淺析基于軟交換的下一代網絡存儲

淺析基于軟交換的下一代網絡存儲

摘要本文主要分析了以光纖通道存儲區(qū)域網絡FCSAN和基于IP的存儲區(qū)域網絡IPSAN為代表的網絡存儲技術現(xiàn)狀和特點，探討了新興的軟交換技術的特點和優(yōu)勢，并就下一代網絡環(huán)境下的存儲網絡進行相關分析。關鍵字存儲區(qū)域網絡，下一代網絡，軟交換1前言目前基于以太網和廣域傳輸服務的IP網絡主導著企業(yè)IT策略。IP是一種被廣泛使用、價格可以負擔、可以擴展到數(shù)量龐大的設備及遠距離的技術。盡管大部分企業(yè)數(shù)據可以通過一般IP網絡傳輸，但是塊級的數(shù)據存儲是例外。高性能的存儲數(shù)據訪問一般是通過直接連接存儲DAS，或通過專用光纖通道存儲區(qū)域網絡SAN進行。網絡應用的興起，同時也帶來更多的數(shù)據存儲和傳輸?shù)囊螅鎯途W絡逐步緊密的結合，給人們帶來了真正的網絡存儲。而作為網絡存儲的一種實現(xiàn)方式——存儲區(qū)域網絡，也逐漸被人們認識并應用于各個領域。DAS是指將存儲設備通過SCSI接口或光纖通道直接連接到服務器上，即每一臺服務器都帶有自己的磁盤、磁帶機或是磁帶庫。這種方式的弊端在于：異構平臺下存儲資源無法均衡共享，存儲設備利用率低、投資形成不可避免的浪費，且每臺服務器是一個孤立的存儲者，服務器出現(xiàn)異常會使數(shù)據不可獲得，不能提供真正意義上的網絡化存儲。SAN是通過光纖通道協(xié)議將若干臺存儲服務器、存儲陣列組成一個單獨的數(shù)據網絡，提供企業(yè)級的塊級數(shù)據存儲服務。SAN是將一個或多個網絡存儲設備和服務器連接起來的專用高速網絡，它提供了一個能存儲大量數(shù)據且具有高可靠性和高升級能力的數(shù)據存儲系統(tǒng)，它為那些需要健壯且易于升級的存儲系統(tǒng)的網絡提供了一種理想的解決方案。SAN存儲方式將成為未來信息存儲發(fā)展的主流。融合是下一代網絡的重要特征。傳統(tǒng)電信的業(yè)務部是由運營商和少數(shù)的電信設備制造商開發(fā)部署的，盡管智能網實現(xiàn)了業(yè)務和呼叫控制的分離，但是由于復雜的電信網絡接口技術的限制，壟斷式的業(yè)務提供橫式仍未能得到改變。基于軟交換的固網NGN技術．提出了分解網關功能的思路，即將VOIP網關分解為媒體網關(MGW)、信令網關(SGW)、媒體網關控制器(MGC)等幾部分。人們期待新的網絡直能提供融合各類網絡能力的綜合業(yè)務，特別提供用戶所需的多種多樣的個性化多媒體業(yè)務。顯然，為了同時滿足企業(yè)信息及存儲數(shù)據傳輸?shù)男枰?，如何在下一代網絡框架下合理實現(xiàn)網絡存儲并提供高效的存儲業(yè)務，其解決方案的好壞直接影響著企業(yè)的生存和發(fā)展。2存儲網絡的主流技術FC光纖通道FC光纖通道存儲區(qū)域網絡FCSAN，是近幾年發(fā)展起來的存儲區(qū)域網的第一種存在形式。當前絕大多數(shù)SAN系統(tǒng)的實施都是建立在光纖通道(FibreChannel)技術基礎上，這種技術為存儲領域的應用提供了高性能的塊數(shù)據訪問方案。光纖通道技術是美國國家標準學會ANSI委托的幾個委員會根據OSI標準共同開發(fā)的一組集成標準的通用名稱，是為網絡和通道I／0接口定義和建立的一個開放標準。它結合了通道和網絡的優(yōu)點，是把設備連接到網絡結構上的一種高速通道，主要用來連接工作站、大型機、巨型機和存儲設備。此協(xié)議可實現(xiàn)大容量、高速度信息傳輸。