Úložné systémy Intel. Rozdíly mezi SAN a NAS

V otázce znalostí se SAN potýkal s jistou překážkou – nedostupností základních informací. Pokud jde o studium dalších infrastrukturních produktů, se kterými jsem se setkal, je to jednodušší - existují zkušební verze softwaru, možnost instalace na virtuální stroj, existuje mnoho tutoriálů, referenčních příruček a blogů na toto téma . Cisco a Microsoft nýtují velmi kvalitní učebnice, MS si navíc minimálně učesal svou pekelnou půdní skříň zvanou technet, dokonce existuje kniha o VMware, byť jedna (a dokonce v ruštině!), A s účinností asi 100 %. Již na samotných úložných zařízeních můžete získat informace ze seminářů, marketingových akcí a dokumentů, fór. Na síti úložiště - ticho a mrtví s copánky, aby stáli. Našel jsem dvě učebnice, ale neodvážil jsem se je koupit. Tohle je "Storage Area Networks For Dummies" (taková věc, jak se ukázalo. Velmi zvídaví anglicky mluvící "dummies" v cílová skupina, zjevně) za jeden a půl tisíce rublů a "Sítě distribuovaných úložišť: Architektura, protokoly a správa" - vypadá spolehlivěji, ale 8200r se slevou 40%. Spolu s touto knihou Ozon doporučuje i The Art of Bricklaying.

Nevím, co poradit člověku, který se rozhodne od nuly studovat alespoň teorii organizace sítě pro ukládání dat. Jak ukázala praxe, i drahé kurzy mohou poskytnout nulový výkon. Lidé se ve vztahu k SAN dělí do tří kategorií: ti, kteří vůbec nevědí, co to je, kteří vědí, že takový fenomén prostě existuje, a ti, kteří se dívají na otázku „proč dvě nebo více továren na skladě sítě“ vypadají s takovým zmatením, jako by se jich někdo zeptal na něco ve smyslu „proč má čtverec čtyři rohy?“.

Pokusím se vyplnit mezeru, která mi chyběla – popsat základnu a popsat ji jednoduše. SAN budu uvažovat na základě jeho klasického protokolu – Fibre Channel.

Takže SAN- Storage Area Network- navrženo pro konsolidaci diskového prostoru serverů na speciálně vyhrazených diskových úložištích. Pointa je, že tímto způsobem jsou diskové prostředky využívány ekonomičtěji, snáze se spravují a mají vyšší výkon. A ve věcech virtualizace a clusteringu, kdy několik serverů potřebuje přístup k jednomu diskovému prostoru, jsou takové systémy ukládání dat obecně nepostradatelné.

Mimochodem, kvůli překladu do ruštiny je v terminologii SAN jistý zmatek. SAN v překladu znamená „síť úložiště dat“ – DWH. Klasicky však v Rusku znamená úložiště pojem „systém ukládání dat“, tedy jde o diskové pole ( Pole úložiště), který se zase skládá z řídicího bloku ( Úložný procesor, řadič úložiště) a police na disky ( Kryt disku). V původním Storage Array je však pouze část SAN, i když někdy nejvýznamnější. V Rusku se dostáváme k tomu, že úložný systém (systém ukládání dat) je součástí úložné sítě (síť ukládání dat). Proto se úložná zařízení obvykle nazývají úložné systémy a úložná síť se nazývá SAN (a zaměňuje se za „Sun“, ale to jsou maličkosti).

Komponenty a termíny

1. Uzly, uzly (uzly)

• Disková pole (systémy pro ukládání dat) - úložiště (cíle)
• Servery – spotřebitelé diskových prostředků (iniciátory).

2. Síťová infrastruktura

• Přepínače (a směrovače ve složitých a distribuovaných systémech)
• Kabely

Zvláštnosti

U SAN jsou klíčovými parametry nejen výkon, ale také spolehlivost. Koneckonců, pokud databázový server ztratí svou síť na několik sekund (nebo dokonce minut) - bude to nepříjemné, ale můžete to přežít. A pokud zároveň odpadne pevný disk se základnou nebo s OS, bude efekt mnohem vážnější. Proto jsou všechny komponenty SAN obvykle duplikovány – porty v úložných zařízeních a serverech, přepínače, propojení mezi přepínači a klíčová vlastnost SAN ve srovnání s LAN - duplikace na úrovni celé infrastruktury síťových zařízení - továren.

