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怎样选择(FC-SAN)光纤通道(存储)交换机

怎样选择(FC-SAN)光纤通道(存储)交换机

 
 
由于光纤通道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。作为存储系统非常重要的设备之一,光纤通道交换机有着广泛的应用,相信不少消费者对其如何选购还不是很了解,没有关系,下面我们主要针对光纤通道交换机的选购问题,给大家详细的分析一下。通过光纤通道(FC)交换机构建的光纤通道网络叫作Fabric,或者叫作光纤通道网络架构。
 
  与以太网交换机大不相同,大多数用户在构建存储时,FC交换机往往被紧密地集成到系统中。一方面用户对其关注程度不太高,另一方面所有的大型存储设备厂商都OEM光纤通道交换机(如IBM,HP,DELL,EMC,HDS,华为,联想,曙光等等),不细心的用户连交换机的生产厂家都不清楚。目前生产光纤交换机的厂家只有博科(BROCADE)和思科两家了(McDATA被博科收购,QLogic正准备退出光纤交换机市场,全力发展光纤通道卡,即HBA卡业务。)brocade博科在光纤通道交换机市场占据了90%以上的份额,包括
 
SAN交换机的起源
 
  在20世纪80年代,连接主机和存储设备的标准方法是通过像IDE或并行SCSI这样的接口实现的点对点的DAS(直接连接存储)方式。并行SCSI提供了相对快速的访问SCSI硬盘的速度(5MBps或10MBps),并且几个硬盘可以通过同一个接口连接到计算机上。
 
  但是,随着存储子系统变得越来越大,计算机变得越来越快,一个新问题出现了:外部存储设备开始变得庞大起来。磁带库、RAID(廉价冗余磁盘阵列)和其他SCSI设备开始需要越来越多的空间,这就要求并行SCSI连接从主机延伸出来得越来越远。同时,I/O(输入/输出)速率也在不断增长,于是如何在一大捆线(32或64位数据总线)中保持信号的一致性也就成为了一个需要在物理学上解决的问题。简单的并行SCSI改良版的设计目的就在于,增加数据传输的距离和解决信号一致性问题。但是,它们最终都难以克服高速信号在并行SCSI总线构架下传输这一技术难题。
 
  为了满足这些新的需求,人们开发了为存储设备提供千兆串行网络访问能力的光纤通道(Fibre Channel)协议。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。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。这些特点使得光纤通道协议作为并行SCSI协议的替代者在整个90年代都得到了人们的认可,现在光纤通道协议被用在绝大多数高容量、高端直连存储设备上。
 
  随着光纤通道协议作为并行SCSI的点对点方式替代者的出现,并随着其逐渐被市场所接受,一种组合单纯的存储应用与网络技术于一身的新技术出现了——这就是存储区域网络(Storage Area Network,SAN)。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。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是关连存储设备和服务器的专用光纤通道网络,它和以太网有类似的架构,以太网由服务器、以太网卡、以太网集线器/交换机及工作站所组成,SAN则由服务器、光纤通道卡、光纤通道集线器/交换机和光纤通道存储装置所组成,SAN把大容量、长距离连接从SCSI解放出来,并避开以太网的束缚使数据得以高速传输。
 
SAN由三个基本的组件构成:接口(如SCSI、光纤通道、ESCON等)、连接设备(交换设备、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。构成存储区域网络的关键设备是光纤交换机即光纤通道交换机。按光纤通道拓扑结构,用光纤通道交换机将存储系统与服务器连接,以提供高速数据传输和数据共享、无局域网数据备份和存储合并。光纤通道网络在存储系统中占有举足轻重的地位。它可以发现存储系统中的一切,并且管理、控制着存储系统的一切。
  
SAN光纤交换机技术
 
  光纤通道交换机为高带宽和低延迟数据通信提供光纤通道切换功能。目前,光纤通道交换机提供无连接服务(Class2和3)。光纤交换机是使用光纤网络路由直接连接的方式,使用路由软件直接连接发起者和目标,这样就可以独享光纤的所有带宽。这就意味着光纤中每一个连接都可以单独存在,与其他连接互不干扰。光纤交换机端口的数量从8口到96口,甚至更多,其中包含智能交换硬件,使交换机所有端口中的任意两点可以建立连接。光纤交换机通过E_Ports(扩展端口)可以进行级联堆叠,这种方法可以使光纤网络扩展到数千个节点,交换机堆叠最多可以达到239个。
 
