專利名稱：低成本nas一體化設(shè)備帶寬倍增方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)涉及到一種對(duì)現(xiàn)有NAS —體化設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)通道傳輸速率的一種倍增方法。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)和對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求的提高，高可用性(HighAvailability) 日益成為高性能網(wǎng)絡(luò)最重要的特征之一。具有高可用性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一方面需要盡量減少硬件或軟件故障，另一方面必須對(duì)重要資源作相應(yīng)備份。一旦檢測(cè)到故障即將出現(xiàn)，系統(tǒng)能迅速將受影響的任務(wù)轉(zhuǎn)移到備份資源上以繼續(xù)提供服務(wù)。傳輸鏈路的備份是提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可用性的重要方法。目前的技術(shù)中，以生成樹(shù)協(xié)議(STP)和鏈路聚合(LinkAggregation)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。在局域網(wǎng)應(yīng)用中，由于數(shù)據(jù)通信量的快速增長(zhǎng)，千兆位帶寬對(duì)于交換機(jī)之間或交換機(jī)到高需求服務(wù)之間往往不夠用，于是出現(xiàn)了將多條物理鏈路當(dāng)作一條邏輯鏈路使用的鏈路聚合技術(shù)，這時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信由聚合到邏輯鏈路中的所有物理鏈路共同承擔(dān)。而隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和文化事業(yè)的快速發(fā)展，公司業(yè)務(wù)量的增大導(dǎo)致需要處理的數(shù)據(jù)不斷增多。對(duì)龐大數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理、調(diào)閱的要求越來(lái)越高，已成為不可忽視的問(wèn)題。 公司各部門有大量歷史數(shù)據(jù)如財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、資產(chǎn)數(shù)據(jù)、客戶資料等一旦丟失就會(huì)造成災(zāi)難性后果。許多公司都把它們備份到本機(jī)硬盤上，但這樣的數(shù)據(jù)安全性不高。如果備份到MO盤或光盤上，容量和檢索則成為了新的問(wèn)題，除了不利于管理外，還增加了存儲(chǔ)成本。NAS作為一種可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)備份和恢復(fù)，操作系統(tǒng)固化，有著很高安全性，且能夠跨平臺(tái)處理的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備，越來(lái)越受到中小型企業(yè)的青睞。NAS的全稱為Network-Attached Storage,人們通常稱之為“網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)”或 “網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備”。它是一種向用戶提供文件級(jí)服務(wù)的專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，直接連到網(wǎng)絡(luò)上， 不再掛接服務(wù)器后端，避免給服務(wù)器增加I/O負(fù)載。NAS從結(jié)構(gòu)上可以分解為存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)部分、控制器部分三部分，而存儲(chǔ)設(shè)備可以是磁盤、磁帶或者是RAID磁盤陣列。RAID (Redundant Array of Independent Disks)磁盤陣列,其特色是可由多個(gè)硬盤組成容量巨大的存儲(chǔ)空間，擴(kuò)大了存儲(chǔ)能力；可以讓多個(gè)硬盤同時(shí)分?jǐn)倲?shù)據(jù)的讀或?qū)懖僮?，整體速度有成倍地提高；容錯(cuò)陣列中如有單塊硬盤出錯(cuò)，不會(huì)影響到整體的繼續(xù)使用， 高級(jí)RAID控制器還具有拯救功能。RAID按照方式，可分為RAIDO，RAIDl，RAID5, RAID6以及混合的RAID0+1，RAID5+1等等。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備NAS會(huì)使用到RAID這樣的數(shù)據(jù)冗余技術(shù)來(lái)提供對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)，同時(shí)提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)的通道帶寬。以單個(gè)SATA 2.0接口的硬盤為例，SATA 2.0接口的數(shù)據(jù)傳輸率最高理論值為250Mb，實(shí)際由于硬盤的原因，傳輸率可能在30Mb-200Mb不等。組建成RAID 以后，由于是多塊硬盤根據(jù)不同算法來(lái)提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)，數(shù)據(jù)可能會(huì)經(jīng)歷分布式的讀取或者寫入，由此速度會(huì)得到成倍的提升。5塊SATA 2. 0的機(jī)械硬盤，使用RAID5技術(shù)組建的磁盤陣列，數(shù)據(jù)的讀速度會(huì)上升到接近500Mb。
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而如果使用該磁盤陣列的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備使用千兆以太網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)，其典型的訪問(wèn)速度將會(huì)受到千兆以太網(wǎng)的影響而局限在IlOMb左右，最高不會(huì)超過(guò)120Mb。這樣就大大降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?br>