Továrna (tkanina- což je vlastně přeloženo z anglické látky, protože. termín symbolizuje provázané schéma pro připojení sítě a koncových zařízení, ale termín již byl zaveden) - sada přepínačů propojených mezipřepínacími spoji ( ISL - InterSwitch Link).

Vysoce dostupné sítě SAN nutně zahrnují dvě (a někdy i více) továren, protože samotná továrna je jediným bodem selhání. Ti, kteří někdy pozorovali důsledky zazvonění v síti nebo obratného pohybu klávesnice, který uvede přepínač na úrovni jádra nebo distribuce do kómatu neúspěšným firmwarem nebo příkazem, rozumí, o co jde.

Továrny mohou mít stejnou (zrcadlovou) topologii nebo se mohou lišit. Například jedna továrna se může skládat ze čtyř přepínačů a druhá z jednoho a k ní lze připojit pouze vysoce kritické uzly.

Topologie

Kaskáda- Spínače jsou zapojeny do série. Pokud jich je více než dva, pak je to nespolehlivé a neproduktivní.

Prsten- uzavřená kaskáda. Spolehlivější než jen kaskáda, i když při velkém počtu účastníků (více než 4) utrpí výkon. A jediné selhání ISL nebo jednoho z přepínačů promění obvod v kaskádu se všemi důsledky.

Pletivo). Se děje plné pletivo- když je každý spínač připojen ke každému. Vyznačuje se vysokou spolehlivostí, výkonem a cenou. Počet portů potřebných pro komunikaci typu tie-to-switch roste exponenciálně s každým novým přepínačem přidaným do obvodu. S určitou konfigurací prostě nebudou porty pro uzly – všichni budou obsazeni ISL. Částečná síťovina- jakákoli chaotická kombinace spínačů.

Střed/periferie (jádro/okraj)- blízký klasické topologii LAN, ale bez distribuční vrstvy. Není neobvyklé, že úložiště je připojeno k přepínačům Core a servery k Edge. Ačkoli lze pro úložiště přidělit další vrstvu (vrstvu) přepínačů Edge. Úložiště a servery lze také připojit ke stejnému přepínači, aby se zlepšil výkon a zkrátila se doba odezvy (toto se nazývá lokalizace). Tato topologie se vyznačuje dobrou škálovatelností a ovladatelností.

Zónování (zónování, zónování)

• vybrané páry jsou přidány do zón (zón) dříve vytvořených na přepínači;
• zóny jsou umístěny v zónových sadách (zone set, zone config) vytvořených na stejném místě;
• sady zón jsou aktivovány z výroby.

Na úvodní příspěvek na téma SAN to myslím stačí. Omlouvám se za pestré obrázky - v práci si to sami nakreslit nejde, ale doma není čas. Byl to nápad nakreslit na papír a vyfotit, ale rozhodl jsem se, že je to tak lepší.

Nakonec jako dovětek uvedu základní konstrukční pokyny pro tkaninu SAN.

• Navrhněte konstrukci tak, aby mezi dvěma koncovými zařízeními nebyly více než tři přepínače.
• Je žádoucí, aby továrna neobsahovala více než 31 spínačů.
• Vyplatí se nastavit ID domény ručně před přidáním nového přepínače do struktury - zlepšuje ovladatelnost a pomáhá vyhnout se problémům se stejným ID domény, například v případě opětovného připojení přepínače z jedné továrny do druhé.
• Mějte několik ekvivalentních cest mezi každým úložným zařízením a iniciátorem.
• V případě nejistých požadavků na výkon zvažte poměr Nx portů (pro koncová zařízení) k počtu ISL portů jako 6:1 (doporučení EMC) nebo 7:1 (doporučení Brocade). Tento poměr se nazývá nadměrné předplatné.
• Doporučení pro územní plánování:
  - používat informativní názvy zón a zón;
  - použijte zónování WWPN spíše než založené na portech (na základě adres zařízení, nikoli fyzických portů konkrétního přepínače);
  - každá zóna - jeden iniciátor;
  - vyčistit továrnu od "mrtvých" zón.
• Mějte rezervu volných portů a kabelů.
• Mějte rezervu vybavení (spínače). Na úrovni webu – povinné, případně na úrovni továrny.