它獨立于介質，支持同時傳輸多種不同協(xié)議，適用于服務器、海量存儲子網絡、外設之間通過集線器、交換機和點對點連接進行雙向、串行數(shù)據通訊：正如在以太網中IP、NetBIOS和SNA等協(xié)議均可在單一以太網適配器上同時使用，是因為所有這些協(xié)議在以太網中都被得到映射一樣，各種網絡層的通訊協(xié)議也可以通過協(xié)議映射在光纖通道上得以實現(xiàn)。FC是一種基于標準的體系結構，它提供了吉比特的速度、長距離的傳輸，并且支持網絡擴展到數(shù)百萬臺設備。光纖通道通過創(chuàng)建一個交換機網絡基礎設施，克服了一些存在于SCSI中的擴展問題，如：光纖通道延伸了SCSI的距離，可達到10公里，并且克服了SCSI對設備數(shù)量的限制。FC是一種基于標準的網絡結構，它定義了一個通過網絡移動數(shù)據的多層結構。光纖通道的分層模型與網絡模型OSI，其中配置了互聯(lián)的交換機主要用于提供高帶寬和可用性。服務器和存儲設備匯聚在Fabric邊緣，F(xiàn)C交換機集中在Fabric的中心處，互連構成了Fabric的骨干部分。服務器通常連在以太網上，作為客戶端和存儲區(qū)域網絡通信的代理，完成相應的任務和處理。FC交換機是存儲區(qū)域網絡的核心設備，管理路由通信，進行數(shù)據交換，同時也是存儲區(qū)域網絡中最智能的設備。FCSAN擁有高速，安全等特性，主要是由于SAN以FC技術為核心，并將存儲應用和FC技術的不同層次進行了合理的對應，從而使實際問題得到最優(yōu)化解決。IPSANFCSAN雖然性能優(yōu)越，可擴展性好，但也存在某些不足之處。FCSAN的傳輸距離通常不超過50公里。因此，F(xiàn)CSAN還不能有效地整合更多的主機與存儲的需求。雖然光纖通道技術有統(tǒng)一的標準，但各家廠商卻有不同的解釋。時至今日，互操作性仍是FCSAN實施過程中存在的主要問題，在管理上更是如此。隨著IT技術逐漸發(fā)展，所有IT產品的價格也在下降，但是基于FCSAN的存儲設備價格仍居高不下。一個企業(yè)如果考慮使用FCSAN，就不得不購買HBA、光纖交換機、光纖磁盤陣列、管理軟件……這并不是普通中小企業(yè)能夠承受得起的。且受限于現(xiàn)有的光纖傳輸方式，其價格昂貴。因此，基于普通lP協(xié)議和以太網的SAN應運而生，這就是IP存儲，它將SCSI協(xié)議映射到TCP／IP協(xié)議上，使得SCSI的命令、數(shù)據和狀態(tài)可以在傳統(tǒng)的IP網上傳輸。IP存儲系統(tǒng)在整個IP網上創(chuàng)建了一個共享存儲環(huán)境，很好地實現(xiàn)了數(shù)據共享和遠程訪問；由于采用的是SCSI、以太網、TCP／IP等現(xiàn)有技術和設施，造價低，便于構建和維護。IP存儲互操作性好，且能跨越FCSAN的距離限制，把共享存儲系統(tǒng)擴展到LAN、WAN甚至Internet上．目前，IP存儲技術發(fā)展有2個技術方向：存儲隧道(Storagetuneling)和本地IP存儲(NativeIP—basedstorage)。存儲隧道的基本思想是將IP協(xié)議作為連接異地2個光纖SAN的隧道，用來解決SAN環(huán)境的互聯(lián)問題。本地IP存儲的基本思想是利用現(xiàn)有的存儲協(xié)議，將SCSI和FibreChannel直接集成在IP協(xié)議中，實現(xiàn)存儲和網絡的無縫融合。目前IETF已開發(fā)出3種IP存儲協(xié)議：基于TCP／IP的光纖通道(FCIP)、互聯(lián)網FibreChannel協(xié)議(iFCP)和互聯(lián)網小型計算機系統(tǒng)接口(iSCSI)。