CN102457540A - 低成本nas一体化设备带宽倍增方法 - Google Patents

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CN102457540A CN2010105171304A CN201010517130A CN102457540A CN 102457540 A CN102457540 A CN 102457540A CN 2010105171304 A CN2010105171304 A CN 2010105171304A CN 201010517130 A CN201010517130 A CN 201010517130A CN 102457540 A CN102457540 A CN 102457540A
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李程
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Abstract

一种低成本NAS一体化设备带宽倍增的方法LACP。通过链路聚合技术，即将多条物理链路绑定成一条逻辑链路使用的链路聚合技术，这时网络通信由聚合到逻辑链路中的所有物理链路共同承担，使得NAS服务器的网络访问带宽得到成倍提升。克服了现行数据传输技术中由于传输速率不匹配而导致数据传输效率下降的瓶颈问题。

Description

低成本NAS一体化设备带宽倍增方法
技术领域
本技术涉及到一种对现有NAS一体化设备的网络传输数据通道传输速率的一种倍增方法。
背景技术
随着数据业务量的增长和对服务质量要求的提高，高可用性(HighAvailability)日益成为高性能网络最重要的特征之一。具有高可用性的网络***一方面需要尽量减少硬件或软件故障，另一方面必须对重要资源作相应备份。一旦检测到故障即将出现，***能迅速将受影响的任务转移到备份资源上以继续提供服务。传输链路的备份是提高网络***可用性的重要方法。目前的技术中，以生成树协议(STP)和链路聚合(LinkAggregation)技术应用最为广泛。
在局域网应用中，由于数据通信量的快速增长，千兆位带宽对于交换机之间或交换机到高需求服务之间往往不够用，于是出现了将多条物理链路当作一条逻辑链路使用的链路聚合技术，这时网络通信由聚合到逻辑链路中的所有物理链路共同承担。
而随着市场经济建设和文化事业的快速发展，公司业务量的增大导致需要处理的数据不断增多。对庞大数据进行存储、管理、调阅的要求越来越高，已成为不可忽视的问题。公司各部门有大量历史数据如财务数据、资产数据、客户资料等一旦丢失就会造成灾难性后果。许多公司都把它们备份到本机硬盘上，但这样的数据安全性不高。如果备份到MO盘或光盘上，容量和检索则成为了新的问题，除了不利于管理外，还增加了存储成本。NAS作为一种可以实现数据自动备份和恢复，操作***固化，有着很高安全性，且能够跨平台处理的网络存储设备，越来越受到中小型企业的青睐。
NAS的全称为Network-Attached Storage，人们通常称之为“网络附加存储”或“网络存储设备”。它是一种向用户提供文件级服务的专用数据存储设备，直接连到网络上，不再挂接服务器后端，避免给服务器增加I/O负载。NAS从结构上可以分解为存储设备、网络部分、控制器部分三部分，而存储设备可以是磁盘、磁带或者是RAID磁盘阵列。
RAID(Redundant Array of Independent Disks)磁盘阵列，其特色是可由多个硬盘组成容量巨大的存储空间，扩大了存储能力；可以让多个硬盘同时分摊数据的读或写操作，整体速度有成倍地提高；容错阵列中如有单块硬盘出错，不会影响到整体的继续使用，高级RAID控制器还具有拯救功能。RAID按照方式，可分为RAID0，RAID1，RAID5，RAID6以及混合的RAID0+1，RAID5+1等等。
网络存储设备NAS会使用到RAID这样的数据冗余技术来提供对数据的保护，同时提高数据访问的通道带宽。以单个SATA 2.0接口的硬盘为例，SATA 2.0接口的数据传输率最高理论值为250Mb，实际由于硬盘的原因，传输率可能在30Mb-200Mb不等。组建成RAID以后，由于是多块硬盘根据不同算法来提供数据访问，数据可能会经历分布式的读取或者写入，由此速度会得到成倍的提升。5块SATA 2.0的机械硬盘，使用RAID5技术组建的磁盘阵列，数据的读速度会上升到接近500Mb。
而如果使用该磁盘阵列的网络存储设备使用千兆以太网接入网络提供服务，其典型的访问速度将会受到千兆以太网的影响而局限在110Mb左右，最高不会超过120Mb。这样就大大降低了数据传输的效率。
发明内容
为了克服现行数据传输技术中由于传输速率不匹配而导致数据传输效率下降的瓶颈问题，我们在这里提供了一种在NAS一体化设备上通过对以太网络链路层聚合的方法，来倍增传输速率。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：链路层的聚合技术(Link aggregation)，又叫端口聚合(port aggregation)，实际上是一种网络负载均衡技术(load balancing)，其原理是通过对两个或者两个以上的以太网端口进行捆绑(bonding)，整合为一个更高带宽的逻辑链路(logical link)。
MAC(Media Access Control)地址，或称为MAC位址、硬件位址，用来定义网络设备的位置。在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层资料链结层则负责MAC位址。
无论是局域网，还是广域网中的计算机之间的通信，最终都表现为将数据包从某种形式的链路上的初始节点出发，从一个节点传递到另一个节点，最终传送到目的节点。数据包在这些节点之间的移动都是由ARP(Address Resolution Protocol：地址解析协议)负责将IP地址映射到MAC地址上来完成的。
以太网链路层，是指OSI网络模型中的Link Layer，是在TCP/IP层之下，基于MAC地址使用ARP方式进行寻址的层。它的特点是由于数据仅仅需要进行第二层的封装，所以可以实现很高的处理速度，常见的高速交换机很多就是链路层的交换机。
如果每条以太网的物理链路都是用独立的物理路径，那么这样的聚合链路将会实现冗余(redundancy)以及容错(fault tolerance)的功能。通过链路聚合技术，可以在单一速率的以太网络内部，将多条链路合成一条虚拟的逻辑链路，构成一个成倍速率的主干(backbone)链接。多条物理链路之间可以互相冗余备份，其中任意一条链路断开不会影响其他链路的数据传输。这样就增大了链路带宽，从而解决了因带宽引起的网络瓶颈问题。在这里，我们通过联合2-4或者8个千兆以太网口来实现一个虚拟的逻辑链路主干，该主干的访问速度即可得到相应的倍增，以此来匹配对应的RAID技术组建起来的可能高达500Mb或者更高的数据访问速度。