V nejjednodušším případě se SAN skládá z úložných systémů, přepínačů a serverů propojených optickými komunikačními kanály. Kromě přímých diskových úložných systémů v SAN můžete připojit diskové knihovny, páskové knihovny (streamery), zařízení pro ukládání dat na optické disky (CD/DVD a další) atd.

Příklad vysoce dostupné infrastruktury, ve které jsou servery připojeny současně k místní síti (vlevo) a síti úložiště (vpravo). Takové schéma poskytuje přístup k datům umístěným na úložném systému v případě selhání jakéhokoli procesorového modulu, přepínače nebo přístupové cesty.

Použití SAN vám umožňuje poskytovat:

• centralizovaná správa zdrojů serverů a systémů pro ukládání dat;
• připojení nových diskových polí a serverů bez zastavení provozu celého úložného systému;
• používání dříve zakoupeného vybavení ve spojení s novými úložnými zařízeními;
• rychlý a spolehlivý přístup k datovým jednotkám umístěným ve velké vzdálenosti od serverů, * bez výrazných ztrát výkonu;
• zrychlení procesu zálohování a obnovy dat - BURA.

Příběh

Vývoj síťových technologií vedl ke vzniku dvou síťových řešení pro ukládání dat – úložné sítě Storage Area Network (SAN) pro výměnu dat na úrovni bloků podporované klientskými souborovými systémy a servery pro ukládání na úrovni souborů Network Attached Storage ( NAS). Pro odlišení tradičních úložných systémů od síťových úložných systémů bylo navrženo další retronymum – Direct Attached Storage (DAS).

DAS, SAN a NAS, které se postupně objevují na trhu, odrážejí vyvíjející se řetězce vztahů mezi aplikacemi, které používají data, a bajty na médiu obsahujícím tato data. Kdysi samy aplikační programy četly a zapisovaly bloky, poté se objevily ovladače jako součást operačního systému. V moderních DAS, SAN a NAS se řetězec skládá ze tří článků: prvním článkem je vytváření polí RAID, druhým je zpracování metadat, které umožňuje interpretaci binárních dat ve formě souborů a záznamů, a třetím jsou služby. pro poskytování dat do aplikace. Liší se v tom, kde a jak jsou tyto odkazy implementovány. V případě DAS je úložiště „holé“, poskytuje pouze možnost ukládat data a přistupovat k nim a vše ostatní se děje na straně serveru, počínaje rozhraními a ovladači. S příchodem SAN se poskytování RAID přesouvá na stranu úložiště, vše ostatní zůstává stejné jako v případě DAS. A NAS je jiný v tom, že metadata jsou také přenášena do úložného systému pro zajištění přístupu k souborům, zde klient potřebuje pouze podporovat datové služby.

Vznik SAN byl možný poté, co byl v roce 1988 vyvinut protokol Fibre Channel (FC) a schválen jako standard organizací ANSI v roce 1994. Termín Storage Area Network pochází z roku 1999. Postupem času FC ustoupil Ethernetu a rozšířily se sítě IP-SAN s připojením iSCSI.

Myšlenka síťového úložného serveru NAS patří Brianu Randallovi z Newcastle University a byla implementována do strojů na UNIX serveru v roce 1983. Tato myšlenka byla tak úspěšná, že ji převzala řada společností, včetně Novell, IBM a Sun, ale nakonec změnila lídry z NetApp a EMC.

V roce 1995 Garth Gibson vyvinul principy NAS a vytvořil systémy pro ukládání objektů (Object Storage, OBS). Začal rozdělením všech diskových operací do dvou skupin, z nichž jedna obsahovala častější operace, jako je čtení a zápis, a druhá, ty méně časté, jako jsou operace pojmenování. Pak kromě bloků a souborů navrhl další kontejner, nazval jej objekt.

