!" #$$!年第 %#期福 建 电 脑
基 于 &’ 网络的存储区域网络技术
宋志刚
（福州大学网络中心，福建 福州 !($$$#）
【摘 要】 本文介绍了存储区域网络技术以及存储区域网络如何利用 &’网络的优势进行互联和数据传输，
分析了 &’存储区域网络技术中的几个关键协议的实现原理和机制。
【关键词】 &’存储区域网络 )*)& 光纤通道协议
%、引言
随着基于互联网络的应用蓬勃发展和互联网数据中心
（&+,-.+-, /0,0 *-+,-. 简称 &/*）的广泛建立，存储区域网络
（),- 3.-0 4-,以下简称 )34）技术得到了迅速的发展和
应用。据著名的市场分析和预测公司 7 /0,089-:,预测，到 #$$;
年全球外部存储市场将达到约 ($$ 亿美元，其中 "$<将建立在
)34基础之上。一个极富挑战的课题应运而生了，如何将 )34
同现有的 &’网络融合和互通？
#、存储区域网络技术
)34是新一代网络存储应用，它把大规模的数据集中存储
库与高速数据访问技术结合在一起，采用类似于局域网的高速
存储访问网络和高速的光纤通道（=>?.- *@0++-A简称 =*）技术。
)34和另外一种常见的存储技术——— 网络附加存储（4-, 0,B
,0C@ ),- 简称 43)）技术不同：)34的数据的访问独立于网络
的访问，网络带宽不会受到数据访问的影响。除此之外，)34还
具有高扩展性、高容错能力、支持异构的操作系统等优势，并且
随着 )34网络虚拟化技术的使用，原先令人生畏的 )34管理和
维护也变得越来越简单，正是这些优势使得 )34技术成为了外
部存储技术的主流。
但是，)34也存在一些问题：首先，由于 )34采用了专有协
议和专有设备，导致造价昂贵，很多企业要部署 )34，价格成了
首要问题；其次，)34的扩展性能受到协议等方面的限制，传输
距离一般被限制在 %$ 公里以内；=*的传输速率目前只能达到
双工 #D?E: ，但是对于大型企业应用和面向互联网的应用，则需
要更高速率的传输；=* 协议的安全性、流量控制和服务质量
（F1)）等功能和控制手段较弱，另外，现在的网络绝大多数是基
于 &’协议的，而 )34采用的是 =*传输协议，维护两个不同协议
的网络对于管理也是很大的挑战；为了解决以上问题，&GH=特
别成立了 &’)（&’ ),-）小组研究如何 )34如何利用 &’网络传
输以及 &’网络同 )34的融合和互操作的问题，&’)小组提出的
解决方案和相关协议基本上分为两大类：一类采用的是存储隧
道 （),- H9++-A>+2）模式，相对应的协议主要有 =*&’协议和
>=*’ 协议；另外一类采用的是本地 &’ 存储 （40,>I- &’ 7 ?0:-J
:,-）模式，相对应的协议主要是 >)*)&协议。
!、&’存储技术
%）>)*)&协议 >)*)&（&+,-.+-, )*)&）协议是在基于 H*’ K &’协
议，特别是数据链路层采用以太网协议的网络上进行数据块传
输的标准。>)*)&协议由 *>:C1和 &LM两家提出并在 #$$!年 !月
已经被标准化，这也是第一个被标准化的 &’存储协议，同时，微
软公司宣布在新操作系统中支持 >)*)&协议并在 #$$! 年 N 月推
出 >)*)&客户端程序。
>)*)&协议主要的目的是使硬件设备可以在 &’协议上运行
)*)&指令，>)*)&协议可以使 )*)&指令在高速的千兆以太网或
者万兆以太网上传输并可以穿过广域网络和进行复杂的路由选
择。>)*)&协议的架构如图 %：
如图 % 所示，)*)&指令在传输时被封装到 >)*)&协议数据单
元 O ’/PQ中，>)*)&协议的传输采用 H*’作为其底层协议，这样
能保证传输中的正确性和连接性。通过 H*’ K &’ 协议的封装，