本发明的有益效果是：可以通过链路聚合技术有效提高网络传输带宽，增强NAS设备的使用效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本方法的实现过程***流图
图1中各部件分别为1.bond0虚拟网口  2.四个NAS千兆以太网端口eht0～3，其速率都为110Mb  3.聚合后的端口，其速率提升近4倍。
具体实施方式
我们主要通过运行linux***2.6内核的一台通用NAS服务器来实现和验证我们的方法
首先我们将5块SATA 2.0接口的硬盘做成RAID5的阵列，在linux***中可以对磁盘阵列的读写速度进行测试，测试结果表明，5块硬盘阵列的读速度接近500Mb。
NAS服务器有两个千兆以太网端口，我们通过PCI Express接口，再加上一块带有两个接口的PCI Express千兆以太网卡，这样***中将存在4个千兆以太网口。
对单个千兆以太网口的数据访问测试表明，平均传输数据的速度可以达到110Mb左右，这个速率几乎是千兆以太网口的速率极限，远低于RAID5组成的磁盘阵列读速度。
首先我们通过modinfo bonding命令，来确认***的kernel支持bonding。
  [rootlocalhost～]# modinfo bonding
  filename：
/lib/modules/2.6.31.5-127.fc12.x86_64/kernel/drivers/net/bondi
ng/bonding.ko
  author：          Thomas Davis，tadavislbl.gov and many others
description：       Ethernet Channel Bonding Driver，v3.5.0
version：           3.5.0
license：           GPL
……
然后新增一个虚拟网口：
  [rootlocalhost                     ～]#                vim
/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-bond0
DEVICE＝bond0
BOOTPROTO＝none
ONBOOT＝yes
TYPE＝Ethernet
NETMASK＝255.255.255.0
IPADDR＝192.168.100.100
USERCTL＝no
IPV6INIT＝no
PEERDNS＝yes
修改原来以太网口的参数：
  [rootlocalhost            network-scripts]#            vim
/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE＝eth0
ONBOOT＝yes
BOOTPROTO＝none
MASTER＝bond0
SLAVE＝yes
  [rootlocalhost             network-scripts]#           vim
/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
DEVICE＝eth1
ONBOOT＝yes
BOOTPROTO＝none
MASTER＝bond0
SLAVE＝yes
  [rootlocalhost             network-scripts]#           vim
/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth2
DEVICE＝eth2
ONBOOT＝yes
BOOTPROTO＝none
MASTER＝bond0
SLAVE＝yes
  [rootlocalhost             network-scripts]#           vim
/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth3
DEVICE＝eth3
ONBOOT＝yes
BOOTPROTO＝none
MASTER＝bond0
SLAVE＝yes
编辑/etc/moprobe.conf文件，加入如下一行内容，以使***在启动时加载bonding模块，对外虚拟网络接口设备为bond0
[rootlocalhost ～]#vim/etc/moprobe.conf
加入下列行
alias bond0bon ding
options bond0 miimon＝100 mode＝0
参数说明：
miimon表示检测物理链路状态的周期，单位是ms；
mode表示工作模式，值的范围是0-6，即7种工作模式。
编辑/etc/rc.d/rc.local
[rootlocalhost～]# vim/etc/rc.d/rc.local
加入
ifenslave bond0 eth0 eth1 eth2 eth3
这样可以在***完成init时，完成虚拟的网卡bonding。
然后使用命令：
[rootlocalhost  ～]#/etc/init.d/network restart
成功后，用ifconfig即可看到完成bonding后的网卡。
bond0 Link encap：Ethernet HWaddr 00:0C:29:81:B3:EB
                                                     inet
addr：192.168.100.100  Bcast：192.168.100.255  Mask：255.255.255.0
UP BROADCAST RUNNING MASTERMULTICAST MTU：1500 Metric：1
RX packets：356 errors：0 dropped：0 overruns：0 frame.：0
TX packets：263 errors：0 dropped：0 overruns：0 carrier：0
collisions：0 txqueuelen：0
RX bytes：54679(53.3KiB)  TX bytes：38498(37.5KiB)
并且其它几个物理网卡，eth0，eth1，eth2，eth3的HWaddr均为00:0C:29:81:B3:EB
至此完成对链路层的网卡bonding。
然后，我们利用4台工作站模拟对NAS服务器的并发访问。通过测试，发现每台工作站都能够达到很理想的访问速度。NAS服务器的网络访问带宽成功得到了接近4倍的提升。