OBS se vyznačuje novým typem rozhraní, nazývá se objekt. Služby datových klientů interagují s metadaty prostřednictvím Object API. Kromě ukládání dat podporuje OBS také RAID, ukládá metadata související s objekty a podporuje objektové rozhraní. DAS a SAN a NAS a OBS v průběhu času koexistují, ale každý typ přístupu je vhodnější pro určitý typ dat a aplikace.

Architektura SAN

Topologie sítě

SAN je vysokorychlostní datová síť navržená pro připojení serverů k úložným zařízením. Různé topologie SAN (bod-bod, arbitrážní smyčka a přepínání) nahrazují tradiční sběrnicová spojení server-to-storage a poskytují větší flexibilitu, výkon a spolehlivost než ony. Koncept SAN je založen na schopnosti připojit kterýkoli ze serverů k libovolnému úložnému zařízení pracujícímu na protokolu Fibre Channel. Princip interakce uzlů v SAN s point-to-point topologiemi nebo přepínáním je znázorněn na obrázcích. V Arbitrated Loop SAN dochází k přenosu dat postupně od uzlu k uzlu. Pro zahájení přenosu dat iniciuje vysílající zařízení arbitráž o oprávnění používat médium pro přenos dat (odtud název topologie - Arbitrated Loop).

Přepravním základem SAN je protokol Fibre Channel, který využívá připojení měděných i optických zařízení.

Komponenty SAN

Komponenty SAN se dělí na následující:

• Zdroje pro ukládání dat;
• Zařízení, která implementují infrastrukturu SAN;

Adaptéry hostitelské sběrnice

Prostředky úložiště

Mezi úložné prostředky patří disková pole, páskové jednotky a knihovny Fibre Channel. Prostředky úložiště realizují mnoho ze svých schopností pouze tehdy, jsou-li součástí sítě SAN. Tedy disková pole vyšší třída dokáže replikovat data mezi poli přes sítě Fibre Channel a páskové knihovny mohou přenášet data na pásku přímo z diskových polí s rozhraním Fibre Channel a obejít tak síť a servery (zálohování bez serveru). Nejoblíbenější na trhu jsou disková pole EMC, Hitachi, IBM, Compaq (rodinu Storage Works zdědil Compaq od Digital), z výrobců páskových knihoven jmenujme StorageTek, Quantum/ATL, IBM.

Zařízení implementující infrastrukturu SAN

Zařízení, která implementují infrastrukturu SAN, jsou přepínače Fibre Channel (přepínače Fibre Channel, FC přepínače), rozbočovače (rozbočovače Fibre Channel Hub) a směrovače (směrovače Fibre Channel-SCSI). Huby se používají ke kombinaci zařízení pracujících v arbitrážní smyčce Fibre Channel ( FC_AL). Použití rozbočovačů umožňuje připojovat a odpojovat zařízení ve smyčce bez zastavení systému, protože rozbočovač automaticky uzavře smyčku, pokud je zařízení odpojeno, a automaticky smyčku otevře, pokud je k němu připojeno nové zařízení. Každá změna smyčky je doprovázena složitým procesem její inicializace. Proces inicializace je vícestupňový a před jeho dokončením není možná výměna dat ve smyčce.

Všechny moderní sítě SAN jsou postaveny na přepínačích, které umožňují implementovat plnohodnotné síťové připojení. Switche umí nejen propojit Fibre Channel zařízení, ale také omezit přístup mezi zařízeními, pro které jsou na switchích vytvořeny tzv. zóny. Zařízení umístěná v různé zóny nemohou mezi sebou vyměňovat informace. Počet portů v SAN lze zvýšit vzájemným propojením přepínačů. Skupina připojených přepínačů se nazývá Fibre Channel Fabric nebo jednoduše Fabric. Spojení mezi přepínači se nazývá Interswitch Links nebo zkráceně ISL.

