数据中心网络的救命稻草-OOB

数据中心网络是由成千上万台设备连接在一起组成的。这么多设备不出一点问题是不可能的，所以数据中心都有自己的网络运维团队。不过，很多时候出现网络故障时，很多设备无法再通过网络登陆，导致短时间不能定位问题并恢复业务，尤其是无人值守的数据中心，运维的人员根本来不及去现场，这样网络中断时间可能达到小时级。现在，网络中断时长已经成为考核数据中心的一项必选指标，很多数据中心都要求全年无故障，如此除了建设完备的冗余网络之外，还要解决故障时设备无法及时登录的问题。

其实，任何一台网络设备都设计了管理口、串口、调试口，这些端口独立于转发层面，即使设备网络转发出了问题，这些端口依然可以正常使用，这样就能在网络故障时检查和分析设备的运行状态，快速定位问题。除非设备的CPU出了故障，或者软件彻底跑飞，这样影响到了管理口，这时也只能将设备隔离或重启设备来快速恢复业务。这些端口只能到机房接上线缆才能登录，也是非常不方便的，对于大型数据中心，机房分散到全国各地，网络工程师还没有机房多，出了问题根本无法保证人在现场，所以很多人倾向于建设一套OOB网络。

OOB(Out Of Band)带外网络，是指通过一套与任何数据转发网络都没有关联的独立网络，网络控制中心可以连接到各个服务器或任意一台网络设备的管理口或串口，当数据转发网络出问题时，OOB网络不受影响，这样就可以通过OOB访问设备。有了OOB，无疑是给数据中心网络一根救命稻草，在关键时候能起到大作用。OOB的作用不止于此，将设备管理和数据转发层面分开，正是未来网络发展的大趋势，OOB也属于这方面的技术之一;OOB仅跑管理流量，SNMP、监控等网络功能都可以放到OOB，避免受转发数据的影响;OOB网络架构简单、流量也不大，不涉及复杂网络协议，只要二三层互通即可，所以几乎不出问题，可靠性非常高，OOB不像数据网络要经常因为业务调整网络，OOB只要保证互通即可，OOB可以采用一些价格便宜的低性能网络设备实现互联即可，建设和维护OOB网络，对于数据中心成本并不高，很多数据中心都开始建设OOB。OOB将所有网络设备集中管理起来，方便研究整个网络的设备运行行为，找出不足，可提升网络运维的效率。

不过，任何事情都有两面性，建设OOB这件事儿也有弊端。首先，OOB也是通过互联网连接起来，如果是运营商网络故障，比如传输设备中断，OOB和数据网络都中断，有OOB也无济于事，OOB的控制范围都是在数据中心内部网络，外部就不受其控制了;其次，网络设备的管理口、串口、调试口作用是不同的，OOB一般连接的是管理口，不可能将三个口都串接到OOB中，这样一旦需要串口(完全独立与数据转发和管理口，几乎不受网络影响，除非串口本身坏了或者设备CPU故障)和调试口(虽然几乎很少用到，主要是设备开发过程中使用，但偶尔定位问题使用也非常有效)，还是需要人员到机房现场才行;第三，OOB的网络一旦出问题，只能现场处理，无法再通过网络去访问OOB网络中的设备，所以OOB网络的运维成本不低，尽量要确保OOB不出问题，网络越简单越好;第四，OOB网络里都是设备的管理数据，重要性很高，尤其是各个设备的登陆密码和方式，一旦被人窃取，相当于将整个网络向人敞开，非常不安全。OOB网络中设备大多防攻击能力很差，若部署额外的安全设备，OOB的投入成本就会变高，这时就要在安全性和可靠性方面上做取舍。总之，OOB也不能解决一切网络问题，认为有了OOB，网络运行就能高枕无忧了是不对的，OOB会带来新的问题，只不过从可靠性角度来看，OOB的确会增强网络安全性，尤其是在网络故障时，OOB能起到大作用，是网络的救命稻草。

在数据中心网络中建设OOB已经成为必然趋势，尤其是高标准数据中心，必须有这样一套OOB网络。OOB的网络设备可以选择转发性能低一些，网络协议单一的傻瓜式设备就可以，尽可能地降低建设成本。同样OOB也要求是7*24小时的高可用性，随时随地可以访问OOB，试想如果突然无法通过OOB访问数据中心的网络设备，就好比人突然失明一样，虽然还没遇到危险，但也是一件非常恐怖的事儿，所以一定要确保OOB网络的可靠性。将OOB的网络建设简单就是这样的目的，减少故障风险点。

数据中心有了这根救命稻草OOB，也不要掉以轻心，OOB并不能解决任何网络问题。当某些设备CPU挂死，两个转发通道都不能转发时，有OOB也无济于事，如果这时OOB还能连接串口，又给了处理故障的一线机会，通过串口采集必要信息，并对设备执行重启去恢复业务，如果连串口都不响应了，恐怕只能对设备进行现场断电、设备下线处理了。所以，OOB只不过是在网络中断时，提供了这样一个快捷通道，给了数据中心网络一根救命稻草，至于关键时候能否救命就要看造化了。这就好比是公路上的应急通道，公路上出现了交通事故，交警可以通过应急通道快速抵达事故现场，紧急车辆也可以通过应急通道通过。不过，我们更多时候看到的是，一旦出了交通事故，应急车道就会被普通车辆占满，导致事故处理时间更久。数据中心的OOB网络一定要完全独立于数据转发网络，两者完全独立，互不影响，这样才能避免出现象公路上应急通道被堵的情况。