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)中由于傳輸速率不匹配而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸效率下降的瓶頸問(wèn)題，我們?cè)谶@里提供了一種在NAS—體化設(shè)備上通過(guò)對(duì)以太網(wǎng)絡(luò)鏈路層聚合的方法，來(lái)倍增傳輸速率。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是鏈路層的聚合技術(shù)(Link aggregation)，又叫端口聚合(port aggregation)，實(shí)際上是一種網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡技術(shù)(load balancing)，其原理是通過(guò)對(duì)兩個(gè)或者兩個(gè)以上的以太網(wǎng)端口進(jìn)行捆綁(bonding)，整合為一個(gè)更高帶寬的邏輯鏈路(logical link)。MAC (Media Access Control)地址，或稱為MAC位址、硬件位址，用來(lái)定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的位置。在OSI模型中，第三層網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)IP地址，第二層資料鏈結(jié)層則負(fù)責(zé)MAC位址。無(wú)論是局域網(wǎng)，還是廣域網(wǎng)中的計(jì)算機(jī)之間的通信，最終都表現(xiàn)為將數(shù)據(jù)包從某種形式的鏈路上的初始節(jié)點(diǎn)出發(fā)，從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，最終傳送到目的節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)包在這些節(jié)點(diǎn)之間的移動(dòng)都是由ARP (Address Resolution Protocol 地址解析協(xié)議) 負(fù)責(zé)將IP地址映射到MAC地址上來(lái)完成的。以太網(wǎng)鏈路層，是指OSI網(wǎng)絡(luò)模型中的Link Layer，是在TCP/IP層之下，基于MAC 地址使用ARP方式進(jìn)行尋址的層。它的特點(diǎn)是由于數(shù)據(jù)僅僅需要進(jìn)行第二層的封裝，所以可以實(shí)現(xiàn)很高的處理速度，常見(jiàn)的高速交換機(jī)很多就是鏈路層的交換機(jī)。如果每條以太網(wǎng)的物理鏈路都是用獨(dú)立的物理路徑，那么這樣的聚合鏈路將會(huì)實(shí)現(xiàn)冗余(redundancy)以及容錯(cuò)(fault tolerance)的功能。通過(guò)鏈路聚合技術(shù)，可以在單一速率的以太網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，將多條鏈路合成一條虛擬的邏輯鏈路，構(gòu)成一個(gè)成倍速率的主干 (backbone)鏈接。多條物理鏈路之間可以互相冗余備份，其中任意一條鏈路斷開(kāi)不會(huì)影響其他鏈路的數(shù)據(jù)傳輸。這樣就增大了鏈路帶寬，從而解決了因帶寬引起的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問(wèn)題。在這里，我們通過(guò)聯(lián)合2-4或者8個(gè)千兆以太網(wǎng)口來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬的邏輯鏈路主干，該主干的訪問(wèn)速度即可得到相應(yīng)的倍增，以此來(lái)匹配對(duì)應(yīng)的RAID技術(shù)組建起來(lái)的可能高達(dá)500Mb或者更高的數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度。本發(fā)明的有益效果是可以通過(guò)鏈路聚合技術(shù)有效提高網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，增強(qiáng)NAS 設(shè)備的使用效率。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程系統(tǒng)流1中各部件分別為l.bondO虛擬網(wǎng)口 2.四個(gè)NAS千兆以太網(wǎng)端口 ehtO 3， 其速率都為IlOMb 3.聚合后的端口，其速率提升近4倍。
具體實(shí)施方式
我們主要通過(guò)運(yùn)行Iinux系統(tǒng)2. 6內(nèi)核的一臺(tái)通用NAS服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證我們的方法首先我們將5塊SATA 2. 0接口的硬盤做成RAID5的陣列，在Iinux系統(tǒng)中可以對(duì)磁盤陣列的讀寫速度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，5塊硬盤陣列的讀速度接近500Mb。NAS服務(wù)器有兩個(gè)千兆以太網(wǎng)端口，我們通過(guò)PCI Express接口，再加上一塊帶有兩個(gè)接口的PCI Express千兆以太網(wǎng)卡，這樣系統(tǒng)中將存在4個(gè)千兆以太網(wǎng)口。對(duì)單個(gè)千兆以太網(wǎng)口的數(shù)據(jù)訪問(wèn)測(cè)試表明，平均傳輸數(shù)據(jù)的速度可以達(dá)到IlOMb 左右，這個(gè)速率幾乎是千兆以太網(wǎng)口的速率極限，遠(yuǎn)低于RAID5組成的磁盤陣列讀速度。首先我們通過(guò)modinfo bonding命令，來(lái)確認(rèn)系統(tǒng)的kernel支持bonding。[rootOlocalhost ]# modinfo bondingfilename /lib/modules/2. 6. 31. 5—127. fcl2. x86_64/kernel/drivers/net/bonding/bonding. koauthor Thomas Davis, tadavisilbl. gov and many othersdescription Ethernet Channel Bonding Driver, v3.5. 0version 3. 5. 0license GPL......然后新增一個(gè)虛擬網(wǎng)口[rootilocalhost ]#vim/etc/sysconf ig/network-scripts/ifcfg-bondODEVICE = bondOB00TPR0T0 = none0NB00T = yesTYPE = EthernetNETMASK = 255. 255. 255. 0IPADDR = 192. 168. 100. 100USERCTL = noIPV6INIT = noPEERDNS = yes修改原來(lái)以太網(wǎng)口的參數(shù)[rootilocalhostnetwork-scripts]#vim/etc/sysconf ig/network-scripts/ifcfg-ethODEVICE = ethO0NB00T = yesB00TPR0T0 = noneMASTER = bondOSLAVE = yes[rootilocalhostnetwork-scripts]#vim
