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  • 可能一次的数据丢失都会给企业带来不小的损失,所以如今很多企业都有自己的网络存储,对于选择一款好的存储方案对企业来说至关重要,而很多企业对于选择那种网络存储犯难,是选择以太网存储还是光纤存储呢?...


    现如今大大小小的企业对于数据的存储都是相当重视,可能一次的数据丢失都会给企业带来不小的损失,所以如今很多企业都有自己的网络存储,对于选择一款好的存储方案对企业来说至关重要,而很多企业对于选择那种网络存储犯难,是选择以太网存储还是光纤存储呢?

    好多企业的网络管理人员对于光纤通道SANiSCSI SAN技术存在误解。而不会选择iSCSI SAN,其实这些误解也都是经过道听途说的或是自己想象的,我在这里写这片文章就是为了消除一些误解,让大家可以更好的选择一款合适的方案。

    一、光纤SAN速度上一定比iSCSI SAN?

    虽然4Gbps的光纤通道比1 GbpsiSCSI有着更高的吞吐率是正确的,但是把41Gbps的端口聚合在一起能提供同样的带宽。8 Gbps的光纤通道带宽比10 GbpsiSCSI要稍小一点。所以从吞吐率的角度上来说对于低端的带宽规格是正确的。

    二、延迟的IOPSSAN技术中真的很重要吗?

    直觉上,由于TCP协议导致的延迟,iSCSI的延迟应该比光纤通道大很多。而随着延迟的增加,响应时间也会增加。更高的延迟一般来说会有更少的IOPS。但是VMware公司在2009年秋季做的关于NFSiSCSI和光纤的测试显示了一些令人震惊的结果。在名为“VMware vSphere4:在NFSiSCSI和光纤通道上的Exchange服务器白皮书上,测试结果显示iSCSI延迟肯定大于光纤通道,特别是在少量负载时。但是也同样显示了在初始负载时,光纤通道的IOPSiSCSIIOPS高许多并有着巨大的不同。奇怪的是,随着负载随时间趋于平稳,延迟的IOPS差别在缩小。虽然仍然有一点差距,但是比想象当中小很多。所以除非是数据处理量很高的程序,延迟对于小型企业程序影响并不大。

    三、iSCSI SAN一定是比光纤SAN便宜吗?

    俗话说一分钱一分货便宜一定有他得不好,虽然iSCSI SAN通常看起来比光纤SAN便宜。当你比较1 Gbps iSCSI4Gbps光纤时,iSCSI在拥有和维修成本上要便宜很多。iSCSI硬件,特别是在不需要TCP/IP卸载功能的端口级别上,也比光纤要便宜。然而,一个误导人的事实是iSCSI可以在现有的架构中运行。虽然iSCSI可以在现有的交换机和IP架构中,但是并不推荐。如果不在一个单独的网络或者子网中运行(LAN或者VLAN),性能很可能会被严重的降低,不稳定,且更不安全。

    但是在每秒每GB的基础上进行成本比较的话,那么iSCSI和光纤的花费之间的差距就相当低了。通常10 Gbps iSCSI SAN8 Gbps光纤更贵。这对于启动器端口,目标端口和交换机端口也一般是正确的。性能级别同样也使成本有所区别。在低性能水平上(1 Gbps iSCSI4 Gbps光纤作对比时),iSCSI比光纤的成本更好地。在更高性能水平上(10 Gbps iSCSI8 Gbps光纤作对比),iSCSI事实上成本更高。运营成本的区别更是明显。

    来说,光纤SANiSCSI SAN的成本对于每个公司来说都是不同的。一个iSCSI    SAN可以比一个光纤通道SAN还要昂贵,反过来也是,但是请记住成本的差别比想象中的要小。

    四、iSCSI SAN操作起来比光纤通道SAN更简单

    对于iSCSI SAN操作起来比光纤SAN简单这一点并没有太多争论,因为TCP/IP以太网络的非不确定性,可发现性,以及TCP/IP以太网的路由。同样的,网络的实施、操作、管理和变更管理在iSCSI SAN上要远远比在FC SAN上更自动化和宽容。但是这一传统观点是基于过去的信息而非现在。

    最近中小型环境的光纤通道SAN的进步使得实施、操作和管理如同iSCSI一样简单了。更大的环境中仍然比iSCSI要复杂的多,但是光纤通道SAN的变更管理能够在更简单自动化的基础上进行处理,这可以由以下公司提供的各种产品来实现,包括Aptare公司、NetApp公司、SANpulse技术公司和TekTools(现在是SolarWinds的一部分)。而且在光纤通道SAN上启动SAN事实上比在iSCSI SAN上更简单(iSCSI SAN至少需要一个独立的DHCP服务器,而且一般会为了高可用使用两个,从而来提供PXE功能或者启动镜像)。

    总体看来其实对于中小企也还是iSCSI SAN更为合适,因为光纤通道SANiSCSI SAN都能胜任该工作,而在一般情况下iSCSI SAN更加的节约了陈本,在一些方面也胜过了光线SAN,如FC SAN更快,延迟更少,更高的IOPS消除了对iSCSI SAN的一些误解,我想你也可以正确的选择一款更适合你的网络存储。

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  • 详解以太网介质技术发展史

    千次阅读 2018-06-03 10:21:49
    前面陆续已经分享很多网络和交换机的知识,随着云计算、软件定义网络等技术潮流趋势,以太网在可靠性和速率上发生了巨大的技术变革,今天我们从以太网介质入手,谈谈以太网技术的发展。言归正传,下面从以太网标准,...