其中FCIP和iFCP協(xié)議是實現(xiàn)存儲隧道技術的兩種方式，F(xiàn)CIP協(xié)議是在兩個SAN之間通過以太網建立隧道，構成一個統(tǒng)一的SAN環(huán)境，與之相對應的iFCP是在FibreChannel與IP之間建立網關到網關的連接，使FibreChannel幀使用IP路由到正確的目的。由FCIP和iFCP支持的存儲隧道技術提供的是SAN與SAN之間點到點的連接，從功能上講是一種類似于光纖的專用連接技術。存儲隧道技術較好地解決了SAN之間的異地連接，但其實現(xiàn)成本較高，缺乏通用性，較大的延遲對系統(tǒng)的性能也會造成一定的影響。與存儲隧道技術相比，本地IP存儲技術具有顯著的優(yōu)勢。它利用現(xiàn)有的存儲協(xié)議，以IP協(xié)議替代FibreChannel協(xié)議，構建結構上與LAN隔離，技術上與LAN一致的新型SAN存儲——IPSAN，將存儲網絡與傳統(tǒng)的LAN物理上整合成一個網絡。本地IP存儲技術進一步地模糊了本地存儲和遠程存儲的界限，在IPSAN環(huán)境中，只要主機和存儲系統(tǒng)能提供標準接口，就可以實現(xiàn)在任何位置的主機訪問任何位置的數(shù)據，提高了存儲系統(tǒng)使用的靈活性。實現(xiàn)IPSAN最合適的協(xié)議是iSCSI協(xié)議。iSCSI是由IETF開發(fā)的一種基于存儲網絡的Internet協(xié)議，它繼承了SCSI協(xié)議的穩(wěn)定性和可靠性，能夠在TCP／IP網絡上傳送標準的SCSI命令，使主機系統(tǒng)和不同的外部設備塊數(shù)據進行I／O操作，并且可以實現(xiàn)遠程存儲管理?？梢哉f，iSCSI是集成了SCSI協(xié)議和TCP／IP協(xié)議的新的協(xié)議。iSCSl只是將數(shù)據的存儲變得更加靈活，因為它是在SCSI基礎上擴展了網絡功能，也就是可以讓SCSI命令通過網絡傳送到遠程的SCSI設備上，而SCSI協(xié)議只能訪問本地的SCSI設備。

從存儲系統(tǒng)管理層次上iSCSISAN可分為三大組成部分：iSCSI磁盤陣列等iSCSI存儲設備、IP網(包括IP交換機或IP路由器)、Iscsi服務器及存儲管理軟件。每個iSCSI服務器和iSCSI存儲沒備都支持以太網接口和iSCSI協(xié)議，從而可以作為一個網絡實體直接連接IP交換機或IP路由器。圖2FCSAN與IPSAN：高性能還要更經濟如圖2所示，我們可以看出用FibreChannel搭建的FCSAN與利用iSCSI搭建的IPSAN的區(qū)別。在IPSAN中，千兆以太網交換機代替了價格昂貴且只有FCSAN專用的光纖交換機,客戶端的啟動器Initiator或iSCSI卡代替了價格較高的主機HBA卡，具有iSCSI接口的高性價比的存儲設備代替了光纖磁盤陣列。IPSAN與FCSAN就像一對雙胞胎，兩者擁有基本相同的特性。從目前情況看，F(xiàn)CSAN是高性能的保證，而IPSAN在經濟性方面優(yōu)勢更明顯。3.基于軟交換的下一代存儲網絡分析軟交換技術概述軟交換又稱為呼叫代理、呼叫服務器或媒體網關控制器。軟交換技術的基本概念是把呼叫控制功能從傳輸層(媒體網關)中分離出來。通過服務器上的軟件實現(xiàn)基本呼叫控制功能，如呼叫選路、信令互通、管理控制(建立會話、拆除會話)等。由于把呼叫控制和呼叫傳輸分離開來，為控制、交換和軟件可編程功能建立了分離的平面，使業(yè)務提供者可以方便地將傳輸業(yè)務與控制協(xié)議結合起來，實現(xiàn)基本業(yè)務和補充業(yè)務的轉移。軟交換技術將使語音網與數(shù)據網完美融合，集語音、數(shù)據、視頻等所有形式的信息為一體，形成綜合性網絡，促進各項增值業(yè)務的快速發(fā)展，成為下一代網絡的技術核心。