)*)&指令就象 &’数据包一样可以在 &’架构的网络中根据 &’地
图 %
址采用路由的方式到达其目的地址。当目的地址的设备接收到
&’数据包后，再通过解封装依次去掉各层的包头，最后还原为
)*)&指令，发送到相应的 )*)&设备层，这样源和目的地址的设
备依然可以采用 )*)&命令相互通讯。
与光纤通道相比，>)*)&有其自身的诸多优势，主要表现在
>)*)&更加经济。成本的节约可体现在以下几个方面：
（%） 在一般的数据和 )34网络之间存在的公用技术可使
培训费用降低，而且也不必设立单独的岗位职员，这两者都可使
成本降低；而且以太网大量的安装基础也可使价格降低。
（#） >)*)&可利用现有的、容易管理的 H*’ K &’基础设施
来构筑 )34，随着在 F1)和安全方面的进步，在存储与现有的基
础设施之间的共享表明，在硬件、培训、实施等几个方面都有机
会实现可观的成本节约。
（!） 随着千兆以太网的普及和万兆以太网的出现，用户将
可得到传输速率为 %D?E:以上甚至 %$D?E:的存储网络，而不需
改变现有的基础设施，如光纤资源等。
#）=*&’协议
=*&’（=>?.- *@0++-A）协议通过在 &’网络的两个端点之间建
立一条隧道来传输光纤通道数据。在发送端，帧被封装到 H*’ K
&’之中。在接收端，&’数据包解封装之后得到的光纤通道帧被
发送给目标节点，这种技术通常被称为隧道（,9++-A）技术，隧道
技术在 &’网络里经常被使用。=*&’ 协议和 >)*)&协议不同之处
在于：>)*)&协议面向的是主机和存储系统，而 =*&’面向的是整
个 )34，=*&’协议允许将独立的 )34“岛”通过 &’网络互联在一
起，=*&’协议经常用于为一个 )34的不同部分通过广域网络进
行互联。每个独立的 )34“岛”采用标准 =*寻址，在 =*&’的端点
之间建立 &’隧道，一旦隧道建立，扩展的 =*设备将被视为标准
的 =*设备，并予以 =*寻址。典型的应用是在一个 =*&’端点上
连接两个或更多架构在标准 &’网络之上的 =*交换机，通过内
部交换链路与先前的 )34光纤环路相结合。
福 建 电 脑!""#年第 $!期 #%
图 !
图 ! 显示了三个独立的 &’(通过 )*+,协议连接成一个整
体的 )* &’(光纤环路。)*+,的网关封装 )*帧，利用 -*,作为
底层进行传输 )* 帧映射为 +, 包后就可以通过 +, 协议进行 +,
包的路由。)*+,隧道对 )*设备是完全透明的。由于在 )*+,协
议里利用了很多已有的 )*特征，因此，这种协议除了具有 .&*&+
协议的成本低廉外，还比 .&*&+协议更能充分发挥 )*的特点，
但是，因为是采用类似于 ! 层网络桥接技术的隧道方式连接不
同区域的 &’(“岛”成为完整的一个 &’(，)*+,协议就不可能应
付非常复杂的转换和处理工作；另外，)*+,协议的隧道端点设
备存在着转换性能和单点故障的问题。
#）.)*,
.)*,（+/012/10 ).321 *45//16 ）协议是一个网关到网关的协
议，.)*,协议不是简单的用 +,协议来连接 )*，而是可以用来直
接代替 )*，以提供更加集成的 +,存储方案，.)*,协议能将属于
不同 &’(的 )* 7 8’+9阵列、交换机以及服务器通过已有的 +,
网络互联在一起。
图 #
如图 # 所示，.)*,协议的工作原理是：将 ).321 *45//16数据
以 +,包形式封装，并将 +,地址映射到分离 ).321 *45//16设备。
由于在 +,网中每类 ).321 *45//16设备都有其独特标识，因而能
够与位于 +, 网其它节点的设备单独进行存储数据收发。).321
*45//16 信号在 .)*,网关处终止，信号转换后存储通信在 +,网