Software

Software umožňuje implementovat redundanci serverových přístupových cest k diskovým polím a dynamické rozložení zátěže mezi cestami. U většiny diskových polí existuje snadný způsob, jak určit, zda porty, ke kterým se přistupuje přes různé řadiče, jsou pro stejný disk. Specializovaný software udržuje tabulku přístupových cest k zařízením a zajišťuje deaktivaci cest v případě nehody, dynamické napojování nových cest a vyrovnávání zátěže mezi nimi. Výrobci diskových polí zpravidla nabízejí pro svá pole specializovaný software tohoto typu. VERITAS Software vyrábí software VERITAS Volume Manager, který je navržen tak, aby organizoval logické diskové svazky z fyzických disků a poskytoval redundantní přístupové cesty k diskům a také vyrovnávání zátěže mezi nimi pro většinu známých diskových polí.

Použité protokoly

SAN používají nízkoúrovňové protokoly:

• Fibre Channel Protocol (FCP), přenos SCSI přes Fibre Channel. V současnosti nejpoužívanější protokol. Dostupné v 1 Gbit/s, 2 Gbit/s, 4 Gbit/s, 8 Gbit/s a 10 Gbit/s.
• iSCSI, přenos SCSI přes TCP/IP.
• FCoE, přenos FCP/SCSI přes čistý Ethernet.
• FCIP a iFCP, zapouzdření a přenos FCP/SCSI v IP paketech.
• HyperSCSI, přenos SCSI přes Ethernet.
• Přenos FICON přes Fibre Channel (používaný pouze sálovými počítači).
• ATA over Ethernet, ATA over Ethernet transport.
• Přenos SCSI a/nebo TCP/IP přes InfiniBand (IB).

Výhody

• Vysoká spolehlivost přístupu k datům umístěným na externích úložných systémech. Nezávislost topologie SAN na použitých úložných systémech a serverech.
• Centralizované úložiště dat (spolehlivost, bezpečnost).
• Pohodlná centralizovaná správa přepínání a dat.
• Přenos intenzivního I/O provozu do samostatné sítě – odlehčení LAN.
• Vysoký výkon a nízká latence.
• Škálovatelnost a flexibilita logického návrhu SAN
• Geografické rozměry SAN jsou na rozdíl od klasického DAS prakticky neomezené.
• Schopnost rychle distribuovat zdroje mezi servery.
• Schopnost vytvářet clusterová řešení odolná proti chybám bez dalších nákladů na základě stávající sítě SAN.
• Jednoduché schéma zálohování – všechna data jsou na jednom místě.
• Dostupnost další funkce a služby (snímky, vzdálená replikace).
• Vysoká bezpečnost SAN.

Sdílení úložných systémů obvykle zjednodušuje správu a přidává značnou míru flexibility, protože kabely a disková pole není nutné fyzicky přenášet a přepojovat z jednoho serveru na druhý.

Další výhodou je možnost spouštění serverů přímo ze sítě úložiště. S touto konfigurací můžete rychle a snadno vyměnit vadné

Informace jsou hnacím motorem moderní podnikání a dovnitř v současné době je považován za nejcennější strategické aktivum každého podniku. Objem informací roste exponenciálně spolu s růstem globálních sítí a rozvojem elektronického obchodování. K úspěchu v informační válce je nutné mít efektivní strategii pro ukládání, ochranu, sdílení a správu nejdůležitějšího digitálního aktiva – dat – jak dnes, tak v blízké budoucnosti.

Správa úložných zdrojů se stala jedním z nejnaléhavějších strategických problémů, kterým čelí IT oddělení. Díky rozvoji internetu a zásadním změnám v obchodních procesech se informace hromadí nebývalou rychlostí. Kromě naléhavého problému zajištění možnosti neustálého navyšování objemu uchovávaných informací je na pořadu dne neméně akutní problém zajištění spolehlivosti ukládání dat a neustálého přístupu k informacím. Pro mnoho společností se vzorec přístupu k datům „24 hodin denně, 7 dní v týdnu, 365 dní v roce“ stal normou.

V případě jednoho PC lze úložný systém (DS) chápat jako samostatný interní HDD nebo diskový systém. Pokud jde o firemní úložiště, pak tradičně existují tři technologie pro organizaci ukládání dat: Direct Attached Storage (DAS), Network Attach Storage (NAS) a Storage Area Network (SAN).