          前面陆续已经分享很多网络和交换机的知识,随着云计算、软件定义网络等技术潮流趋势,以太网在可靠性和速率上发生了巨大的技术变革,今天我们从以太网介质入手,谈谈以太网技术的发展。言归正传,下面从以太网标准,介质发展等方面聊聊以太网发展简史。


    • 1973年, Xerox公司提出以太网技术并实现之,最初以太网数率只有2.94Mbps

    • 1980年, Digital Equipment Corporation ,Intel,Xerox,三家联合推出10Mbps DIX以太网标准

    • 1995年,IEEE正式通过了802.3u快速以太网标准

    • 1998年,IEEE802.3z千兆以太网标准正式发布

    • 1999年,发布IEEE802.3ab标准,即1000BASE-T标准

    • 2002年7月18日,IEEE通过了802.3ae,即10Gbit/s以太网,又称为万兆以太网,它包括了10GBASE-R,10GBASE-W,10GBASE-LX4三种物理接口标准。

    • 2004年3月,IEEE批准铜缆10G以太网标准802.3ak,新标准将作为10GBASE-CX4实施,提供双轴电缆上的10Gbps的速率

     

          在刚萌芽时期的以太网是共享式以太网,共享式以太网当时存在常见几种传输介质。


    • 10Base5:粗同轴电缆(5代表电缆的字段长度是500米)

    • 10Base2:细同轴电缆(2代表电缆的字段长度是200米)


          但是在共享式以太网之时,使用一种称为抽头的设备建立与同轴电缆的连接。须用特殊的工具在同轴电缆里挖一个小洞,然后将抽头接入。此项工作存在一定的风险:因为任何疏忽,都有可能使电缆的中心导体与屏蔽层短接,导致这个网络段的崩溃。同轴电缆的致命缺陷是:电缆上的设备是串连的,单点的故障可以导致这个网络的崩溃。

     

          双绞线分为屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线两大类,为了提高双绞线的抗电磁干扰的能力在双绞线的外面加上了用金属丝编织成的屏蔽层,构成了屏蔽双绞线STP(Shielded Twisted Pair)。对应的没有加金属屏蔽层的则是无屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair)。

     

          根据屏蔽方式的不同,屏蔽双绞线又分为三类,即STP(Shielded Twicted-Pair)、FTP(Foil Twisted-Pair)和SFTP(Shielded  Foil  Twicted-Pair)。


    非屏蔽双绞线目前总共有7类(EIA/TIA 568-A标准将非屏蔽双绞线分为7个种类),网络传输使用的就是3、4、5类,我们一般在数据传输过程中主要用的就是5类型(Category 5或CAT5)。



          EIA/TIA对5类双绞线的线序有两种规定,根据网线两端线序的不同,就有了直连线和交叉线的区别。


    • 568A:绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕

    • 568B:橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

     

    • 交叉线:一端是568A标准,另一端是568B标准的双绞线。

    • 直连线:两端都是568A或都是568B标准的双绞线。


          由双绞线制成的以太网线缆从RJ45接头中引出8芯细线。细线外绝缘层上的颜色进行分组标识,通常利用单色和单色加上白色作为成对标识。区分直连标准还是交叉网线的实际操作方法就是把网线两端的RJ45口同一面对齐,水晶头中的细线颜色一致的即是标准网线,反之就是交叉网线。

     

    标准以太网(10Mbit/s)的网络定位


          10Mbit/s的以太网通常只定位在网络的接入层,新一代多媒体、影像和数据库产品很容易将10Mbit/s运行的以太网的带宽吞没。10Mbit/s的以太网可以实现100m距离的连接。



          非屏蔽双绞线(UTP)出现,并迅速得到广泛的应用。UTP的巨大优势在于.价格低廉,收发使用不同的线缆,逻辑拓扑依旧是总线的,但物理拓扑变为星形。



    快速以太网(100Mbit/s)的网络定位


          数据传输速率为100Mbps的快速以太网是一种高速局域网技术,能够为桌面用户以及服务器或者服务器集群等提供更高的网络带宽。IEEE为快速以太网制订的标准为IEEE802.3u。



          工作在全双工模式下的快速以太网可以同时以100Mbit/s的速率进行收发操作,数据发送和接收的传输通路是彼此独立的,这样就不再有冲突和冲突的情况发生,提高了网络的通信效率。



    千兆以太网


    千兆以太网是对IEEE802.3以太网标准的扩展,在基于以太网协议的基础之上,将快速以太网的传输速率100Mbps提高了10倍,达到了1 Gbps。标准为IEEE802.3z (光纤与铜缆)和IEEE802.3ab(双绞线)。



          许多汇聚层的以太网交换机均提供千兆接口,用于连接其他的交换机,组成更大的网络,许多支持堆叠功能的以太网交换机也是采用千兆接口实现堆叠功能的。所谓堆叠,是指通过软硬件的支持,将一组交换机连接起来作为一个对象加以控制的方式,通常有菊花链模式和星型模式。其最大优点在于可实现简单的本地管理,但由于是一种非标准技术,通常不支持各个厂家交换机的混合堆叠。

     

    • IEEE802.3z的线缆标准


          1000BaseLX是一种使用长波激光作信号源的网络介质技术,在收发器上配置波长为1270-1355nm(一般为1300nm)的激光,既可以驱动多模光纤,也可以驱动单模光纤。


          1000BaseSX是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术,收发器上所配置的波长为770-860nm(一般为800nm)的激光传输器不支持单模光纤,只能驱动多模光纤。


          1000BaseCX使用的一种特殊规格的高质量平衡双绞线对的屏蔽铜缆,最长有效距离为25米,使用9芯D型连接器连接电缆。

     

    • IEEE802.3ab的线缆标准


          1000BaseT是一种使用5类UTP作为网络传输介质的千兆以太网技术,最长有效距离与100BASETX一样可以达到100米。用户可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从100Mbps到1000Mbps的平滑升级。



          千兆以太网使用1000BASE-X(8B/10B)编码可支持三种介质: 光纤(单模和多模);4对线的5类UTP(1000BASE-T);特殊的两对线STP电缆(也称为短铜跳线Short Copper Jumper)。1000BASE-X是一种在802.3中定义的协议。


          1000BASE-X支持三种光纤:50um多模光纤,62.5um多模光纤和9/10um单模光纤。


          1000BASE-X支持两种用于激光驱动器的光波长:短波(850nm,称为1000BASE-SX)和长波(1300nm,称为1000BASE-LX),每个连接需要两根光纤,分别用于接收和发送。 


