s*** 络架构优化（网络架构优化方案）
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什么是虚拟架构优化（VIO）？
文本Tag： 虚拟化 在我们周围，我们看到许多企业的存储管理员正遭遇悄悄的变化。虽然IT人员每天的工作是和无形的数据打交道，但是长期以来IT人员总是可以方便地找到关键设备的"实体"和访问性。当问题发生时，管理员总是可以确定哪些交换机端口需要检查，哪台服务器可能是问题的所在，哪个HBA（主机总线适配器）需要查看，以及其他需要进一步检查的物理设备。但是在今天的数据中心中，这种便利性正在消失。 这种情况发生的部分原因是虚拟化。在现在的虚拟化浪潮中，一马当先的是服务器虚拟化，其他的变体还包括应用程序虚拟化，网络设备虚拟化，I/O虚拟化，存储虚拟化等。 同时，如今的IT架构已经扩展到超出控制。系统之间存在越来越高的互相依赖性，而且这些系统经常是在性能上限的情况下运行。对于一个特定的应用程序，其依赖性可能横跨多个应用程序，多台服务器，多个SAN（存储局域网）架构，多个I/O适配器甚至多个数据中心。在这些系统中，如果一个单一组件的性能上限被打破，通常情况下这些系统并不会出现性能逐渐下滑，但是会出现延迟时间变长，性能不断地变化和超出控制，I/O尝试越来越延迟，出现不断放弃并重复的I/O尝试，堵塞控制无法将这些I/O尝试予以排队、高速缓存或很好地控制。此外，由于如今的系统非常大，超过了传统管理工具所能管理的范围，因此传统的管理工具很快变得过时。面对日益增加的复杂性，以及任何变化都可能带来的灾难性后果的情况，许多管理员对此感到很无助。 缺少工具 无论系统是物理的还是虚拟的，现在都很难找到能够评估整体情况对架构进行细节分析的工具。管理员缺少足够的工具来获取分析数据，以便进行规划、性能管理、路由监视、合规或问题查找。 那么管理员现在是如何应对这些挑战的呢？从我们同终端用户的交谈中，我们估计现在85%以上的企业在管理并决定虚拟架构的时候依赖于它们最初对已知"好"设置的测试，或是纯粹单凭经验，而不是实际数据。这使得规划活动实际上变成了浪费，出现了***过度配置，SLA（服务水平协定）无法得到保障，问题解决流程混乱，灵活性受限等情况。此外，随着设置随时间而变化，管理员无法确定他们现在的架构功能。我们发现80%以上的VMware用户还没有部署VMotion，而且这些用户在修改虚拟架构之后经常无法确定性能所受到的影响。 管理员所面临的挑战就是如何持续一致地获得关于对架构有意义的数据，在这方面，IT管理员就好像在未知的道路上驾驶一辆挡风玻璃一片模糊的汽车。但是时间正在改变这一切。 虚拟架构优化 如今，许多越来越复杂的技术可以帮助IT管理员扫除这方面的迷雾。这些解决方案统称为虚拟架构优化（VIO）。VIO工具能够访问整个虚拟架构，为管理员提供必要的数据来进行明智的决策，让管理员很好对每个架构层面（网络、服务器、存储以及应用程序）上的容量、利用率、性能进行管理。 在这个领域中，有些解决方案是专门解决架构中某一方面问题的，比如容量、分析等。在这方面，不仅有比较成熟的解决方案，而且还有来自新厂商的产品。这些产品和解决方案包括BMC的VSM 解决方案，Novell的PlateSpin，惠普的VSE，VMware的Capacity Planner，Virtugo的virtualSuite， Hyperic，TwinStrata的 Clarity AP，以及Computer Associates的 ASM。虽然这些解决方案在路由规划上有一席之地，但是它们无法满足如今的虚拟架构管理需求：架构分析数据。 一些其他的解决方案可以让管理员可以实时或接近实时地监视和管理架构的多个方面的问题。这些解决方案提供了整合的监视和分析，可用于全局地优化虚拟架构或查找解决虚拟架构的问题，它们的管理范围横跨多个方面--从应用程序一直到磁盘。