  较大型的SAN通过在一个网状网络中连接多个交换机来实现。其中每个交换机有一个到网络中其他交换机的单向连接。
  交换机大大提高了光纤网络的性能,例如:名称服务、管理服务以及更加完善的设备连接协议。交换机在绝大多数的环境中被用来作为提供主机到阵列连接的完善机制,尤其是在多重设备、多重引导的环境中交换机是不可或缺的。光纤通道交换机在SAN存储架构中处于连接核心地位。光纤通道交换机在逻辑上是SAN的核心,它连接着主机和存储设备。Fabric的基础结构可以被看作是SAN建立的基础。当从一个设备发送一帧数据到交换机时,交换机收到后,将该帧路由到适当目标设备中去。实际上,一个帧可以在它被完全接收之前就开始进行转发。光纤通道交换机也很智能,它可以提供各种Fabric服务,包括在网络上定位其他节点的服务(简单名字服务),可以自动和Fabric中的其他交换机之间建立路由,将设备分区(zoning),还可以监视和处理错误。
 
  光纤通道交换机有着许多不同的功能,包括支持GBIC、冗余风扇和电源、分区、环操作和多管理接口等。每一项功能都可以增加整个交换网络的可操作性,理解这些特点可以帮助用户设计一个功能强大的大规模的SAN。光纤交换机的主要功能如下:自配置端口、环路设备支持、交换机级联、自适应速度检测、可配置的帧缓冲、分区(基于物理端口和基于WWN的分区)、IP over Fiber Channel(IPFC)广播、远程登录、Web管理、简单网络管理协议(SNMP)以及SCSI接口独立设备服务(SES)等。光纤交换机往往根据其功能和特点被分为不同的类别。通常硬件可能都是基于相同的基本架构或者相同的ASIC芯片,只是软件的功能不同,光纤通道交换机的价格是根据它所能满足的需求来制定的。高冗余的核心级交换机是个例外,它往往是根据自己的硬件容错平台开发设计的。以下是各种主要类别的交换机的不同特点。
 
  入门级SAN光纤通道交换机(代表是博科的brocade300)
 
  入门级交换机的应用主要集中于8到24个端口的小型工作组,它适合低价格、很少需要扩展和管理的场合。它们往往被用来代替集线器,可以提供比集线器更高的带宽和提供更可靠的连接。Brocade 300是一款24端口交换机,可为入门级SAN奠定经济而灵活的基础,也可在核心到边缘SAN环境中用作边缘交换机。它可以在高能效、经过优化的1U机型中提供8 Gbps的性能,来支持最苛刻的服务器和虚拟服务器部署。Brocade 300易于部署和管理,并且可以轻松集成到新的和现有的IT环境中。Brocade 300具有按需端口扩展(Ports on Demand)(端口可由8个扩展至16或24个)等多种功能,因此,企业可以根据需要随时扩展自己的存储网络而不会影响业务正常运行。另外,企业可以先部署4 Gbit/秒的SFP,然后根据需要升级为8 Gbit/秒的SFP。
 
  工作组级光纤交换机(代表产品:brocade300,brocade5100)
  光纤交换机提供将许多交换机级联成一个大规模的Fabric的能力。通过连接两台交换机的一个或多个端口,连接到交换机上的所有端口都可以看到网络的唯一的映像,在这个Fabric上的任何节点都可以和其他节点进行通信。从本质上讲,通过级联交换机,能够建立一个大型的、虚拟的、具有分布式优点的交换机,并且它可以跨越的距离非常大。由多个交换机建立起来的Fabric,看起来就像是一个由单独的交换机组成的Fabric,所有交换机上的端口可以像访问本地交换机一样查看和访问Fabric上的所有其他端口。统一的名字服务器和管理服务允许通过单独的接口查看和修改全部Fabric的信息。
 
  创建分布式Fabric的一个重要因素,是获得交换机之间连接的带宽。任何两个端口之间的有效速率受到交换机之间连接的有效带宽的影响,可能需要使用多条交换机之间的连接来维护必要的带宽。工作组光纤通道交换机数量众多并且更加通用。用户可以将工作组交换机用于多种途径,但应用的最多的领域是小型SAN。这类交换机可以通过交换机间的互联线路连接在一起提供更多的端口数量。交换机间的互联线路可以在光纤通道交换机上的任意端口上创建。
 