    • 从协议上来说,1000BASE-X有SFP、GBIC等热插拔的封装,还有1x9等插针式封装。

    • 从封装上来说,SFP是设备的一种接口,如1000BASE-X、1000BASE-T、100BASE-X、OC3(STM-1)、OC12(STM-4)、OC48(STM-16)等多个协议的产品都可以做成SFP封装。

     

    以太网自协商

     

          以太网技术发展到100M速率以后,出现了一个如何与原10M以太网设备兼容的问题,自协商技术就是为了解决这个问题而制定的。


          自协商功能允许一个网络设备将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端,并接受对方可能传递过来的相应信息。


          为了保持与现有10BASE-T不具备自协商功能的设备的兼容性,自协商协议还具有接受与10BASE-T兼容的连接整合性测试脉冲(Normal Link Pulse普通连接脉冲NLP)的功能,当一个设备不能对快速连接脉冲做出有效的反应,而仅返回了一个普通连接脉冲时,它将被作为一个10BASE-T兼容设备对待。


     

          在链路初始化时,自协商协议向对端设备发送16bit的报文并从对端设备接收类似的报文。根据需要,一个报文可以使用多个16bit的“页”,但最常见的协商只需要基本页的操作。

     


          自协商的内容主要包括速度、全双工、流控等等,一方面通知对端设备自身可工作的方式,另一方面,从对端发来的报文中获得对端设备可以工作的方式。

     

          当协商双方都支持一种以上的工作方式时,需要有一个优先级方案来确定一个最终工作方式。下图按优先级从高到底的顺序列出了IEEE 802.3所支持的五种模式。



          自协商功能除了可以发送基本页信息来进行信息的交换,还可以通过发送下一页信息的功能来进行额外的信息的交换。下一页信息的编码又分为两种,一种是消息页编码,另外一种是非格式化页编码,消息页是用来定义一套消息的,非格式化页在某一消息页后发送,用来表示这一消息的数据信息,一个消息页后面可以跟随不止一个非格式化页。

     

          光纤连接器是把两个光纤端面结合到一起,以实现光纤与光纤之间可拆卸连接的器件。



           光纤连接器由光纤和光纤两端的插头组成,插头由插针和外围的锁紧结构组成。根据不同的锁紧机制,光纤连接器可以分为FC型、SC型、LC型、ST型和MTRJ型

     


          光纤连接器按端面研磨方式,分为平面(FC,Flat Contact)、球面(PC,Physical Contact)和斜球面(APC,Angled Physical Contact)。


          光模块按封装类型,分为SFP/ESFP、SFF、GPIB、1x9 SC型。 SFP (Small Form factor Pluggable)光模块,其收发分开,采用LC光纤,支持热插拔。ESFP (Enhanced Small Form factor Pluggable)相比SFP增加了对光模块温度、偏置电流、电压等监测功能。


         SFF与SFP基本一样,唯一区别只是SFF为管脚固定式,不可热插拔。GBIC (Gigabit Interface Converter)以太网封装的光模块,其收发分开,采用SC光纤接头,多模的波长为850nm,单模有1310nm和1550nm,支持热插拔。


          1x9 SC型采用固定式,使用SC接头。


          光模块按照光传输模式,分为单模与多模。通常在光模块的标签可以获取到相应信息:SM表示单模,MM表示多模。


          光模块按激光器的类型,可分为发光管LED、FP激光器、DFB激光器、VCSEL激光器。


          光模块按工作波长,分为850nm、1310nm、1550nm等。

          光模块按传输距离,分为2Km、10Km、15Km、40Km、80Km等

     

          光纤的主要特性参数有色散、衰减、带宽、截止波长、数值孔径等。通常我们关注最多的是色散和衰减特性。这两个特性与具体的应用关系很大。色散过大会限制光传输的带宽,而衰减则影响传输距离。


          色散即光脉冲变宽,影响因素主要有模式色散、材料色散和波导色散,其中模式色散(对多模光纤)和材料色散影响较大。色散与带宽成反比,色散越大,带宽越小。光信号在光纤中传播由于不同模式传播速率不同、材料特性、波导结构等因素造成光脉冲展宽的现象,叫做光的色散。

     

          衰减即光功率下降分贝数,影响因素有吸收衰减、散射衰减和弯曲衰减,其中本征吸收衰减、杂质吸收衰减、瑞利散射影响较大。衰减与传输距离成反比,衰减系数越大,则传输距离越短。


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  • 以太网技术原理

    万次阅读 多人点赞 2016-05-11 15:20:40
    1、以太网两个逻辑 以太网设备发展和链路物理介质速率提升 2、以太网诞生 开始以同轴电缆作为网络媒体,采用载波多路访问和冲突检测(CSMA/CD )机制,传输速率10Mbps 以太网原理-----CSMA/CD CSMA/CD—...

    1、以太网两个逻辑

    以太网设备发展和链路物理介质速率提升

    2、以太网诞生

    开始以同轴电缆作为网络媒体,采用载波多路访问和冲突检测(CSMA/CD )机制,传输速率10Mbps

    以太网原理-----CSMA/CD

    CSMA/CD—载波侦听多路访问/冲突检测,是一种在共享介质条件下多点通讯的有效手段,其基本规则如下:

    (1)若介质空闲,传输;否则,转2);

    (2)若介质忙,一直监听到信道空闲,然后立即传输;

    (3)若在传输中测得冲突,则发出一个短小的人为干扰(jamming)信号,使得所有站点都知道发生了冲突并停止传输;

    (4)发完人为干扰信号,等待一段随机的时间后,再次试图传输,回到1)重新开始。


    • CS:载波监听

    发送数据之前进行监听,确保线路空闲,减少冲突机会

    • MA:多址访问

    每个站点发送的数据,可同时被多个站点接收

    • CD:冲突监测

    边发送边检测,发现冲突就停止发送,然后延迟一个随机时间之后继续发送

    (冲突监测方式:由于两个站点同时发送信号,经过叠加后,会使线路上电压的摆动值超过正常值的一杯,由此判断冲突)

