。

  主干基础架构需要提供的不仅仅是存储连接，它还需要具备新功能，例如用于高速光纤通道连接的刀片、用于SAN扩展(FCIP)的刀片以及存储加密。

  最后，人们对刀片本身集成存储应用也越来越感兴趣，这可以实现基于基础架构的复制或者存储虚拟化。应用刀片理念让存储应用更加接近存储传输应该提升性能和可靠性的层面。

  服务器虚拟化给数据中心带来了整合的实际好处。可交付的FCoE实际上也是关于基础架构的整合。存储主干是一个自然而然的发展阶段，它的目标是整合SAN交换机环境，为企业提供更高的灵活性。

揭开SAN交换机高速传输之谜

• SAN交换机有很多值得学习的地方，这里我们主要分析了SAN交换机为何能够进行高速传输及其原理。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。

  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。而且它最大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。这种存储方式中最大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。
  

  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。

  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，满足最具挑战性的需求。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。

  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接口我们知道最新的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（最高可达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接口是目前最新的一种接口类型，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）公司的一款支持最新FICON通道的SilkWorm 12000 Director多层光纤交换机。

关于SAN交换机现状分析及未来发展

• SAN交换机还是比较常用的，于是我研究了一下SAN交换机现状分析及未来发展，在这里拿出来和大家分享一下，希望对大家有用。存储区域网（SAN）被称作“第二网”，经过多年发展，第二网络已经从一个“二层”网络发展成为“三层”网络。

  一个孤立的二层网络

  存储区域网是专门为进行大规模数据传输而设计的专有网络，它使用光纤通道协议，通过光纤通道集线器、SAN交换机将磁盘阵列、带库以及相关的服务器连接起来，从而形成了一个高速的专用网络。因此，SAN最大的特点就是独立性，甚至在初期，它在物理上与其他网络相分离。尽管SAN为用户的大规模数据存储提供了一个高性能、高可靠性的“第二网”，但是，长期以来，用户形成了多个SAN孤岛。可能每个孤岛用来满足用户的某项应用。但是，就像采用直连存储所造成的信息共享困难一样，各SAN孤岛之间的数据也同样无法进行交流。

  当初，为了消除信息孤岛，为了能够使数据在服务器之间共享，才发明了SAN，而随着SAN的构建形成了新的孤岛。在新的孤岛之间进行数据共享的难度加大，而随着用户对数据共享的需求越来越高，因此希望将SAN孤岛连接起来。目前有四种方式可以实现，包括裸光纤直连、WDM（波分复用）、使用 SONET（SDH）数据传输技术以及FCIP技术，这样几个SAN孤岛可集成为一个大的SAN网络。

  SAN孤岛互联问题多

  从现有的SAN网络技术来说，四种连接方式均将多点构成一个Fabric网络，这样在一个Fabric网络中就有统一的网络服务（如统一的名称服务器、分区配置、地址空间、Fabric管理等），在远程连接的环境中就会带来很多问题，主要有以下几个方面。

  主SAN交换机（Principal Switch）的问题：在光纤通道技术中，一个Fabric网络只有惟一的主SAN交换机，由它来统一分配域ID，保证整个Fabric有一致的地址空间，当主SAN交换机出现故障时，就会造成整个Fabric发生重新配置（Reconfigure），从而中断应用系统运行。因此无论主SAN交换机处于哪一端，出现故障时都对其他端带来致命影响。

  主ISL（Inter-Switch Link，SAN交换机间链路）的问题：远程连接两端的链路一般均是SAN交换机之间的连线，而且也承担SAN交换机管理信息的传递（主ISL链路），而这个链路很有可能发生时断时续的故障，当这个主ISL链路发生故障时，就会使无主SAN交换机的SAN孤岛发生Reconfigure，并选举新的主 SAN交换机，这样也造成应用系统的中断; 同时也会对主SAN交换机的SAN孤岛造成Fabric Build过程，如果这个过程不成功，同样也会造成应用系统的中断。

  远程点之间安全性的问题：在远程连接的SAN网络中，安全性是一个突出的问题，因为任何人可以从网络的任何点连接到整个Fabric网络中，如果能够模拟其他应用系统HBA的WWN（全球名称），将会窃取到数据，如果有人为的破坏，也会使整个Fabric网络发生瘫痪，从而使整个应用系统无法正常运行。

  多点容灾环境下的问题：如果在多点的环境中，将各个SAN孤岛连接起来，形成一个大的Fabric网络，远程ISL链路比较多，出现远程连接的问题就比较多，而且任何SAN岛出现上述的任何问题，都会造成Fabric网络的不稳定或应用系统的中断，因此在多点远程连接的情况下，网络安全和稳定将会是一个突出的问题。

  SAN路由器应运而生

  为了解决上述SAN孤岛互联时产生的各类问题，SAN路由技术应运而生。人们可以使用SAN路由技术把迄今为止互无联系的光纤通道Fabric连接起来而又使各个Fabric能够保持其相互的独立性。SAN路由技术给网络存储以及容灾系统带来了诸多好处。