Claims (4)

1.一种NAS一体化设备实现链路层聚合的方法，其特征是：1)在NAS一体化设备上使用链路聚合技术2)链路层聚合技术包括一下步骤：a)确定链路聚合端口组包括n个以太网物理端口b)将n个物理端口在链路层捆绑聚合成一个虚拟的网口c)网络通信由聚合到该虚拟网口中的所有物理链路共同承担。
2.根据权利要求1所述，本发明是将链路聚合技术与NAS一体化设备相结合。NAS一体化设备包括了NAS网络存储设备以及具有其他功能的服务器。
3.根据权利要求2所述的链路层聚合技术，其特征在于，所述步骤在a)之后，还包括：
a1)n大于等于2。
a2)聚合端口组中的端口是使用以太网进行数据访问的低带宽端口。
a3)每一条以太网物理链路都使用各自独立的物理路径。具有一定的冗余以及容错功能。
4.根据权利要求2所述的链路层聚合技术，其特征在于，所述步骤c)之后，还包括：
c1)网络传输的数据流被动态地分布到加入链路的各个端口，在聚合链路中自动完成了对实际流经某个端口的数据管理。
c2)如果链路使用的多个端口中有一个出现故障，网络传输的数据流可以动态快速地转向链路中其他工作正常的端口进行传输。
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