    3、以太网帧结构


    3.1基本帧结构

    DMAC代表目的终端的MAC地址,SMAC代表源MAC地址,而LENGTH/TYPE字段长度是2字节则根据值的不同有不同的含义:当LENGHT/TYPE> 1500时,代表该数据帧的类型(比如该帧是属于哪个上层协议的数据单元),当LENGTH/TYPE <1500时,代表该数据帧的长度(802.3,不太常用?)。DATA/PAD则是具体的数据,因为以太网数据帧的最小长度必须不小于64字节(根据半双工模式下最大距离计算获得的),所以如果数据长度加上帧头不足64字节,需要在数据部分增加填充内容。

    当LENGTH/TYPE取值大于1500的时候,MAC子层可以根据LENGTY/TYPE的值直接把数据帧提交给上层协议,这时候就没有必要实现LLC子层。这种结构便是目前比较流行的ETHERNET_II,大部分计算机都支持这种结构。注意,这种结构下数据链路层可以不实现LLC子层,而仅仅包含一个MAC子层。

    根据LENGTH/TYPE字段的取值,来把接收到的数据帧提交给上层协议模块,是这样进行的:每个上层协议都提供了一个回调函数,这个回调函数在数据链路层是可见的而且可以调用的,这样当数据链路层接收到一个数据帧之后,根据数据帧里的LENGTH/TYPE字段的取值来判断相应的协议模块,然后调用相应协议的回调函数(把数据帧的数据部分作为参数),该回调函数执行的结果就是把数据帧的数据部分挂到上层协议的接收队列中,然后给上层协议发送一个消息,告诉上层协议有一个数据包到来,然后返回,其他的事情就有上层协议来做了

    FCS则是帧校验字段,来判断该数据帧是否出错。

    3.2 最小帧长和最大传输距离

    最小帧长:

    由于C S M A / CD算法的限制,以太网帧必须不能小于某个最小长度。高层协议要保证这个域至少包含4 6字节。如果实际数据不足46个字节,则高层协议必须执行某些(未指定)填充算法。数据域长度的上限是任意的,但已经被设置为1 5 0 0字节。

    规定最小帧长的原因

    为了避免这种情况发生:某站点已经将一个数据包的最后一个BIT发送完毕,但这个报文的第一个BIT还没有传送到距离很远的一个站点。而站点认为线路空闲而发送数据,导致冲突。

    最大传输距离:有线路质量、信号衰减程度等因素决定


    4、以太网MAC地址

         M AC地址有48位,但它通常被表示为12位的点分十六进制数。MAC地址全球唯一,由IEEE对这些地址进行管理和分配。每个地址由两部分组成,分别是供应商代码和序列号。其中前24位二进制代表该供应商代码。剩下的24位由厂商自己分配。

    • 如果48位全是1,则表明该地址是广播地址
    • 如果第8位是1,则表示该地址是组播地址(01:00:5e)

    在目的地址中,地址的第8位表明该帧将要发送给单个站点还是一组站点。


    5、以太网发展史



    5.1 共享式以太网

    10Base5:粗同轴电缆(5代表电缆的字段长度是500米)

    10Base2:细同轴电缆(2代表电缆的字段长度是200米)

    介质可靠性差

    冲突严重

    广播泛滥

    无任何安全性

    5.2 快速以太网



    5.3 千兆以太网


    6、以太网端口技术

    6.1 自协商技术

    自协商是为了将100M速率的以太网技术和原10M以太网设备兼容

    自协商功能允许一个网络设备将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端,并接受对方可能传递过来的相应信息。它使用修订过的10BASE-T来传递信息,自协商功能完全由物理层芯片设计实现,因此并不使用专用数据报文或带来任何高层协议开销。



    在链路初始化时,自协商协议向对端设备发送16bit的报文,并从对端设备接收类似的报文。根据需要,一个报文可以包含多个16bit的“页”,最常见的协商只需要基本页操作,如图所示


    自协商的内容主要包括速度、全双工、流控(流量控制)等等,一方面通知对端设备自身可工作的方式,另一方面,从对端发来的报文中获得对端设备可以工作的方式。(是两端都要发送自协商报文吗?速度是从10base-t或这100base中体现?)


    自协商功能除了可以发送基本页信息来进行信息的交换,还可以通过发送下一页信息的功能来进行额外的信息的交换。下一页信息的编码又分为两种,一种是消息页编码,另外一种是非格式化页编码,消息页是用来定义一套消息的,非格式化页在某一消息页后发送,用来表示这一消息的数据信息,一个消息页后面可以跟随不止一个非格式化页。


    自协商信号

    自协商报文是以一系列时钟和数据脉冲的形式发送的,在报文的每个BIT之前都插入一个时钟脉冲,如图所示。整个报文按16ms间隔重复,指导自协商过程完成。


    l整个报文按16ms间隔重复,直到自协商完成

    与没有自协商机制的设备相连时:

    会出现的情况:

    无法实现端口的自动双速配置功能(如10Mbit/s和100Mbit/s)
    无法确定双工工作模式
    无法确定是否需要流量控制功能



    光纤上的自协商

    • 对光纤以太网而言,链路两端的工作模式必须使用手工配置(速度、全双工、流控等),如果光纤两端的配置不同,是不能正确通信达的。(两端手工配置,那么还要发送自协商报文吗?是人工协商,协商好后再人工配置?
    • 千兆以太网的自协商机制已经实现

    6.2 自适应技术

    智能MDI/MDIX

    以太网交换机属于MDIX设备,输出的以太网口属于MDIX接口,连接MDI类设备(如PC机)时,需要使用普通(平行)网线,如果采用交叉网线,是不能正确连接通信的。当前某些最新的以太网交换机,如华为公司的Quidway S3026,Quidway S3526以太网交换机的10/100M以太网口具备智能MDI/MDIX识别技术,可以自动识别连接的网线类型,用户不管采用普通网线或者交叉网线均可以正确连接设备,极大方便了用户的使用。用户也可以对端口进行配置,将其强制配置成MDIX或者MDI工作方式。