此外，这种解决方案提供了精细的数据以供决策制定使用。如果没有对性能的智能评估，容量和***利用的规划只能在***设的基础上进行，而这种***设可能不适用于其中的某个系统，且实际情况随时都可能发生变化。 在Taneja Group看来，这种实时或近实时的以性能为基础的分析工具对于虚拟架构的构建和管理来说是非常必要的。 在这个领域，厂商及其解决方案有：Virtual Instrument的VirtualWisdom，Akorri的BalancePoint，Onaro的SANscreen VMInsight以及BlueStripe的FactFinder。 为什么需要虚拟架构优化 VIO是虚拟架构运营的关键一环，但是这些新兴的VIO解决方案会比其他解决方案更好吗？在我们看来，它们构建了更为综合的数据集，而这种数据集可以作为虚拟架构管理的基础。为了澄清这一点，我们提出了五个主要的战略问题，这五个问题是每个终端用户在选择虚拟架构管理工具的时候都应该考虑的。这些问题可以帮助用户确认VIO技术所能带来的好处，并评估它们的VIO或管理平台在解决虚拟架构问题上的表现。 我是否可以有效地规划、设计、决定我的架构，让架构可以最充分的利用现有的系统并获得100%的预想效果？ VIO将在架构规划和操作修改上减少运营成本和复杂性。如今，有很多不必要的时间被花在了初始设置的确认上，而且每次修改完成后都需要对潜在性能和利用率的影响进行评估。VIO提供了完善的数据集，让管理员可以很方便地且一目了然地了解架构功能及其影响，且VIO还提供了如何优化设置的信息。 我是否可以很快地找到性能问题的根源所在，并很快发现系统环境所发生的***或变化？ VIO解决方案不仅可以为组织提供正确的信息以避免误设置，而且VIO工具还可以提供实时或近实时的可视性，让管理员可以一目了然地观察环境所发生的变化，让管理员可以迅速确认性能异常及其根源所在。VIO解决方案可以抓取历史数据，提供审计跟踪，确认问题发生的时间，以及系统所发生的情况。 我是否可以确定地知道我是否合理地利用了服务器、存储、虚拟机及其他架构？ 适合的VIO解决方案可以方便地确认出运营中的峰值和低谷，避免过度配置，从而节省资本成本。这些解决方案可以协助管理员动态地、智能地平衡整个架构，确保即使是最小的架构也不会遇到性能问题。 我是否可以确定地知道虚拟技术是否对我的架构产生了负面影响，我是否可以在没有厂商帮助的情况下确认出问题所在？ VIO解决方案可以为你提供所需的数据，确定哪些系统是问题所在，以及这些系统是否对你的架构产生了有害的影响。 我是否可以安全地实施并利用虚拟技术的全部功能，以提高我的操作效率，改善IT功能？ 像VMotion这样技术之所以未能广泛推广，是因为IT人员不知道使用这种技术后会发生什么。如果没有正确的支持性数据，那么这种自动化架构和政策有可能是危险的地雷，它们有可能不明智地对架构***取错误的操作。这也就是为什么针对VMotion这样的自动化、存储变化、访客重设置、I/O管理等解决方案的策略和工具没有得到广泛利用。但是VIO可以提供足够的智能性，从而避免潜在的灾难性后果。VIO对环境所发生的变化和操作提供了预测性的描述，并确保事情总是在预料之内。 VIO帮助实现更好的控制 如果你对这些问题的回答是"不是"，或者觉得这些问题听起来很熟悉的话，那么你很可能没有很好地控制你的架构，就好像在未知的路径上驾驶一辆挡风玻璃一片模糊的汽车。这样做会使你浪费时间、精力、***，而这种代价可能是很高昂的。目前为止，市面上的VIO解决方案可以帮助管理员拨清迷雾。这些解决方案***用了连续一致的，以性能为中心的分析手段，能够指出数据中心各层（从应用程序到存储磁盘，无论是应用程序、虚拟机、操作系统、网络、存储或SAN厂商都可以）之间设置、变化以及***的关联。