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《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)

文章目录

  • 1. 存储网络架构
    • 1.1 网络连接存储 (NAS)
    • 1.2 存储区域网络(SAN)
  • 2. 软件定义网络架构
    • 2.1 软件定义网络(SDN)
    • 2.2 SDN架构
    • 2.3 相关技术
      • 2.3.1 控制平面技术
      • 2.3.2 数据平面技术
        • 1) 硬件处理方式
        • 4) 软件处理方式
      • 2.3.3 转发规则一致性更新技术

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

在这里插入图片描述

  • 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

在这里插入图片描述

  • 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

在这里插入图片描述

  • 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)
      • 控制平面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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