《系统架构设计师教程（第2版）》第17章-通信系统架构设计理论与实践-04-其他网络架构（存储网络架构、软件定义网络架构）

1. 存储网络架构

计算机访问磁盘存储的方式如下：

• 直连式存储（DAS）

  • Direct Attached Storage
  • 计算机通过 I/O端口直接访问存储设备

• 网络连接的存储 (NAS)

  • Network Attached Storage
  • 专门用于数据存储的网络服务器，它通过网络提供文件级别的数据访问和共享服务

  教材原文对NAS定义 ：“计算机通过分布式文件系统访问存储设备的方式”。不准确

• 存储区域网络 (SAN)

  • Storage Area Network
  • 是一种基于块的存储
  • 利用专用的高速网络，连接存储设备

• NAS与SAN 异同点

  • 相同：
    • 对存储集中管理
    • 多主机共享存储
  • 不同
    • NAS通常是基于以太网， SAN使用以太网或光纤的专用通道
    • NAS注重易用性、易管理性、可扩展性、低成本；SAN 则注重高性能和低延迟。

1.1 网络连接存储 (NAS)

RPC：Remote Procedure Call。即，远程调用。

• 用户计算机通过IP远程过程调用 访问NAS存储单元

• 常见NAS协议
  • CIFS/SMB协议
    • Common Internet File Services / Server Message Block
    • 为网络中的计算机提供了文件和打印资源的共享功能
    • 是Windows 通常使用的协议

• SMB 协议最早由 IBM 设计，并用于网络文件共享。它允许应用程序在网络上读取、写入和请求文件，以及与文件共享服务进行通信。SMB 主要在 Windows 操作系统中使用，但也被多个其他操作系统支持。
• CIFS 是 SMB 协议的一个扩展和更新版本，由 Microsoft 推出。它旨在通过互联网进行文件共享，并增强了协议的功能和兼容性。CIFS 也是 SMB 协议的一个特定实现，尤其是在 Windows 2000 及更高版本的操作系统中。

• NFS协议
  • Network File System
  • 通用的 Linux协议

1.2 存储区域网络（SAN）

• 逻辑磁盘单元（LDU）
  • Logical Disk Unit
  • 是一系列通过共享存储池配置的块
  • 以逻辑磁盘的形式呈现给服务器
  • 服务器会对这些块进行分区和格式化
• SAN的设计消除了单点故障，具有极高可用性和故障恢复能力

• SAN的特点

  • 采用存储协议连接服务器和存储单元（而不是网络协议）
  • SAN交换机允许或禁止主机访问存储
  • 通过配置 SAN来为主机提供所需存储容量

• SAN常见的4种协议

  • 光纤通道协议（FCP）
    • Fibre Channel Protocol
    • 应用最广，如：FC-SAN
  • Internet小型计算机系统接口 (iSCSI)
    • Internet Small Computer System Interface
    • 第二大SAN协议
    • 将 SCSI命令封装在以太网帧内，然后使用 IP 以太网络进行传输
  • 以太网光纤通道 (FCoE)
    • Fibre Channel over Ethernet
    • 其应用相对较少
    • 将FC帧封装在以太网数据报中，然后使用IP 以太网络进行传输
  • 基于光纤通道的非易失性内存标准 (FC-NVMe)
    • Non-Volatile Memory Express over Fibre Channel

SAN存储网络可有效避免网元处理节点故障切换后业务数据丢失

2. 软件定义网络架构

2.1 软件定义网络（SDN）

下一节关键技术里还会有说明

• 概述：
  • Software-Defined Networking
  • 是一种现代网络架构和管理方法
  • 通过将网络控制层与数据转发层分离，提供了更灵活、更可编程的网络管理方式
• SDN的分层
  • 控制层
    • 包括：
      • 可编程控制器
      • 网络控制逻辑中心
      • 网络全局信息
      • 配置和部署的新协议
  • 数据层
    • 包括
      • 哑交换机：仅提供简单的数据转发功能
  • 两层之间：采用开放的统一接口交互
• 优点：
  • 有效降低转发设备复杂度
  • 卸载不必要的运行负载
  • 降低整体运营成本
  • 打破了传统网络设备的封闭性

2.2 SDN架构

• 架构
  • 数据平面
    • 组成：网络转发设备
    • 连接：SDN数据通路
  • 控制平面
    • 包括：SDN控制器
    • 作用：
      • 掌握着网络全局信息
      • 负责转发规则的下发
  • 应用平面
    • 包含：各种基于SDN 的网络应用
    • 应用无须关心网络底层细节就可以编程、部署新应用
  • 南向接口
    • SBI(South Bound Interface)
    • 是控制平面与数据平面的通信接口
    • 采用OpenFlow协议
    • 作用：将控制器中的转发规则下发至转发设备
  • 北向接口
    • SBI(South Bound Interface)
    • 控制平面与应用平面的通信接口（即，对应用开放）
    • 作用：允许用户根据自身需求定制开发各种网络管理应用
  • 东西向接口：负责多控制器之间的通信

2.3 相关技术

本小节是从《05-网络构建关键技术》中合并过来的。

2.3.1 控制平面技术

• 控制器
  • 控制平面的核心部件
  • SDN体系架构的逻辑中心
• 扩展方式

  • 对网络中单一控制器本身进行扩展

    • 采用多线程的方式对控制器进行性能提升，形成NOX-MT版本
    • 采用多核并行处理能力的Maestro控制器

  • 采用多控制器方式扩展

    • 扁平控制模型
    • 层次控制模型

2.3.2 数据平面技术

1） 硬件处理方式

• 相较软件：

  • 速度快
  • 灵活性低

• RMT模型

  • Reconfigurable Match Tables
  • 可重配置匹配表
  • 一种网络设备的硬件架构设计
  • 允许在流水线阶段支持任意宽度和深度的流表
  • 旨在提高网络交换机和路由器中流表的灵活性和性能

• FlowAdapter

  • 流适配器
  • 采用交换机分层的方式来实现多表流水线业务

4） 软件处理方式

没有考点

2.3.3 转发规则一致性更新技术

• 问题：不同转发设备更新转发规则时，可能会出现不一致现象
• 解决：采用“两段提交”的方式更新
  • 控制器询问每个交换机是否处理完对应旧规则的流
  • 确认后对处理完毕的交换机进行规则更新
  • 当所有交换机都更新完毕后才真正完成更新，否则撤销更新操作
• 不足：
  • 需要等待旧规则的流全部处理完毕
• 解决：增量式一致性更新算法
  • 将规则更新分多轮进行
  • 每一轮都采用“二段提交”方式更新一个子集

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