在最新的Windows Server 2016中，微软引入了Storage Spaces Direct（S2D）技术，进入到了软件定义存储 （Software Defined Storage）这个市场。本文将与您探讨，在这场IT基础架构变革潮流当中的网络协议，是如何配合并促进超融合架构的。
为什么需要软件定义存储SDS?
简要来说，“软件定义存储＝便宜版本的SAN”。特别是对要求高性能的应用，不再以几百万投资为起点，无需购买专用的网络设备，依靠X86服务器、SSD和以太网卡，就可以达到以前高端FC存储才具备的几百万IOPS性能，而投资可能仅仅是传统方案的一半甚至是1/3！
既然SDS这么好，为什么10年前、5年前不搞，而是现在？
因为软件要依托于硬件设备的能力，之前没有落地的原因在于-那时没有高速的网络端口（10G/25G），也没有具备高速IO能力的存储设备（SSD和NVMe）。类似于虚拟化技术早在小型机时代就有了，但是硬件跟不上，一样发展不起来。
Storage Space Direct (S2D）简介
S2D具有2种部署模式：
超融合式（Hyper-Converged）
分解部署（Disaggregated）
超融合式选项直接将运算（Compute）、存储（Storage）、网络（Network）等资源全部整合，在服务器集群之上运行Hyper-V 虚拟机或 SQL Server 数据库，VM虚拟机数据将直接存储在CSV集群共享卷中。 此部署选项无需配置文件服务访问和权限， 此架构适合中小型企业部署。架构请参照下图：
此模式也被称作聚合式（Converged），是将运算（Compute）、存储（Storage）、网络（Network）等资源分开进行管理，Hyper-V与S2D运行在不同的故障转移集群中， 通过 SMB3 文件共享协议提供网络连接存储。
此模式适用于中大型企业部署，架构图如下：
可以看出，两种部署模式都依赖于SMB 网络协议，在S2D的部署文档是这样描述的：“Storage Spaces Direct uses SMB3, including SMB Direct and SMB Multichannel, over Ethernet to communicate between servers. We strongly recommend 10+GbE with remote-direct memory access (RDMA), either iWARP or RoCE.”。
可见SMB协议在S2D方案当中的重要性。里面提到的2个特性具体是什么含义呢？我们接下来一起分析一下SMB协议。
为什么使用SMB协议?
SMB协议是Windows平台标准文件共享协议，*BSD/Linux平台通过samba服务来支持。 SMB 协议可在其 TCP/IP 协议或其他网络协议上使用，使用 SMB 协议时，应用程序（或应用程序用户）可访问远程服务器上的文件或其他资源。这让应用程序可以读取、创建和更新远程服务器上的文件。
Windows不同操作系统版本以及Linux上面的samba服务支持不同SMB协议版本，具体参考如下信息：
CIFS：SMB的前身版本，用于微软1996年发布的windows NT4.0操作系统。
SMB 1.0：2000年发布，该版本使用于Windows 2000、Windows XP、Windows Server 2003和Windows Server2003 R2。
SMB 2.0：2008年发布，该版本用于Windows Vista （SP1或之后版本）和Windows Server 2008。Samba 3.6
SMB 2.1：2010年发布，Windows 7，Windows Server 2008R2。Samba 3.6
SMB 3.0：2012年发布，Windows 8，Windows Server 2012。Samba 4.1 and 4.2
SMB 3.0.2：2013年发布，Windows 8.1，Windows Server 2012R2。
SMB 3.1.1：2015年发布，Windows 10，Windows Server 2016。Samba 4.3
目前主流的操作系统，无论Windows还是Linux使用的SMB协议都使用3.0以上版本。相比单纯为了文件共享的2.x版本，SMB3 在企业级应用和业务持续性等几个方面有明显的提升和改进（如下图）：
我们着重介绍以下几个特性：
SMB3 提供故障切换功能，在一台服务器故障情况下，客户端请求可以平滑切换到另外一台服务器，可以实现0宕机时间，切换过程少量IO会有延迟。该功能要求SMB服务器是一个集群，客户端和服务器都采用SMB3，共享开启“Continuous Availability”。
切换过程示意图如下：
此功能有以下几点优势：
1. 对于业务应用完全透明，上层应用的请求平滑切换，没有宕机时间。
2. 可以最大化业务连续性，保障业务不受硬件或软件节点的故障影响。
3. 可以对文件或目录弹性操作。
SMB3可以将多台服务器组建成为一个集群，集群里面所有节点对客户端提供文件共享服务。在集群节点故障情况下，共享可以实现0宕机时间；并且可以快速故障恢复。
架构示意图如下：
SMB3 的分布式支持非常适合虚拟化以及数据库类的应用，通过扩充集群节点可以快速增加系统的带宽和容量。同时它具有以下优点：
1. Active/Active 的文件共享。
2. 系统冗余度很好，达到0宕机时间。
3. 快速故障恢复能力。
如果SMB客户端或者服务器拥有两块以上网卡，SMB多通道技术可以自动侦测使用多有网络路径，可以合并使用所有网卡带宽，SMB多通道技术可以结合多核处理器的RSS技术（RSS可以将IO请求均衡分发到不同处理器核心）。SMB多通道可以利用操作系统现有网卡绑定技术，但是并不依赖。如果一种一块网卡故障，SMB多通道可以自动进行故障切换。
SMB多通道架构请参见下图：
1. 无需操作系统的teaming/bonding等技术，自动发现并利用网络路径。
2. 可以结合RSS特性，将IO请求均衡分发到不同处理器核心。
3. 可以利用RDMA特性，而无需RoCE over LAG 等网络协议参与。
4. 自动地故障链路切换、自动恢复以及自动配置。
5. 相比点到点的链路聚合技术，SMB多通道提供端到端的故障检测能力。
SMB3支持RDMA功能，客户端和服务器都需要使用支持RDMA功能适配器（iWARP、RoCE、InfiniBand）。RDMA功能可以使SMB共享可以获得更高带宽和更低延迟，有效降低CPU I/O处理负载。结合SMB多通道功能可以实现负载均衡和故障切换功能。
RDMA架构示意图如下：
无论是iWARP 还是RoCE，RoCEv2 等RDMA协议，都可以采用并实施SMB Direct。它具有如下优势：
1. 对比TCP/IP明显的性能提升
2. 最小的CPU资源消耗
3. 极低的传输时延
4. 支持iWARP，RoCE，RoCEv2 以太网RDMA协议和InfiniBand 协议。
但是不同于之前的软件特性提升，SMBDirect 需要以下硬件支持：
1. RNIC网卡，即支持RDMA协议的以太网卡
2. 10G以上的以太网接口（10/25/40/50/100GbE）
以上四个SMB3协议的特性，是S2D方案的网络基石，在网络层面保障了软件定义存储的可靠性、高性能以及弹性扩展的需求。
总结
在互联网、云计算环境下，随着企业业务的不断拓展，软件定义存储SDS架构也可以快速提升企业基础架构敏捷性，帮助企业维持较高的服务水平，同时满足关键型业务的需要。
Cavium的FastLinQ 45000 系列网卡（100G/40G/25G）和FastLinQ 41000 系列（25G/10G）网卡已经通过了Microsoft SDDC-Premium certified 认证，可以支持Windows Server 2016的所有特性，包括S2D方案。
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