    利用智能MDI/MDIX,不需要知道电缆另一端为MDI还是MDIX设备,两种电缆(普通、交叉)都可以连接交换机、集线器或NIC设备。可消除由于电缆配错引起的连接错误。简化10/100M网络安装维护,降低开销。


    最新的物理层芯片和变压器技术实现了该功能。物理层芯片内部的电子开关可以进行MDI和MDIX之间的智能切换,具有中心抽头的、收发对称的变压器保证了发送与接收通道的切换。

    6.3 流量控制

    当通过交换机一个端口的流量过大,超过了它的处理能力时,就会发生端口阻塞。

    网络拥塞一般是由于线速不匹配(如100M向10M端口发送数据)和突发的集中传输而产生的,它可能导致这几种情况:延时增加、丢包、重传增加,网络资源不能有效利用

    流量控制的作用是防止在出现阻塞的情况下丢帧。


    在半双工方式下,流量控制是通过反压(backpressure)技术实现,模拟产生碰撞,使得信息源降低发送速度

    在全双工方式下,流量控制一般遵循IEEE 802.3标准。IEEE 802.3x规定了一种64字节的“PAUSE”MAC控制帧的格式。当端口发生阻塞时,交换机向信息源发送“PAUSE”帧,告诉信息源暂停一段时间再发送信息。


    在实际的网络中,尤其是一般局域网,产生网络拥塞的情况极少,所以有的厂家的交换机并不支持流量控制。高性能的交换机应支持半双工方式下的反向压力和全双工的IEEE802.3x流控。有的交换机的流量控制将阻塞整个LAN的输入,降低整个LAN的性能;高性能的交换机采用的策略是仅仅阻塞向交换机拥塞端口输入帧的端口,保证其他端口用户的正常工作。 


    6.3.1 半双工流量控制

    桥接式或交换式半双工以太网利用一种内部的方法去处理速度不同的站之间的传输问题,它采用一种所谓的“后退压力(backpressure)”概念。例如,如果一台高速100Mbps服务器通过交换机将数据发送给一个10Mbps的客户机,该交换机将尽可能多的缓冲其帧,一旦交换机的缓冲区即将装满,它就通知服务器暂停发送。
    有两种方法可以达到这一目的:交换机可以强行制造一次与服务器的冲突,使得服务器退避;或者,交换机通过插入一次“载波检测”使得服务器的端口保持繁忙,这样就能使服务器感觉到交换机要发送数据一样。利用这两种方法,服务器都会在一段时间内暂停发送,从而允许交换机去处理积聚在它的缓冲区中的数据。

    6.3.2 全双工流量控制

    IEEE802.3 x标准定义了在全双工环境中实现流量控制的方法。交换机产生一个PAUSE帧,PAUSE帧使用一个保留的组播地址:01-80-C2-00-00-01,将它发送给正在发送的站,发送站接收到该帧后,就会暂停或停止发送。PAUSE帧利用了一个保留的组播地址,它不会被网桥和交换机所转发,这样,PAUSE帧不会产生附加信息量。


    在全双工环境中,服务器和交换机之间的连接是一个无碰撞的发送和接收通道。由于没有碰撞检测,且不允许交换机通过产生一次冲突而使得服务器停止发送


    PAUSE功能应用场合:

    • 一对终端(两点网络)
    • 一个交换机和一个终端
    • 交换机和交换机之间的链路

    PAUSE功能不能解决下列问题:

    • 稳定状态的网络拥塞,PAUSE协议的设计目的是在缓冲区溢出时通过减少到来的数据量,缓和瞬时过载的情况。如果持续的流量超过了设备的设计能力,则这是一个配置问题,而非流量控制所能解决的问题。PAUSE帧不能解决持续性流量过载。
    • 提供端到端流量控制。PAUSE操作只定义在直连的全双工链路上,它不解决端到端的流量控制问题,也不能协调在多个链路上的操作。
    • 提供比简单“停—启”更复杂的机制。特别是,它不直接提供基于QoS、基于速率的流量控制等等。



    PAUSE功能的增加,是为了防止当瞬时流量过载导致的缓冲区溢出而造成的以太网帧的丢弃。假设一个设备用来处理网络上稳定状态的数据传输,并允许随时间变化有一定数量的流量过载,PAUSE功能可以使这样的设备在流量增长暂时超过其设计水平时,不会发生丢帧现象。该设备通过向对端设备发送PAUSE帧,来防止自己内部的缓冲区溢出,而对端设备在接收到PAUSE帧后,就会暂时停止发送数据。这样,使第一个设备有时间来减少自己的缓冲拥塞。


    7、以太网设备

    7.1 Hub的工作原理

    Hub(集线器)和中继器都是物理层上的连接设备

    所有的HUB都是半双工的


    集线器(HUB)工作原理:从任何一个接口收到的数据帧(不管是单播还是广播)不加选择地转发给除接收的那个端口外其它的任何端口


    集线器(HUB)和中继器仅仅改变了以太网的物理拓扑。HUB没有用MAC地址,只是对数据进行复制转发,没有过滤功能


    实际上网络中由HUB组建以太网实质是一种共享式以太网,存在共享式以太网的所有缺陷:
     冲突严重; 广播泛滥;无任何安全性。


    7.2 二层工作模式


    以太网交换机又称为多端口网桥,此类设备需要完成两个基本功能:MAC地址学习、转发和过滤决定。


    网桥转发数据帧是基于MAC地址表.而MAC地址表是网桥基于源MAC地址学习得到的。常见2层交换机的MAC地址表是由MAC地址和交换机的端口建立的映射关系的。

    网桥侦听数据帧的源地址,交换机每个端口都监听接收到的数据帧源地址


    多播情况下,CAM表项的建立不是通过学习得到的,而是通过IGMP窥探,CGMP等协议获得的。若某个端口接有HUB,则会出现一个端口对应多个MAC地址这种情况。交换机一个端口对应一个冲突域。