  核心级光纤交换机(代表产品:brocade8510交换机)
 
  核心级交换机(又叫导向器)一般位于大型SAN的中心,使若干边缘交换机相互连接,形成一个具有上百个端口的SAN网络。核心交换机也可以用作单独的交换机或者边缘交换机,但是它增强的功能和内部结构使它在核心存储环境下工作的更好。核心交换机的其他功能还包括:支持光纤以外的协议(像InfiniBand)、支持2Gbps光纤通道、高级光纤服务(例如:安全性、中继线和帧过滤等)。
 
 
 
  核心级光纤交换机通常提供很多端口,从64口到128个端口到更多。它使用非常宽的内部连接,以最大的带宽路由数据帧。使用这些交换机的目的是为了建立覆盖范围更大的网络和提供更大的带宽,它们被设计成为在多端口间以尽可能快的速度用最短的延迟路由帧信号。另外,核心光纤交换机往往采用基于“刀片式”的热插拔电路板:只要在机柜内插入交换机插板就可以添加需要的新功能,也可以作在线检修,还可以做到在线的分阶段按需扩展。许多核心级交换机不支持仲裁环或者其他的直连环路设备,它们只关心核心交换的能力。
 
  由于在整个环境里面可用性是最重要的,人们都愿意花更多的钱购买冗余性,高冗余交换机的所有部件都是冗余的,完全去除了单点故障,而且保证了非常长久的正常运行时间。这些在冗余上支出的费用一般花费在高可用性背板、电源、冗余电路和维护可用性的软件上。这种类型的交换机内置很多逻辑电路,用来处理交换机内部的硬件故障。除了冗余之外,核心级光纤交换机支持不中断服务式的软件升级,这样就消除了升级时对系统维护的需要。交替通路是网络上的一种冗余级别,它可以配置一个有弹性的双重Fabric,这种网络完全排除了单点故障,可以避免由于软件或硬件错误、火灾、自然灾害或者操作错误给网络带来的严重后果。对于大多数的高可用性网络,应该选择由核心光纤交换机构建的双通道网络。核心级交换机提供最高的可靠性和端口密度。在拥有大量光纤通道基础设施的数据中心中,这类产品就是几乎刀枪不入的、集中式的存储交换机。
 
  SAN光纤通道交换机的选购
 
  不管是采用少量交换机搭建一个简单的存储网络,或是通过大量交换机构成一个规模庞大、扩展性好的核心存储网络,都要在各个光纤通道交换机品牌和型号中做出选择。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通道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。与其他技术实现相比,光纤通道交换机的选择可谓是个战略性的决策,必须既要了解企业目前的IT状况和需求,同时又要让选择的交换机能够满足企业今后的发展需求。同时影响最终决策的因素还有可扩展性、兼容性以及与其他硬件设备的互操作性等。值得指出的是,任何一个存储区域网络都不会是一成不变的,它时刻面临着扩展及与新技术、新产品集成的问题。而存储区域网络正是通过灵活的可扩展性来满足未来的需求,从而保护用户的投资。
 
扩展性又包括两个方面,一方面是随着存储网络规模的扩大,原有的系统不能满足用户的存储需求时怎样扩展为一个更大的Fabric;另一方面是,随着技术的发展,能够顺利地升级到新的技术与应用。具体来看,必须了解交换机的几个选择要点。包括:体现可靠性和可用性的硬件冗余特性、体现网络节点容量的端口数以及为满足特定应用环境所需的网络功能,同时要考虑存储区域网络项目的预算费用。
选择交换机的第一步,是要确定要连接多少台服务器和存储设备。在挑选交换机时,这里有几条普遍原则可供参考:对于少于八个设备,那么博科300系列交换机8口激活的就已经足够了,如果计划将来要扩展到8个以上的设备,只需要购买交换机端口升级包来扩展,再如网络中设备多于24台的话,就要考虑用更高密度端口的SAN交换机(brocade5100是40端口交换机,brocade5300是80端口交换机)或者是将两台以上的24端口交换机级联来扩展交换机的端口密度。
 