/etc/sysconf ig/network-scripts/ifcfg-ethlDEVICE = ethlONBOOT = yesB00TPR0T0 = noneMASTER = bondOSLAVE = yes[root@localhostnetwork-scripts]#vim/etc/sysconf ig/network-scripts/ifcfg-eth2DEVICE = eth2ONBOOT = yesB00TPR0T0 = noneMASTER = bondOSLAVE = yes[root@localhostnetwork-scripts]#vim/etc/sysconf ig/network-scripts/ifcfg-eth3DEVICE = eth3ONBOOT = yesB00TPR0T0 = noneMASTER = bondOSLAVE = yes編輯/etc/moprobe. conf文件，加入如下一行內(nèi)容，以使系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)加載 bonding模塊，對(duì)外虛擬網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備為bondO[rootilocalhost ]#vim/etc/moprobe. conf加入下列行alias bondObon dingoptions bondO miimon = 100 mode = 0參數(shù)說(shuō)明miimon表示檢測(cè)物理鏈路狀態(tài)的周期，單位是ms ；mode表示工作模式，值的范圍是0_6，即7種工作模式。編輯 /etc/rc. d/rc. local[rootOlocalhost ]# vim/etc/rc. d/rc. local加入ifenslave bondO ethO ethl eth2 eth3這樣可以在系統(tǒng)完成init時(shí)，完成虛擬的網(wǎng)卡bonding。然后使用命令[rootilocalhost ]#/etc/init. d/network restart成功后，用ifconfig即可看到完成bonding后的網(wǎng)卡。bondO Link encap =Ethernet HWaddr 000C:2981:B3:EBinet
addr :192. 168. 100. 100 Beast :192. 168. 100. 255 Mask :255. 255. 255. 0UP BROADCAST RUNNING MASTERMULTICAST MTU :1500 Metric :1RX packets :356 errors :0 dropped :0 overruns :0 frame. :0TX packets :263 errors :0 dropped :0 overruns :0 carrier :0collisions :0 txqueuelen :0RX bytes :54679(53. 3KiB) TX bytes :38498(37. 5KiB)并且其它幾個(gè)物理網(wǎng)卡，ethO, ethl，eth2，eth3的HWaddr均為 00:0C:29:81:B3:EB至此完成對(duì)鏈路層的網(wǎng)卡bonding。然后，我們利用4臺(tái)工作站模擬對(duì)NAS服務(wù)器的并發(fā)訪問(wèn)。通過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)每臺(tái)工作站都能夠達(dá)到很理想的訪問(wèn)速度。NAS服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)帶寬成功得到了接近4倍的提升。
權(quán)利要求
1.一種NAS—體化設(shè)備實(shí)現(xiàn)鏈路層聚合的方法，其特征是1)在NAS —體化設(shè)備上使用鏈路聚合技術(shù)2、鏈路層聚合技術(shù)包括一下步驟a)確定鏈路聚合端口組包括η個(gè)以太網(wǎng)物理端口 b)將η個(gè)物理端口在鏈路層捆綁聚合成一個(gè)虛擬的網(wǎng)口 c)網(wǎng)絡(luò)通信由聚合到該虛擬網(wǎng)口中的所有物理鏈路共同承擔(dān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，本發(fā)明是將鏈路聚合技術(shù)與NAS—體化設(shè)備相結(jié)合。NAS— 體化設(shè)備包括了 NAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備以及具有其他功能的服務(wù)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鏈路層聚合技術(shù)，其特征在于，所述步驟在a)之后，還包括 al)n大于等于2。a2)聚合端口組中的端口是使用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)的低帶寬端口。a3)每一條以太網(wǎng)物理鏈路都使用各自獨(dú)立的物理路徑。具有一定的冗余以及容錯(cuò)功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鏈路層聚合技術(shù)，其特征在于，所述步驟c)之后，還包括 cl)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流被動(dòng)態(tài)地分布到加入鏈路的各個(gè)端口，在聚合鏈路中自動(dòng)完成了對(duì)實(shí)際流經(jīng)某個(gè)端口的數(shù)據(jù)管理。c2)如果鏈路使用的多個(gè)端口中有一個(gè)出現(xiàn)故障，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流可以動(dòng)態(tài)快速地轉(zhuǎn)向鏈路中其他工作正常的端口進(jìn)行傳輸。
全文摘要
一種低成本NAS一體化設(shè)備帶寬倍增的方法LACP。通過(guò)鏈路聚合技術(shù)，即將多條物理鏈路綁定成一條邏輯鏈路使用的鏈路聚合技術(shù)，這時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信由聚合到邏輯鏈路中的所有物理鏈路共同承擔(dān)，使得NAS服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)帶寬得到成倍提升。克服了現(xiàn)行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)中由于傳輸速率不匹配而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸效率下降的瓶頸問(wèn)題。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102457540SQ201010517130
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者李程 申請(qǐng)人:成都諦聽(tīng)科技有限公司