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1.3.2 连接方式

主机及存储系统通过总线及通信协议进行互联,具有内部存储的主机可以是笔记本、电脑或者巨型企业服务器。

1.总线

总线指为了实现计算机一个部件与其他部件间进行数据传输而设置的数据通路集合。物理部件在设备间通过发送数据包的形式利用总线进行通信。这些数据包可以利用串行通路或者并行通路。在串行通信中,各个数据位依次进行传送。而在并行通信中,数据位同时在冗余的通路上进行传送。

一般在计算机系统中至少存在两种类型的总线:系统总线,负责处理器与主存间的数据传输;局部总线或者I/O总线,负责外部设备与主机的数据传输,是直接连接到处理器的高速数据通路。

位宽,即总线的规模,是总线中非常重要的指标。位宽决定了一次可以传送的数据量。例如,16位总线能同时传送16位的数据,而32位总线则能传送32位的数据。形象地讲,位宽就如同高速公路的并行车道数目。

总线都有用频率衡量的时钟速度指标。高速总线能使得数据更快被传送,也使得应用程序运行更快。

2.协议

协议指定义好的通信格式,使得发送方和接收方设备能够以约定方式通信。为系统制定的通信协议包含的元素有:

(1)紧密互联的实体:如中央处理器与随机存储器(random access memory, RAM)、存储缓冲器与控制器,这些互联实体采用标准的总线技术进行工作。

(2)直接互联的实体:指在中等距离上连接的设备,例如主机与打印机,主机与存储器[磁盘簇(JBOD)或开放系统的直连式存储(DAS)]。

(3)网络互联的实体:例如网络主机、NAS或者SAN。用于局部总线和内部磁盘系统互联的协议包括PCI、IDE/ATA及SCSI。

PCI指外部设备互联协议,是一种定义在计算机内部的局部总线协议。协议标准文本中详细规范了如何进行PCI扩充卡(如网络卡或调制解调器)的安装及与中央处理器的信息交换。进一步地说,PCI包括微处理器和连接设备的互联系统,设备通过主机上各个插槽紧密联系并进行高速数据传输。PCI协议具有即插即用功能,使得新卡的识别非常简单,它可以进行32位或者64位的数据传输,可以达到133MB/s的吞吐率。

IDE/ATA协议指集成设备电子技术和高级互联技术,是目前广泛应用于现代磁盘接口的协议。IDE/ATA具有低成本、高性能的特点。

SCSI协议指小型计算机系统接口,是第二得到广泛使用的磁盘接口协议。由于具有比IDE更明显的优点,使其在诸如高端计算机的场合中得到了青睐。但是由于较高的成本以及对于家庭用户和商业桌面用户来讲并不需要新增的特点,使其并没有像IDE/ATA协议那么被广泛应用。需要强调的是,SCSI协议是一种系统接口,能够实现设备与PC或者其他系统的连接,并且采用并行的方式实现多个数据线的数据传输。目前,SCSI本身已经得到了很大的拓展,使得其应用范围可以不是单纯的并行接口,而是可以指相关技术和标准的宽泛概念。

发起一次SCSI通信的设备称为发起者,而为请求进行服务的SCSI设备称为目标。如果发起者是主机,那么发起者会释放通信连接并继续处理其他事件,而目标则执行接收到的命令。主机将等待来自于存储设备的中断信号以完成一次传输事务。SCSI通信的部件包括发起者标识(initiator iD),目标标识(target iD)和逻辑单元号(logic unit numbers, LUNs)。其中,发起者标识指对发起者的唯一标号,也可以用作初始地址;目标标识指目标的唯一标号,用于与发起者进行交换命令和状态的地址信息;逻辑单元号说明在某个目标中的特定逻辑单元,逻辑单元可以不只是单个磁盘。

发起者标识,即初始的发起者ID号,一般用作从存储设备反馈的响应信号。目标标识,用于特定存储设备,即在诸如磁盘、磁带和光盘中设定的接口地址。逻辑单元号,反映了由目标看到的设备真实地址。

下面我们总结SCSI的特点,以及IDE/ATA协议与SCSI协议的比较(见表1.1和表1.2)。

表1.1 SCSI协议的特点

表1.2 IDE/ATA与SCSI的比较

具有外部存储的主机通常是大型的企业服务器。在这类主机中,大多数部件在主机内部,而线缆和磁盘则在主机外部。构成的基本部件则与具有内部存储的主机相同,但是在连接磁盘存储时,主机往往会采用光纤电缆的方式进行高速传输。

3.光纤通道

光纤通道是一种用于网络存储环境中将服务器共享于存储设备间的高速互联方式。光纤通道部件一般包括HBA接口、集线器、交换机、电缆和磁盘。

光纤通道一般指用于通道各个元素间通信的软件协议和硬件部件。在两种最常见的外部存储设备接口中(SCSI和光纤通道), SCSI通常用于主机内部的存储器件,而光纤通道一般不会用于内部。SCSI的特点是:有限距离、有限设备数目、单一发起者和单端口驱动。光纤通道的特点是:远距离,在SAN网络中可以有较多互联设备,支持多个发起者,双端口驱动。

当计算环境需要高速的互联性时,通常都会使用复杂的设备将主机和存储设备连接起来。

在网络存储环境中物理上互联的部件包括:

• 主机总线适配器(host bus adapter, HBA),用于连接主机和存储设备。

• 光缆:光纤电缆可以增加传输距离,减少电缆体积。

• 交换机:用于控制多个互联设备进行数据传输。

• 导向器:具有高可用性部件的复杂交换机。

• 桥:连接不同网络部分的设备。