  如果要保证关键业务的不间断运行,就需要按照冗余方式构建系统。可以考虑双光纤交换网配置方案。由于这种网络拓扑确保了冗余性,所以可以使用较为便宜的单电源交换设备(比如brocade300交换机)。即使一个光纤通道交换机发生故障,主机和存储阵列上的链路切换软件也会自动将通信切换到冗余设备上,直到故障设备被更换为止。如果定期停机维护不会影响企业的应用,那么采用一个带热插拔电源和风扇的交换机(比如:brocade6505系列交换机)性价比高,同时还保证了电源或风扇的任何一个单点故障都不影响网络的运行。
 
目前SAN光纤交换机的主流产品是8G和16G,部分老客户还在用2G和4G的SAN交换机,配件都不是很好找了,而且随着数据的爆炸式增长,无论是端口密度还是传输速率都已经无法满足需求了,建议更换8G或16G的主流产品。下面具体来介绍一下博科的8G产品和16G产品:
博科8G的光纤交换机的主流型号是:博科300系列(具体型号有:BR-310-0004,BR-310-0008,BR-320-0004,BR-320-0008,BR-340-0004,BR-340-0008,BR-360-0004,BR-360-0008)、博科5100系列(具体型号:BR-5120-0008,BR-5120-0004,BR-5130-0008,BR-5130-0004,BR-5140-0008,BR-5140-0004)和博科5300(主要型号有:BR-5320-0008,BR-5340-0008)系列,它们可以配置博科4G的模块。博科16G的光纤交换机型号是:博科6505系列(主要型号:BR-6505-12-0R ,BR-6505-12-8G-R,BR-6505-12-16G-R,BR-6505-24-8G-R,BR-6505-24-16G-R 等),博科6510系列(主要型号包括: BR-6510-24-8G-R,BR-6510-24-16G-R, BR-6510-48-8G-R,BR-6510-48-16G-R )它们可以配置8G的模块。

博科交换机型号的选择,为了方便大家直观的了解博科交换机的型号、速率、端口数量等参数,笔者以表格的形式发布如下:
 
产品型号 光纤速率 端口数 级  连 电源
BR-310-0004-A 8-Gbps 8
 
不支持 1
BR-310-0008-A 8-Gbps 8 不支持 1
BR-320-0004-A 8-Gbps 8 支持 1
BR-320-0008-A 8-Gbps 8 支持 1
BR-340-0004-A 8-Gbps 16 支持 1
BR-340-0008-A 8-Gbps 16 支持 1
BR-360-0004-A 8-Gbps 24 支持 1
BR-360-0008-A 8-Gbps 24 支持 1
BR-5120-0004-A 8-Gbps 24 支持 2
BR-5120-0008-A 8-Gbps 24 支持 2
BR-5130-0004-A 8-Gbps 32 支持 2
BR-5130-0004-A 8-Gbps 32 支持 2
BR-5140-0004-A 8-Gbps 40 支持 2
BR-5140-0008-A 8-Gbps 40 支持 2
BR-5320-0004 8-Gbps 48 支持 2
BR-5320-0008 8-Gbps 48 支持 2
BR-5340-0008 8-Gbps 64 支持 2
BR-5340-0008 8-Gbps 64 支持 2
BR-5340-1008 8-Gbps 80 支持 2
BR-5340-1008 8-Gbps 80 支持 2
BR-6505-12-8G-R 8-Gbps 12 支持 1或2
BR-6505-24-8G-R 8-Gbps 24 支持 1或2
BR-6510-24-8G-R 8-Gbps 24 支持 2
BR-6510-36-8G-R 8-Gbps 32 支持 2
BR-6510-48-8G-R 8-Gbps 48 支持 2
BR-6505-12-16G-R 16-Gbps 12 支持 1或2
BR-6505-24-16G-R 16-Gbps 24 支持 1或2
BR-6510-24-16G-R 16-Gbps 24 支持 2
BR-6510-36-16G-R 16-Gbps 36 支持 2
BR-6510-48-16G-R 16-Gbps 48 支持 2
BR-6520-48-16G-R 16-Gbps 48 支持 2
BR-6520-72-16G-R 16-Gbps 72 支持 2
BR-6520-96-16G-R 16-Gbps 96 支持 2
 
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