VIO所使用的数据通常是通过网线直接获取，这些集中的数据提供了跨域性能和***的信息，因此VIO可以作为一个主监控器，实现操作监视、设置浏览等功能，还可以在整个数据中心中触发变化。 VIO不像生命周期管理、设置管理这样的点解决方案，这些解决方案有可能因为非智能的自动化操作无意中产生负面影响，VIO协调的是整个数据中心。让我们来看看VIO解决方案的核心功能，然后再看看不同产品的差别在哪里。 1：通过实际数据，给出详细的可视性 VIO解决方案能够抓取实时数据，为全局架构管理提供最好的支撑，其数据之详细，可以抓取任何时间内的变化，并提供必要的详细数据来检测并纠正因变化所引起的问题。在抓取详细数据这方面，VIO产品有几个点和其他产品不同： 首先，管理员必须评估该解决方案所给出的数据详细程度。定时取样，加上先进的算法，可以为规划奠定很好的基础，但是还不能为问题解决提供实时的可视性。市场上有越来越多的解决方案可以获取实时数据，比如Virtual Instrument的VirtualWisdom。 其次，管理员必须评估这个解决方案是如何获取数据的。一些VIO产品依赖于代理端的方式，一些则主动通过可用的API（应用程序编程接口）获取数据，一些通过网线获取数据。对于每种方式，用户都必须考察其复杂性，持续管理，数据详细性，以及架构中需要传输的潜在数据集的大小。 2：对整个虚拟架构的全局视角 VIO解决方案的分析范围必须覆盖企业的每个层。Taneja Group的分析师经常在文章中提醒读者跨域关联技术越来越重要。在VIO下，跨域关联是***取智能化行动的基础，这样才能避免对结果的胡乱猜测。管理员得到这种综合信息，才能***取行动来纠正错误，比如过多的LUN（逻辑单元号）传输，而不必担心它们会产生另一个问题，比如过多的交换机端口传输。但是VIO解决方案的综合性数据的能力也各有不同，有时限于特定的操作系统或存储设备。这种受限的解决方案无法统观全局，但是它们也有其他优点，比如可以通过复杂的算法对系统行为特征进行检查。用户可以评估不同方式的优缺点，观察这种解决方案是否可以为用户带来他们所需的架构某一方面的可视性。 3：可操作的关联数据 全局可视性是一回事，提供可操作的数据就是另一回事了。VIO解决方案在这些方面也各有不同：提供多少数据，从哪些系统中抓取数据，这些数据可以激起或触发什么类型的活动。从网线上抓取数据的解决方案在这方面有自己的优势，这种解决方案可以看到环境中所有的事情，而不仅仅是各个节点的数据传输或性能。当一个解决方案是建立在实时数据基础上的时候，就可以让用户深入了解系统性能，简化问题解决的方式，实现对SLA或合规活动的审计。 4：可扩展性和互操作性 最后，各种解决方案与企业系统的整合深度有所不同。VIO产品在自动触发活动的能力上也有所不同。此外，具有适合功能的实时的VIO解决方案可以提供正确的数据和API来实现对其他工具（比如惠普Openview，IBM Tivoli，CA Unicenter，VMware vCenter Server或定制脚本）的更好利用。用户必须评估他们需要VIO和其他技术整合到什么程度，这些技术包括存储管理工具、虚拟机、虚拟交换机等。寻找符合你需要的可扩展性。 可视性 一些名为VIO的解决方案给用户提供的是自动导航架构，而没有为用户提供详细的数据。用户仍然无法看到周围发生了什么，但是这些厂商可以提供管理架构，帮助用户自动化路由活动，并保持对政策和最佳实践的遵守。不幸的是，用户仍然缺乏关于数据中心实际情况的详细的可视性。 以性能管理为导向的VIO解决方案可以为用户拨开迷雾，能够为用户提供关于数据中心各个方面的有用的关联数据。如今产品之间的差异化在于数据的详细程度，以及厂商是如何将这些细节转化为可操作的数据集。厂商将细节转化为可操作数据集的途径可以是为管理员提供有用分析或总结，或是整合其他系统并自动***取行动，或是两者兼有。 在Taneja Group看来，虚拟架构优化将成为为下一代数据中心定义功能的关键技术。虽然如今该技术是只是提供实时智能性，为架构行为和反应提供基础，但是该技术最终将推动在整个数据中心的各个系统之间实现更好的协调，并帮助实现更加自动化、更加具有弹性的计算环境，以便更好地回应不断变化的商业需求。这些技术的未来潜力很大，它们提供了关键的可视性。从我们的角度看，这些解决方案是所有虚拟化战略的基石，在所有数据中心管理工具集中都应该包含它们。