中进行。
当不同的 ).321 *45//16网互连时，每个 .)*,网关域都能作
为一个自治系统独立运作，它的操作配置对整个 +, 网和其它
.)*,网关域都是透明的。当位于 .)*,网关的两节点间进行存储
数据通信时，首先运用内部 ).321 *45//16协议，遍历多 .)*,网
关的通信随后被封装进 .)*,，然后映射到不同 +,地址，数据即
可通过 +,网进行交换或路由传输了。透过 +,网进行通信的每对
).321 *45//16节点间都确立一个分离 .)*,会话，使 .)*,精确地
实现了对 :;&参数的矫正。通过运用内建的 -*,拥塞控制、错误
检测以及故障修复机制，.)*,同样能在 ).321 *45//16网中进行
完整的错误控制。所有情况下的错误控制都在会话层进行，因而
不会对其它设备间潜在的存储通信产生任何影响。.)*,协议与
)*+,协议相对比，.)*,协议可以用来连接不同的 &’(，同时，
.)*,协议还具有故障隔离和不同 &’(命名空间翻译等功能。
<、+,存储技术面临的挑战
+,存储是一个崭新而且不断变化的技术，尽管很多基础标
准已建立且得到广泛应用，但还有以下几个关键性问题有待进
一步解决：
$） 性能
当性能指标是应用中最关键的因素时，服务器就不能采用
标准的以太网卡进行网络的连接和通讯。传统的以太网卡将大
量的数据处理放到了服务器的 *,=上，这将导致服务器 *,=的
负荷升高和整体性能的下降。采用特别设计的 .>?’（./012/10
>;@0 ?A@ ’B5C012）卡是一个很好的解决办法。但是，就目前情况
而言，增强的 .>?’卡还需要进一步改进，才可以达到光纤通道
的技术水平，如果需要更高的性能，就必须对 .>?’卡的处理性
能进行更大的提升才可以实现。
!） 安全性
+,网络的安全问题是众所周知的。当存储设备通过 +,架
构进行远距离连接时，安全性变得愈加重要，尤其是数据加密的
处理。解决安全和数据加密问题基本上采用两种不同的模式：一
种被称为覆盖模式（;D1265C E;B16），另一种是集成模式（./01F210G
E;B16）。覆盖模式将安全和数据加密问题放到 +,层去解决，利用
+,层已有的很多安全技术如 +,&1H、I,(等；集成模式就是将安
全和数据加密问题放在 )*协议里解决，很多厂商正在将 )* 7 #
层进行扩充，以解决安全和数据加密问题。
#） 协议互操作性
+,存储协议在制定初期，由于协议本身的不完备，导致各
厂商的实现都略有不同；另外，很多厂商还为了增强自己产品的
某些功能而对标准协议进行了扩展，这些都可能导致各厂商产
品不能很好的互联互通。
<） 管理
管理问题，尤其是在 )*协议和 +,协议共存的时候尤为突
出。针对传统的 )*协议和 +,协议都已有了很完善的网络管理
技术和产品，但是如何在融合了 )*协议和 +,协议的 &’(里将
这些管理技术和管理产品融合，是现在 +,存储管理面临的一大
挑战。
结束语
总之，&’(和 -*, J +,网络的融合为数据存储技术提供了更
有效的技术和更多的扩展空间，虽然，现在很多协议仍然是在制
定阶段，各厂商相应的设备也还大多没有推出，但是在未来几
年，随着 &’(应用的发展以及网络融合的需要，将会在更多的
技术、解决方案和产品中采用基于 +, 网络的存储区域网络技
术。
参考文献
K $ L 刘德国，余重秀等 M 城域网中的网络储存技术 M 通讯世界，!""#M（#）：#<
K! L 95/ NH*;//166 +, &0;25F1 O -1H4/;6;FG ? 9166 ,;Q12 &;6A0.;/ .@@A1 < !""$
K# L +R-) +,& ’ @0;25F1 P0CO J J P0CM .10PM ;2F J .10P 7 7 J .C@