Přímo připojené úložiště (DAS)

Technologie DAS znamená přímé (přímé) připojení disků k serveru nebo k PC. V tomto případě mohou být jednotky (pevné disky, páskové jednotky) interní i externí. Nejjednodušším případem systému DAS je jeden disk uvnitř serveru nebo PC. Organizaci vnitřního pole RAID disků pomocí řadiče RAID lze navíc připsat systému DAS.

Je třeba poznamenat, že i přes formální možnost použití termínu DAS systém ve vztahu k jednomu disku nebo internímu poli disků je DAS systém obvykle chápán jako externí rack nebo koš s disky, které lze považovat za samostatný úložný systém (obr. 1). Kromě nezávislého napájení mají takovéto samostatné systémy DAS specializovaný řadič (procesor) pro správu řady pohonů. Jako takový řadič může fungovat například řadič RAID se schopností organizovat pole RAID různých úrovní.

Rýže. 1. Příklad úložného systému DAS

Je třeba poznamenat, že samostatné systémy DAS mohou mít několik externích I/O kanálů, což umožňuje připojit několik počítačů k systému DAS současně.

Rozhraní SCSI (Small Computer Systems Interface), SATA, PATA a Fibre Channel rozhraní mohou fungovat jako rozhraní pro připojení jednotek (interních nebo externích) v technologii DAS. Zatímco rozhraní SCSI, SATA a PATA se používají především pro připojení interních disků, rozhraní Fibre Channel se používá výhradně pro připojení externích disků a samostatných úložných systémů. Výhodou rozhraní Fibre Channel v tomto případě je, že nemá striktní omezení délky a lze jej použít, když se server nebo PC připojené k systému DAS nachází ve značné vzdálenosti od něj. Rozhraní SCSI a SATA lze použít i pro připojení externích úložných systémů (v tomto případě se rozhraní SATA nazývá eSATA), tato rozhraní však mají striktní limit na maximální délku kabelu propojujícího systém DAS a připojený server.

Mezi hlavní výhody systémů DAS patří jejich nízká cena (ve srovnání s jinými úložnými řešeními), snadnost nasazení a správy a vysoká rychlost výměny dat mezi úložným systémem a serverem. Vlastně právě díky tomu si získaly velkou oblibu v segmentu malých kanceláří a malých firemních sítí. Současně mají systémy DAS také své nevýhody, mezi které patří špatná správa a neoptimální využití zdrojů, protože každý systém DAS vyžaduje připojení vyhrazeného serveru.

V současné době zaujímají systémy DAS přední místo, ale podíl prodeje těchto systémů neustále klesá. Systémy DAS jsou postupně nahrazovány oběma univerzální řešení s možností hladké migrace ze systémů NAS, případně systémů, které je poskytují jak jako DAS, tak NAS a dokonce i SAN systémy.

Systémy DAS by se měly používat, když je potřeba zvětšit diskový prostor jednoho serveru a přesunout jej mimo skříň. Systémy DAS lze také doporučit pro použití na pracovních stanicích, které zpracovávají velké množství informací (například nelineární stanice pro úpravu videa).

Network Attached Storage (NAS)

NAS systémy jsou síťové systémyúložná zařízení, která jsou přímo připojena k síti stejným způsobem jako síťový tiskový server, router nebo jakékoli jiné síťové zařízení (obr. 2). Systémy NAS jsou ve skutečnosti evolucí souborových serverů: rozdíl mezi tradičním souborovým serverem a zařízením NAS je přibližně stejný jako mezi hardwarovým síťový router a softwarový router založený na dedikovaném serveru.