  SAN路由技术实现了SAN Fabric间的无缝连接，在连接不同的Fabric时不要求对现有Fabric的参数做任何修改，同时路由器的接入不会对正在执行的I/O造成任何影响。SAN路由器实现了Fabric间的资源共享，特别是实现了Fabric间的磁带库共享。SAN路由器突破了一个Fabric内最多239台光纤通道 SAN交换机的限制，使得大规模SAN网络成为可能。在容灾系统中使用SAN路由器可以隔离本地和异地的SAN Fabric，极大地提高了容灾系统的数据可用性和整体的可靠性和稳定性。多Fabric通过SAN路由器的互相连接保证了同一个公司中不同部门的SAN 网络的管理的自主性，提高了各部门SAN发展的自由度。从实现技术上讲，目前主要有两种主流技术：一种是FCIP（FC over IP），另一种是iFCP（Internet光纤通道协议）。

  FCIP

  博科通讯中国区技术总监司马聪博士介绍: “由于在当今的数据中心里，SAN发挥着更加重要的作用，所以许多机构都在寻找创新解决方案，将其SAN的优点延伸到整个企业。为了对这种努力提供支持，独特的博科SilkWorm多协议路由器可以增加当今SAN的功能、连接和通用性。”该多协议路由器用于支持多种路由服务，包括实现SAN连接的博科 FC-FC路由服务、用于延伸SAN距离的博科FCIP隧道服务以及用于同iSCSI服务器共享光纤通道存储资源的Brocade iSCSI网关服务。

  FC-FC路由服务是多协议路由器上的服务之一，它可以让不同SAN Fabric中的设备建立通信，而无需将这些Fabric合并成一个大型的SAN。博科FCIP隧道服务使得各机构可以将其光纤通道SAN延伸更远的距离。将FCIP隧道服务与FC-FC路由功能配合使用，可以让两个Fabric保持独立，而无需将其合并为一个，而且还允许在所有设备间建立任意设备到任意设备连接的Fabric。

  iFCP

  根据McDATA公司中国区技术经理雷涛介绍，该公司主要根据一项名为“SecureConnect”的技术设计SAN路由器。 SecureConnect SAN路由技术是由Nishan System公司首创，该公司在2003年被McDATA收购。SecureConnect SAN路由技术能够为每个本地SAN光纤网络提供具备互操作性能力的E[_]Port连接，在每个站点终止E[_]Port连接。因此，光纤网络的搭建被限制在每个地点，而且SAN交换机到SAN交换机间的协议也无需贯穿整个IP网络。如果两个甚至更多的地点由McDATA的SAN路由器连接，每个地点将仍然拥有一个独立的SAN。在存储设备及服务器间，只有被授权(被分区)的连接允许通过IP网络。

  与第三层网络路由相同，SecureConnect SAN路由不但保证了各SAN分区间数据的可靠传输，也避免了整个存储网络暴露于应用全面中断的潜在风险。用户可以利用具备成本效益的IP网络服务，来部署复杂的、多重SAN存储解决方案。除错误隔离外，SecureConnect SAN路由解决方案能够减少地址重复问题，从而简化SAN的连接。McDATA的SecureConnect SAN路由技术允许在不同的SAN交换机上使用相同的域地址分配，而不会出现任何路由问题。

  发展趋势----多厂商互联

  目前而言，SAN路由器还只能够将来自一家厂商的产品进行连接，SAN路由器还不能支持多厂商产品，也就是说，如果两个Fabric分别由来自不同厂商的光纤通道SAN交换机组成，那么目前还没有产品能够将它们连接在一起。尽管各厂商都声称将来支持，但是，分析人士认为，目前多厂商SAN交换机之间的互联互通仍存在各种问题，而路由器之间的问题要远比SAN交换机的复杂得多。

  在以太网中的路由器技术已经非常成熟了，同时标准化的产品之间互联互通不会存在任何问题。这是大家非常熟悉的现状，那么，以太网的路由器在初期也无法互联互通吗？其实，在以太网实现“路由”的道路大致一样，当初，用户认为他们有足够多的SAN交换机，根本没有必要使用路由器，当需要连入更多资源时，用户购买更多SAN交换机而非路由器。笔者一位朋友在回忆大概十年前的情景时说，当时抱着一个巨大的路由器向用户上门推销，但是用户却问：“我们有SAN交换机，为何需要路由器呢？”如今，以太网路由器几乎到处都是。最为关键的是，在用户目前的以太网环境中使用的路由器来自多个厂家，它们之间、它们与SAN交换机之间可以任意互联互通。

  这也应该是SAN路由器的发展方向

  “标准化”三个字极大地推动了以太网的发展，一方面标准化可以吸引众多厂商参与，并且朝着同一个方向前进，结果使得各厂商产品都符合“标准”，因此在互联互通方面不会存在任何问题；另一方面，标准化加速了产品与技术的成熟，使得成本和产品价格迅速降低，更多的用户可以用得起，应用的普及反过来对技术起到积极的推动作用。