    交换机的第二个基本功能:基于目的地址转发
    查MAC转发表处理转发
    对于表中不包含的地址,通过广播的方式转发;
    使用地址自动学习和老化机制进行地址表维护。
    一般不对帧格式进行修改(VLAN要对帧格式进行修改,打上TAG标签)



    二层交换机原理:

    接收网段上的所有数据帧;
    利用接收数据帧中的源MAC地址来建立MAC地址表(源地址自学习),使用地址老化机制进行地址表维护;
    在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址,如果找到就将该数据帧发送到相应的端口(不包括源端口);如果找不到,就向所有的端口发送(不包括源端口);
    向所有端口转发广播帧和多播帧不包括源端口


    三种交换模式:

    Cut-Through:

    交换机接收到目的地址即开始转发过程

    延迟小

    交换机不检测错误

    Store-and-Forward:

    交换机将全部内容接收才开始转发过程

    延迟大

    交换机检测错误,不会有错包 

    Frag-free:

    交换机接收完数据包的前64字节(一个最短帧长度),然后根据头信息查表转发。

    结合了直通方式和存储转发方式的优点。


    二层交换机缺点:广播泛滥严重,安全性仍没有办法进行有效保证,但是解决了困扰以太网的冲突问题

    7.3 VLAN与三层交换机

    VLAN起源于基于端口分组,解决广播泛滥问题,将没有互访需求的主机隔离开。

    但是若想两个不同VLAN之间的主机进行通信就需要通过路由选择。三种解决办法:

    • 用一台路由器每个VLAN需要占用一个路由器的端口,不同VLAN中的主机需配置不同的缺省网关;随着每个交换机上VLAN数量的增加,这样做必然需要大量的路由器接口。出于成本的考虑,一般不可能用这种方案来解决VLAN间路由选路问题。此外,某些VLAN之间可能不需要经常进行通信,这样导致路由器的接口没被充分利用。
    • 使用一台路由器和一台交换机实现;使用单臂路由的概念。某公司按部门划分了三个VLAN,但只需使用路由器一个接口有够了。另外和相连的交换机接口必须TRUNKING端口,而且路由器这接口必须划分成子接口,有多少个VLAN就划分多少个子接口
    • 借助于三层交换机。将路由器和交换机合成的一种设备,融合了路由器和交换机各自的优势


    三层交换机:

    在逻辑上,三层交换和路由是等同的,三层交换的过程就是IP报文选路的过程。
    三层交换机与路由器在转发操作上的主要区别在于其实现的方式

    三层交换机通过硬件实现查找和转发;

    传统路由器通过微处理器上运行的软件实现查找和转发;

    三层交换机的转发路由表与路由器一样,需要软件通过路由协议来建立和维护。

    在局域网中引入三层交换能够更加经济的替代传统路由器



    IP网络的规则:

    1.相同网段内部的通信,通过二层功能完成互通,当主机与对端主机通信的时候,根据自身的IP地址和子网掩码来确定对方是否在系统网段内,如果判定在相同网段内,则直接通过ARP查找对方的MAC地址,然后把对方的MAC地址填入以太网帧头的目的MAC地址域

    2.不同网段的主机通信的时候,主机发现对方在不同的网段内,则主机就会自动借助网关来进行通信,主机首先通过ARP来查找设定的网关的MAC地址,然后把网关的MAC地址(而不是对方主机的MAC地址,因为主机认为通信对端不是本地主机)填入以太网帧头的目的MAC地址域

    根据以上规则,三层交换机根据以太网帧的目的MAC地址域的地址来判断是进行二层转发还是三层转发,如果是给某个VLAN指定的路由接口的MAC地址,则进行三层转发否则在VLAN内部进行二层转发


    三层交换机应用场合:

    几乎全是以太网接口

    路由器比较稳定,变化较少


    低端路由器和L3的区别:


    为什么L3不增强对路由变化的适应能力?

    答:必须使用更昂贵的CPU,成本增高。

    为什么路由器不使用L3的硬件转发?

    答:广域网路由太多,且不固定,CACHE命中率太低










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  • 存储技术与iSCSI

    2017-01-20 13:27:46
    iSCSI技术以其低廉的构建成本和优秀的存储性能,博得了很多CIO和存储管理员的喜爱,目前陆续进入企业应用领域,推动了企业的存储环境向集中式转变。虽然,目前对于iSCSI应该在什么样的环境中使用还存在着诸多争议,...

          本章主要介绍基于IP SAN的网络存储iSCSI。iSCSI技术以其低廉的构建成本和优秀的存储性能,博得了很多CIO和存储管理员的喜爱,目前陆续进入企业应用领域,推动了企业的存储环境向集中式转变。虽然,目前对于iSCSI应该在什么样的环境中使用还存在着诸多争议,但是iSCSI的前途是光明的,在未来的存储世界中,iSCSI一定会占据重要的席位。本章重点介绍iSCSI在Windows和Linux环境下的配置和使用。

    存储的概念与术语

        在存储的世界里,有各种各样的名词和术语,常见的有SCSI、FC、DAS、NAS、SAN等。本节重点介绍与存储相关的术语和知识。

    SCSI介绍

        SCSI是小型计算机系统接口(Small Computer System Interface)的简称,SCSI作为输入/输出接口,主要用于硬盘、光盘、磁带机、扫描仪、打印机等设备。

    FC介绍

        FC是光纤通道(Fibre Channel)的简称,是一种适合于千兆数据传输的、成熟而安全的解决方案。与传统的SCSI技术相比,FC提供更高的数据传输速率,更远的传输距离,更多的设备连接支持,更稳定的性能,更简易的安装。