SAN（存储区域网络）技术
1.1 SAN是什么？
S***络（Storage Area Network，简称SAN），顾名思义就是存储区域网络，S***络最初主要是指FC-SAN，当然发展到现阶段目前常见的SAN有FC-SAN和IP-SAN，还有IB-SAN，其中FC-SAN为通过光纤通道协议转发SCSI协议，IP-SAN通过TCP协议转发SCSI协议。
1.2 SAN的组件：
（1）服务器\主机；（2）互联设备：交换机和路由器；（3）存储设备：磁盘阵列和备份设备；（4）这些设备连接起来；
1.3 SAN的结构
SAN实际是一种专门为存储建立的独立于TCP/IP网络之外的专用网络。目前一般的SAN提供2Gb/S到4Gb/S的传输数率，同时S***络独立于数据网络存在，因此存取速度很快，另外SAN一般***用高端的RAID阵列，使SAN的性能在几种专业存储方案中傲视群雄。
SAN由于其基础是一个专用网络，因此扩展性很强，不管是在一个SAN系统中增加一定的存储空间还是增加几台使用存储空间的服务器都非常方便。通过SAN接口的磁带机，SAN系统可以方便高效的实现数据的集中备份。
目前常见的SAN有FC-SAN和IP-SAN，其中FC-SAN为通过光纤通道协议转发SCSI协议，IP-SAN通过TCP协议转发SCSI协议。
1.4 SAN的类型
SAN存储网络架构主要分为FC-SAN和IP-SAN两种。早期的SAN通常指***用光纤通道技术的存储区域网络，等到iSCSI协议出现了以后，存储业界就把SAN分为两种，一种是FC-SAN和IP-SAN。
1.5 FC-SAN
架构上以光纤为传输媒介的FC-SAN的优点是传输速度块（可达4G/s）、距离远及高可靠性。
FC-SAN分为五种端口类型：N型、NL型、F型、FL型、以及E型。前两种适用于主机和存储设备，后三种适用于光纤交换机。
作为可靠地SAN核心设备，***用双冗余配置的光纤交换机具有可靠地稳定性和安全性，是FC-SAN的核心部件。每台服务器通过两块光纤通道分别连接到互为冗余的SAN光纤通道交换机上。类似的，磁盘阵列设备和SAN光纤通道交换机之间也通过两条光纤通道连接。自动备份软件备份的高速连接结构可实现快速备份与恢复、数据访问与容灾，允许于用户将数据快速传输到存储备份设备。
FC-SAN提供了一个高性能、可靠和经济使用的解决方案，将存储业界领先的服务器、存储设备、软件和组网功能融为一体。
1.6 IP-SAN
IP-SAN是指为了实现网络中的数据而SCSI封装串行，可支持企业数据的备份和容灾、数据中心的建立，分为FCP、FCIP和iSCSI。
iFCP可以实现FC-SAN到IP-SAN的无缝连接，通过转换FC帧的协议，将经过解析并剥离数据包之后的纯数据加入TCP/IP协议，所以iFCP只具备IP地址。FCIP把FC帧封装到IP数据包中，使得IP数据包中既保存了FC地址，有包含了IP地址，FCIP技术适用于远距离的孤立的FC_SAN之间的互联。iSCSI可以实现在普通的IP网络上直接传输SCSI数据包，通过将TCP/IP协议加入SCSI数据包来使用IP的探测设备和寻址机制以及TCP中的分段和流量拥塞控制机制。
1.7 IP-SAN和FC_SAN对比
相比IP_SAN，FC-SAN在设备的稳定与可扩展两个方面存在优势，但是更为负责和昂贵，不适于中小企业使用，而IP_SAN价格低廉，操作简单，在没有距离限制上实现数据的远程镜像和迁移，对于跨平台的数据共享更加有助。