從廣義上說，軟交換指一種分層的體系結構，利用該體系結構可以建立下一代網絡框架，其功能涵蓋下一代網絡NGN的接入層、傳輸層、控制層和業(yè)務層，這要由軟交換設備、信令網關SG、媒體網關MG、應用服務器AS和綜合接入設備IAD等組成。但從狹義上講，軟交換單指軟交換設備，它是下一代網絡的核心設備之一，處于NGN分層結構的控制層，負責提供業(yè)務呼叫控制和連接控制功能。軟交換作為一個開放的實體，與外部的接口必須采用開放的協(xié)議：●媒體網關與軟交換間的接口一一用于軟交換對媒體網關的承載控制、資源控制及管理。此接口可使用媒體網關控制協(xié)議或協(xié)議。●信令網關與軟交換間的接口一一用于傳遞軟交換和信令網關間的信令信息，此接口可使用信令控制傳輸協(xié)議或其它類似協(xié)議?！褴浗粨Q間的接口一一實現(xiàn)不同軟交換間的交互。此接口可以使用SIP—T或BICC協(xié)議。●軟交換與應用／業(yè)務層之間的接口一一提供訪問各種數(shù)據庫、三方應用平臺、各種功能服務器等的接口，實現(xiàn)對各種增值業(yè)務，管理業(yè)務和三方應用的支持?！褴浗粨Q與策略服務器間的接口一一實現(xiàn)對網絡設備的工作進行動態(tài)干預?！褴浗粨Q與網關中心間的接口一一實現(xiàn)網絡管理，此接口可使用SNMP協(xié)議?！褴浗粨Q與智能網的服務控制點SCP(servicecontrolpoint)之間的接口一一實現(xiàn)對現(xiàn)有智能網業(yè)務的支持，此接口可使用INAP協(xié)議?；谲浗粨Q的存儲網絡結構分析基于軟交換的下一代存儲網絡框架，具體如圖3所示：圖3基于軟交換的下一代存儲網絡框架位于控制層中的軟交換設備，通過傳輸服務層中的核心傳輸網，與處于媒體接入層中的媒體網關交互通信，接收正在處理呼叫的相關信息，根據業(yè)務應用層已定義好的相關設定，指示媒體網關完成呼叫，可以說這是軟交換網絡體系結構的基本處理流程。作為媒體接入層的基本處理單元，媒體網關負責管理PsIN與分組數(shù)據網絡之間的互通以及媒體、信令的相互轉換，包括協(xié)議分析、話音編解碼、回聲消除、數(shù)字檢測和傳真轉發(fā)等G信令網關則提供No．7信令網絡(SS7鏈路)和分組數(shù)據網絡之間的轉換，其中包括協(xié)議ISUP、TCAP等的轉換。而無線網關則負責移動通信網到分組數(shù)據網絡的交換。軟交換設備通過提供基本的呼叫控制和信令處理功能，對網絡中的傳輸和交換資源進行分配和管理，在這些網關之間建立起呼叫或是己定義的復雜的處理，同時產生這次處理的詳細記錄。應用服務器和軟交換設備之間的接口采用IETF制定的SIP，軟交換設備可以通過它將呼叫轉至應用服務器進行增值業(yè)務的處理，同時應用服務器也可通過該接口將呼叫重新轉移到軟交換設備。API駐留于應用服務器之中，為軟交換的業(yè)務和交換功能提供接入和生成的手段，它們?yōu)榉纸M話音業(yè)務提供者提供了一個可以迅速高效地開發(fā)各種不同業(yè)務的環(huán)境。由于這些API具有開放和靈活的特性，因此它們可以使得在生成、管理業(yè)務時不必對軟交換設備的功能進行更新或升級。進行連接和通信，以便齊NGN上更加靈活地提供業(yè)務。具體而言，軟交換系統(tǒng)是一個基于軟件的分布式交換和控制平臺，將呼叫控制功能從媒體網關中分離出來，利用分組網代替電路交換矩陣，開放業(yè)務、控制、接入和交換間的協(xié)議，從而真正實現(xiàn)開放的運營環(huán)境。4結束語隨著數(shù)據業(yè)務特別是IP業(yè)務的日益增長，數(shù)據存儲和下一代網絡架構日益為人們所關注。下一代網絡將具有提供話音、數(shù)據、視頻和多媒體等各種業(yè)務的綜合性質