    DAS介绍

        DAS是直连式存储(Direct-Attached Storage)的简称,是指将存储设备通过SCSI接口或光纤通道直接连接到一台计算机上。当服务器在地理上比较分散,很难通过远程进行互连时,DAS是比较好的解决方案。但是这种式存储只能通过与之连接的主机进行访问,不能实现数据与其他主机的共享,同时,DAS会占用服务器操作系统资源,例如CPU资源、IO资源等,并且数据量越大,占用操作系统资源就越严重。

    NAS介绍

        网络接入存储(Network-Attached Storage)简称NAS,它通过网络交换机连接存储系统和服务器,建立专门用于数据存储的私有网络,用户通过TCP/IP协议访问数据,采用业界标准的文件共享协议如NFS、HTTP、CIFS来实现基于文件级的数据共享。NAS存储使文件共享访问变得更方便和快捷,并且能很容易地增加存储容量。通过专业化的文件服务器与存储技术相结合,NAS为那些需要共享大量文件数据的企业提供了一个高效的、高可靠的、高性价比的解决方案。但是NAS也有一定的局限性,它会受到网络带宽和网络拥堵的影响,在一定程度上限制了NAS的网络传输能力。

    SAN介绍

        存储区域网络(Storage Area Network)简称SAN,它是一种通过光纤交换机、光纤路由器、光纤集线器等设备将磁盘阵列、磁带等存储设备与相关服务器连接起来的高速专用子网。

        SAN由3个部分组成,分别是连接设备(如路由器、光纤交换机和Hub)、接口(如SCSI、FC)、通信协议(如IP和SCSI)。这3个部分再加上存储设备和服务器就构成了一个SAN系统。SAN捉供了一个灵活的、高性能的和高扩展性的存储网络环境,它可以更加有效地传输海量的数据块。由于采用了光纤接口,因此SAN还具有更高的带宽,同时,SAN也使统一管理和集中控制实现简化。现在SAN已经广泛应用于ISP和银行等,随着用户业务量的增大,SAN的应用前景将越来越光明。

    iSCSI的概念

        iSCSI,即Internet SCSI,是IETF制订的一项标准,用于将SCSI数据块映射为以太网数据包。从根本上说,它是一种基于IP Storage理论的新型存储技术,该技术将存储行业广泛应用的SCSI接口技术与IP网络技术相结合,可以在IP网络上构建SAN。简单地说,iSCSI就是在IP网络上运行SCSI协议的一种网络存储技术。iSCSI技术最初由Cisco和IBM两家开发,并且得到了广大IP存储技术爱好者的大力支持,这几年得到迅速的发展壮大。

        对于中小企业的存储网络来说,iSCSI是个非常好的选择。首先,从技术实现上来讲,iSCSI是基于IP协议的技术标准,它允许网络在TCP/IP协议上传输SCSI命令,实现SCSI和TCP/IP协议的连接,这样用户就可以通过TCP/IP网络来构建SAN,只需要不多的投资,就可以方便、快捷地对信息和数据进行交互式传输和管理。但是,在iSCSI出现之前,构建SAN的唯一技术是利用光纤通道,这要花费很大的建设成本,一般中小企业无法承担。其次,iSCSI技术解决了传输效率、存储容量、兼容性、开放性、安全性等方面的诸多问题,在使用性能上绝对不输给商业的存储系统或光纤存储网络。

        iSCSI的优势主要表现为:首先,iSCSI沿用TCP/IP协议,而TCP/IP是在网络方面最通用、最成熟的协议,且IP网络的基础建设非常完善,同时,SCSI技术是被磁盘和磁带等设备广泛采用的存储标准,这两点使iSCSI的建设费用和维护成本非常低廉;其次,iSCSI支持一般的以太网交换机而不是特殊的光纤通道交换机,从而减少了异构网络带来的麻烦;还有,iSCSI是通过IP封包传输存储命令,因此可以在整个Internet上传输数据,没有距离的限制。

    FC SAN与IP SAN

        在iSCSI技术出现后,通过IP技术搭建的存储网络也应运而生,SAN技术也就出现了两种不同的实现方式,即FC SAN与IP SAN。简单来说,以光纤搭建的存储网络就是FC SAN.以iSCSI技术搭建的存储网络叫做IP SAN。

        作为SAN的两种实现方式,FC SAN与IP SAN各有优劣,下面从几个方面分别阐述。

        在数据传输方式上,FC SAN与IP SAN都采用块协议方式来完成。这是它们的相同点。
        在传输速度上,就目前的传输速率而言,FC SAN(2Gbit/s)最快,iSCSI(lGbit/s)次之

        在传输距离上,FC SAN理论上可以达到100公里,而事实上,传输超过50公里后,就会出现瓶颈。而通过IP网络的iSCSI技术在理论上没有距离的限制,即iSCSI可以进行没有距离限制的数据传输。

        管理及维护成本上,架设FC SAN网络需要投入很多硬件成本,并且需要特定的工具软件进行操作管理,而IP SAN构建成本低廉,由于iSCSI是通过IP网络来传输数据和分配存储资源的,因此只要在现有的网络上进行管理和使用即可,这样就可以省下大笔的管理费用及培训成本。

        其实IP SAN也面临着一些不可回避的困扰:首先,基于IP SAN的网络存储还没有得到用户的充分肯定:其次,IP SAN存储需要专门的驱动和设备,幸运的是,一些传统的光纤适配器厂商都发布了iSCSI HBA设备,同时Inter也推出了专用的IP存储适配器,而Microsoft、HP、Novell、SUN、AIX、Linux也具有iSCSI Initiator软件,并且免费供用户使用:还有,在安全方面,IP SAN虽然有一套规范的安全机制,但是尚未得到用户的认可。