什么是SAN？
SAN可以被看作是存储总线概念的一个扩展，它使用局域网（LAN）和广域网（WAN）中类似的单元，实现存储设备和服务器之间的互连。这些单元包括：路由器、集线器、交换机和***。SAN可在服务器间共享，也可以为某一服务器所专有，既可以是本地的存储设备也可以扩展到地理区域上的其他地方。SAN的接口可以是企业系统连接（ESCON）、小型计算机系统接口（SCSI）、串行存储结构（SSA）、高性能并行接口（HIPPI）、光纤通道（FC）或任何新的物理连接方法。
由于SAN的基础是存储接口，所以是与传统网络不同的一种网络，常常被称为服务器后面的网络。SAN可被用来绕过传统网络的瓶颈，它通过以下三种方式支持服务器与存储设备之间的直接高速数据传输：
（1）服务器到存储设备：这是服务器与存储设备之间的传统的相互作用模式，其优点在于多个服务器可以串行或并行地访问同一个存储设备。
（2）服务器到服务器：SAN可用于服务器之间的高速大容量数据通信。
（3）存储设备到存储设备：通过这种外部数据传输能力，可以在不需要服务器参与的情况下传输数据,从而使服务器周期能更多地用于其他活动如应用程序处理等。这样的例子还包括磁盘设备不需服务器参与就可以将数据备份到磁带设备上，以及跨SAN的远程设备镜像操作。
SAN 包括:* SAN服务器
服务器基础结构是所有SAN解决方案的前提，这种基础结构是多种服务器平台的混合体，包括Windows NT、不同风格的UNIX。
* SAN存储存储基础结构是信息所依赖的基础，和今天的基础结构相比,这种新的基础结构应该能够提供更好的网络可用性、数据访问性和系统管理性。SAN就是为了迎接这一挑战应运而生的，它解放了存储设备，使其不依赖于特定的服务器总线，而且将其直接接入网络。换句话说，存储被外部化，其功能分散在整个组织内部。SAN还支持存储设备的集中化和服务器群集，使其管理更加容易，费用更加低廉。
* SAN互连实现SAN需要考虑的第一个要素是，通过光纤通道之类的技术实现存储和服务器组件的连通性。以下所列的组件是实现LAN和WAN所使用的典型组件。与LAN一样，SAN通过存储接口的互连形成很多网络配置，并能够跨越很长的距离。
线缆和连接器
－扩展器: 扩展器用来连接超过理论最大值的超长距离节点。
－集线器: 通过集线器，一个逻辑环路上可以连接多达126个节点。
－路由器: 存储路由器与网络路由器的不同在于，存储路由器数据的路由选择使用的是FCP（SCSI）之类的存储协议，而不是－TCP/IP之类的通信协议。
－网桥: 网桥的作用是使LAN/SAN能够与使用不同协议的其它网络通信。
－***: ***是网络上用来连接两个或更多网络或设备的站点，可能执行也可能不执行协议转换。***产品通常用来实现LAN到WAN的访问，通过***，SAN可以延伸并越过WAN。
－交换机: 交换机是用于连接大量设备、增加带宽、减少阻塞和提供高吞吐量的一种高性能设备。
* SAN管理为充分利用SAN在性能、可用性、成本、扩展性和互操作性方面的多种优势和功能，SAN的基础结构（交换机、路由器等）和它所连接的存储系统必须得到有效的管理。为简化SAN管理，SAN供应商需要调整简单网络管理协议（SNMP）、Web企业管理（WBEM）和企业存储***管理（ESRM）标准，用以不间断地通过中央控制台监视和管理所有SAN的组件，另外，从中央控制台管理SAN的分区也是需要的。
存储虚拟化的SAN系统组成
SAN是计算机工作者们为了优化DAS而提出的另一种设计思想，它并没有试图在功能上将应用服务和存储服务完全解耦，而是希望服务器与存储设备之间通过专用光纤网络实现高速互连。如图1所示，一个SAN系统通常包括服务器连接器件、存储网络连接器件、存储设备和管理软件四部分组成，其中存储网络连接器件又可以细分为光纤通道集线器、光纤通道交换机和存储路由器等设备。
图1 SAN系统组成