一文了解固态硬盘（SSD）

固态硬盘（SSD）, Solid State Disk，固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，主要由两部分组成。（注：本文主要介绍主流产品）

1 主控单元：用来操作存储单元，并驻留一定固件，带有操作系统的部件。

2 存储阵列：闪存芯片（NAND FLASH）,单片FLASH芯片有64GB/128GB/256GB，也有少量SSD存储芯片采用DRAM芯片制作而成。

SSD的外观可以被制作成多种模样，例如：笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、U盘等样式。这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境，适合于个人用户使用。

固态硬盘接口:

常见的固态硬盘内部如下图所示，主要由控制器、电源、NAND FLASH阵列、对外连接器组成。

对外接口主要保护以下：IDE、SATA、mSATA、PCIE、M.2，IDE接口的固态硬盘由于采用并行数据传输方式，数据线较多，且常常速度较慢已经逐步被淘汰；SATA2.0支持最大速率3Gbps，这类接口由于最大支持的速度有限，无法完全发挥出SSD的性能。SATA3.0支持最大速率达6Gbps（Gb per second）。而其最大的优点就是目前市场非常成熟，市场上很多硬盘都是这种接口。

m SATA 也称为mini-SATA，适用于对尺寸要求较高的场合，m SATA是一种小型化的SATA接口。

PCI-E接口也是最初出现的一种接口，开始主要应用于企业级SSD及其他数据传输场合，随着SATA接口速率瓶颈的到来， PCI-E硬盘才逐步开始在高端消费市场流行起来。

M.2原名是NGFF接口，这是为超级笔记本量身定做的新一代接口标准，主要用来取代mSATA接口。不管是从非常小巧的规格尺寸上讲，还是说从传输性能上讲，这种接口要比mSATA接口好很多。M.2可以同时支持SATA和PCIE接口，如今的M.2接口可支持PCI-E 3.0 x4通道，理论带宽达到了32Gbps，且该接口支持新的NVME标准，进一步提升了固态硬盘的数据传输性能。

NAND FLASH是如何存储信息的？

固态硬盘通常包含多片FLASH芯片，每一片FLASH内部可分为多个Plane，每个Plane又可分为多个Block。 通常使用的是2D的NAND FLASH,目前最新研制的3D NAND FLASH已经面试，采用立体堆叠的方式可以使得单片NAND FLASH的容量大大提升。

Block就是我们通常说的块，对某个块进行数据读写的操作。而每个Block上，又可分为多个Page，绝大多数的固态硬盘的单个Page由4Kb的数据区+128b的OOB组成。

OOB（out of band，带外数据）在 NAND Flash 中是附加数据空间，用于存放额外的 ECC 纠错码和元数据。

在数据读写的过程中，Page是最小单位，即写数据和删除数据时只能对整个Page进行操作。所以Nand Flash在硬件设计时候，对于每一片（Plane），都有一个对应的区域专门用于存放缓存数据，将要写入到物理存储单元中去的或者刚从存储单元中读取出来的数据放入这个数据缓存区，本质上就是一个缓存buffer，也叫做page register 。固态电子盘在读写数据时的数据流向如下。

存储颗粒是什么？

存储颗粒是存储数据的最小单元，目前主要有三种：SLC、MLC和TLC。

颗粒都是有寿命的，即固态硬盘是有寿命的，在达到固态硬盘寿命以后，FLASH 内部的坏块数量将以指数形式上升，很快使得硬盘不能使用。而直接影响寿命的因素就是存储颗粒的重复擦写次数。

其中SLC为30000~100000次；MLC为：3000~5000次；TLC为：500~1000次。市面上主流固态硬盘均为TLC 颗粒，容量大，价格低。在可靠性要求较高的场合可使用MLC颗粒，SLC通常应用于国防军工等高可靠性场合，通常单片64GB的SLC颗粒的FLASH价格可达几千元。

计算机中所有的信息都会回归到0和1上，因此只要能用来区分0和1的物体都可以用来记录数据，例如原来用绳子打结来计数的方式。

写入数据时，在CONTROL施加电压，电子由SOURCE流经DRAIN时就会有部分电子跃迁至FLOATING层。

擦除时，在底下的半导体施加电压，即可释放掉悬浮层中的电子，在没有外来电场的作用下，悬浮层中的电子由于上下两个SiO2层的作用使其无法逃离，电荷/数据可以保存十多年之久。

这种单个颗粒仅有高或者低两种状态的颗粒就是SLC的工作模式，由于在不断擦写的过程中，电子需要不断的穿越中间的SiO2衬底，会逐渐破坏其隔离电子通过的性能，直到颗粒彻底损坏。

SLC单个颗粒有两种电平，可以保存1bit数据，MLC可以保存2bit数据，TLC可以保存3bit数据，QLC可以保存4bit的数据，但是由于其寿命仅有一百余次，目前市面上很少见到这种产品出现。

固态硬盘的寿命保护机制：擦写次数不够，容量来凑。

1容量冗余操作:为什么我们买的512GB的硬盘到手只有四百多GB，除了部分用来存放SSD本身的固件外，还有一大部分用来备用，当某个Page颗粒坏掉以后，将其标记为不可用以后，用备用的区域来替代。

2 写数据均衡操作：你重复的写4KB数据到一块TLC颗粒的固态硬盘中1000次，盘会坏掉吗？答案当然是否定的，控制器会自动分配操作FLASH单元的物理地址，会尽量避免长时间对同一个BLOCK进行重复读写，以免影响寿命。

还有很多其他的保护操作，欢迎大家留言一起交流、讨论

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