        这些问题和困扰虽然会妨碍iSCSI的发展,但是相信在未来的网络存储世界里,IP SAN绝对金拥有一席之地。

    iSCSI的组成

    一个简单的iSCSI系统大致由以下部分组成:

    iSCSI Initiator或者iSCSI HBA
    iSCSI Target
    以太网交换机
    一台或者多台服务器

    一个完整的iSCSI系统的拓扑结构如图7-1所示。

    IP网络存储iSCSI的概念与工作原理

        图7-1  完整的iSCSI系统拓扑结构

        在图7-1中,iSCSI服务器用来安装iSCSI驱动程序,即安装iSCSI Initiator;Storage Router可以是以太网交换机或者路由器;iSCSI存储设备可以是iSCSI磁盘阵列,也可以是具有存储功能的PC服务器。下面详细介绍一下iSCSI Initiator与iSCSI Target的含义。

    iSCSI Initiator

        iSCSI Initiator是一个安装在计算机上的软件或硬件设备,它负责与iSCSI存储设备进行通信。

        iSCSI服务器与iSCSI存储设备之间的连接方式有两种:

        第一种是基于软件的方式,即iSCSI Initiator软件。在iSCSI服务器上安装Initiator后,Initiator软件可以将以太网卡虚拟为iSCSI卡,进而接受和发送iSCSI数据报文,从而实现主机和iSCSI存储设备之间的iSCSI协议和TCP/IP协议传输功能。这种方式只需以太网卡和以太网交换机,无需其他设备,因此成本是最低的。但是iSCSI报文和TCP/IP报文转换需要消耗iSCSI服务器的一部分CPU资源,只有在低I/O和低带宽性能要求的应用环境中才能使用这种方式。

        第二种是硬件iSCSI HBA (Host Bus Adapter)卡方式,即iSCSI Initiator硬件。这种方式需要先购买iSCSI HBA卡,然后将其安装在iSCSI服务器上,从而实现iSCSI服务器与交换机之间、iSCSI服务器与存储设备之间的高效数据传输。与第一种方式相比,硬件iSCSIHBA卡方式不需要消耗iSCSI服务器的CPU资源,同时硬件设备是专用的,所以基于硬件的iSCSI Initiator可以提供更好的数据传输和存储性能。但是,iSCSI HBA卡的价格比较昂贵,因此用户要在性能和成本之间进行权衡。

        iSCSI Initiator软件一般都是免费的,Centos和RHEL对iSCSI Initiator的支持都非常不错,现在的Linux发行版本都默认自带了iSCSI Initiator。

    iSCSI Target

        一个可以用于存储数据的iSCSI磁盘阵列或者具有iSCSI功能的设备都可以被称为“iSCSI Target”,因为大多数操作系统都可以利用一些软件将系统转变为一个“iSCSI Target”。本章重点讲述如何构建一个PC构架的iSCSI存储系统。所谓PC构架就是选择一个普通的、性能优良的、可支持多块磁盘的PC(一般为PC服务器),再选择一款相对成熟稳定的iSCSI Target软件,将iSCSI Target软件安装在PC服务器上,使普通的PC服务器转变成一台iSCSI存储设备,并通过PC服务器的以太网卡对外提供iSCSI数据传输服务。

        目前大多数iSCSI Target软件都是收费的,例如DataCorc  Software的SANmelody,FalconStor Software的iSCSI Server for Windows等,这些都是Windows平台支持的。不过,也有一些Linux平台的开源iSCSI Target软件,例如iSCSI Enterprise Target,后面的内容会重点介绍这个软件。

        利用iSCSI Target软件,可以将服务器的存储空间分配给客户机使用,客户机可以像使用本地硬盘一样使用iSCSI磁盘,包括对其进行分区、格式化及读写等。而且每个客户端都可以向iSCSI磁盘写数据,互不干扰,并且不会破坏存储到服务器中的数据。同时,iSCSITarget软件对用户权限控制非常灵活,支持配置文件。

        我们知道,iSCSI是使用TCP/IP协议进行通信的,因此,将iSCSI两端连接起来,仅仅需要一个以太网络就可以了。由此可知,iSCSI的存储性能和这个以太网络有直接关系,所以最好在iSCSI网络中使用千兆以太网交换机,劣质的网络设备会严重影响存储系统的性能,也就是说,要为每个服务器配备高质量的千兆以太网交换机,并提供两个连接。对于iSCSI Target,应该为每个独立阵列中的两个独立端口配备交换机,最后将交换机连接起来,采用这种配置方式,即使两个交换机中的一个出现了故障,整个iSCSI存储系统仍然能够正常工作,这保证了存储系统的不间断运行。

    iSCSI的工作原理

        要理解iSCSI的工作原理,就必须知道iSCSI的层次结构。根据OSI模型,iSCSI的协议自顶向下一共可以分为三层,如图7-2所示。

    IP网络存储iSCSI的概念与工作原理

    图7-2  iSCSI的协议结构

        下面对每个分层进行简单介绍。

        SCSI层:根据客户端发出的请求建立SCSI CDB(命令描述块),并传给iSCSI层。同时接收来自iSCSI层的CDB,并向应用返回数据。
        iSCSI层:对SCSI CDB进行封装,以便能够在基于TCP/IP协议的网络上进行传输,完成SCSI到TCP/IP的协议映射。这一层是iSCSI协议的核心层。本章也主要针对这一层的配置和管理进行介绍。
        TCP/IP层:对IP报文进行路由和转发,并且提供端到端的透明可靠的传输。

        iSCSI协议定义了在TCP/IP网络发送、接收数据块存储数据的规则和方式。先发送端将SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中,然后通过IP网络转发,接收端收到TCP/IP包之后,将其还原为SCSI命令和数据并执行,执行完成后,将返回的SCSI命令和数据再封装到TCP/IP包中,之后再传回发送端。这样就完成了数据传输的整个过程。

        iSCSI的整个数据传输过程在用户看来是完全透明的,用户使用远端的存储设备就像使用本地的硬盘设备一样。不过,这只是理论状态,实际上iSCSI的数据传输速率并不能完全达到本地硬盘的数据传输速率,但差别并不明显。而且这种网络存储模式还有一个优点是安全性高,这对于数据集中存储的iSCSI来说显然非常重要。

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