从设计角度来看，只要购买一个NAS服务器通过标准网络协议加入网络，就可以享受文件级的存储服务了；但是如果打算***用SAN设计存储网络的话，不仅需要购买服务器连接器件、存储网络连接器件、存储设备和管理软件，还需要事先规划设计好存储网络的拓扑结构。从使用上来看，SAN***用专用的光纤网络实现数据存取，能够获得高性能；而NAS服务器与应用服务器共用一套网络，性能比拼上明显无法占据上风。
可以看出，NAS和SAN各有所长，各有所短，实际使用中应该根据实际情况选择合适自己的技术。近些年来，随着主流NAS厂商开始向其NAS设备增加类似SAN的光纤通道和iSCSI功能，NAS和SAN之间的界限已经越来越模糊，也许不久的将来两者将会迎来越来越多的重叠。
那么到底是哪种技术，哪家厂商的方案是最佳的呢?哪种方案会成为存储虚拟化大赛中的最终胜者呢?现在更多的专家认为，这场竞赛没有最后的赢家，越来越多人认为这三种技术应当结合使用。
如果我们把厂商和各自的虚拟化技术对号入座，那么三个虚拟化阵营都各自有一些代表厂商。虚拟化应用阵营的代表有SVC、StorAge、NetworkAppliance设备以及NSS SED (Service-Enabled Devices)飞康。而在磁盘阵列和光纤通道阵营里，HDS、Sun、hp以及Acopia提供了多样化的体系结构。交换机阵营则包括Invista、McData、Brocade、QLogic以及Cisco公司。
在虚拟化应用阵营中比较有代表性的厂商是飞康，飞康 NSS 是一款灵活的存储虚拟化解决方案，能够对整个企业内的存储***进行高效、经济的供给和集中管理。飞康 NSS有助于最大化存储利用率，降低总存储成本和提高员工生产力。企业可以继续利用现有的存储投资，从而降低购置总成本 (TCO)。飞康 NSS 使 IT 管理员能够根据业务应用程序服务级别协议 (SLA) 定义适当的业务持续性策略，从而实现更加面向服务的应用程序方法和数据可用性。
对于另外两个阵营来说，由于McData，Brocade，Cisco等其他一些公司已经针对基于光纤通道虚拟化进行了一系列公司收购与合作，似乎不同类别方案之间的分界线已经变得模糊起来。其他两个阵营中的厂商中有些也正在慢慢跨越自身的领域，即使目前来说并没有真正完全的横跨界限。
由于虚拟化性能、应用程序灵活性以及虚拟化引擎等诸多方面的问题，早期的存储交换虚拟化和磁盘阵列虚拟化两个阵营的提倡者广受业界的质疑。最初执行虚拟存储的厂商依赖那些基于现有组件的分布式解决方案或是基于端口的处理引擎来提供所需功能，应用设备虚拟化方案被认为是最易于配置的，但其往往有应用限制。因此一些厂商更倾向于存储交换虚拟化，认为智能SAN虚拟化处理组件是下一代虚拟存储的典范。
同样，HDS针对应用虚拟化方案和网络交换虚拟化方案也作出了类似的批评。HDS认为他们的通用存储平台(USP)是把虚拟化部署在存储网络边缘的存储控制器，而不是部署在主机或是网络核心的交换机或应用设备，他们认为从性能和安全因素上说这是最佳位置。
而应用设备虚拟化的坚定支持者NetApp则认为通过应用设备在存储网络上实现虚拟化是最好方案。NetApp公司发言人解释：在选择磁盘阵列方案后，存储网络能给客户提供最大的灵活性，不至于像TagmaStore通用存储平台那样把客户锁定在磁盘阵列的解决方案，既不需要那么复杂，也不需要基于主机的虚拟化解决方案中客户代码带来的成本。在存储网络之内，应用设备可以灵活放置。
一个好的虚拟解决方案不要求对磁盘或存储网络基础架构进行任何改变。因此，需要和您的供应商进行讨论来决定进行哪些改变才能够测试和运行它们的虚拟解决方案。但是需要警惕的是一些解决方案要求企业购买新一代SAN交换机或新一代存储控制器，而这样做的目的仅仅是为了实现存储虚拟。
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