Rýže. 2. Příklad úložiště NAS

Abychom pochopili rozdíl mezi tradičním souborovým serverem a zařízením NAS, připomeňme si, že tradiční souborový server je vyhrazený počítač (server), který ukládá informace dostupné uživatelům sítě. K ukládání informací lze využít pevné disky instalované na serveru (zpravidla se instalují do speciálních košů), nebo lze k serveru připojit zařízení DAS. Souborový server je spravován pomocí operačního systému serveru. Tento přístup k organizaci systémů pro ukládání dat je v současnosti nejoblíbenější v segmentu malých lokálních sítí, má však jednu významnou nevýhodu. Univerzální server (a to ani v kombinaci se serverovým operačním systémem) není v žádném případě levným řešením. Zároveň se většina funkcí, které jsou součástí univerzálního serveru, na souborovém serveru prostě nevyužívá. Cílem je vytvořit optimalizovaný souborový server s optimalizovaným operačním systémem a vyváženou konfigurací. Právě tento koncept zařízení NAS ztělesňuje. V tomto smyslu lze zařízení NAS chápat jako „tenké“ souborové servery nebo, jak se jim jinak říká, filery.

Kromě optimalizovaného OS, zbaveného všech funkcí, které nesouvisejí s údržbou souborového systému a implementací datového vstupu/výstupu, mají NAS systémy souborový systém s optimalizovaným přístupem. Systémy NAS jsou navrženy tak, že veškerý jejich výpočetní výkon je zaměřen pouze na obsluhu souborů a operace ukládání. Samotný operační systém je umístěn ve flash paměti a je předinstalován výrobcem. Přirozeně, s vydáním nové verze operačního systému, může uživatel nezávisle "reflash" systému. Připojení NAS zařízení k síti a jejich konfigurace je poměrně jednoduchý úkol a v silách každého zkušeného uživatele, o správci systému nemluvě.

Ve srovnání s tradičními souborovými servery jsou tedy zařízení NAS výkonnější a levnější. V současné době jsou téměř všechna zařízení NAS navržena pro použití v sítích Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) založených na protokolech TCP/IP. K zařízením NAS se přistupuje pomocí speciálních protokolů pro přístup k souborům. Nejběžnější protokoly pro přístup k souborům jsou CIFS, NFS a DAFS.

CIFS(Common Internet File System System) je protokol, který poskytuje přístup k souborům a službám na vzdálené počítače(včetně internetu) a využívá model interakce klient-server. Klient vytvoří na server požadavek na přístup k souboru, server požadavek klienta vyřídí a vrátí výsledek své práce. Protokol CIFS se tradičně používá v lokálních sítích Windows pro přístup k souborům. CIFS používá k přenosu dat protokol TCP/IP. CIFS poskytuje funkce podobné FTP (File Transfer Protocol), ale poskytuje klientům lepší kontrolu nad soubory. Umožňuje také sdílet přístup k souborům mezi klienty pomocí blokování a automatické obnovení komunikace se serverem v případě výpadku sítě.

Protokol NFS(Network File System - síťový souborový systém) se tradičně používá na platformách UNIX a je kombinací distribuovaného systému souborů a síťového protokolu. Protokol NFS také používá model interakce klient-server. Protokol NFS poskytuje přístup k souborům na vzdáleném hostiteli (serveru), jako by byly na počítači uživatele. NFS používá k přenosu dat protokol TCP/IP. Pro provoz NFS na internetu byl vyvinut protokol WebNFS.

Protokol DAFS(Direct Access File System) je standardní protokol pro přístup k souborům založený na NFS. Tento protokol umožňuje aplikačním úlohám přenášet data obcházením operačního systému a jeho vyrovnávací paměti přímo do transportních zdrojů. Protokol DAFS poskytuje vysokou rychlost vstupu/výstupu souborů a snižuje využití CPU výrazným snížením počtu operací a přerušení, které jsou obvykle vyžadovány při zpracování síťového protokolu.

DAFS byl navržen pro použití v clusterovém a serverovém prostředí pro databáze a různé internetové aplikace zaměřené na nepřetržitý provoz. Poskytuje nejnižší zpoždění přístupu ke sdíleným souborům a datům a také podporuje inteligentní mechanismy obnovy systému a dat, díky čemuž je atraktivní pro použití v systémech NAS.

Shrneme-li výše uvedené, systémy NAS lze doporučit pro použití v multiplatformních sítích, kdy je vyžadován síťový přístup k souborům a snadnost instalace administrace úložného systému je poměrně důležitým faktorem. Vynikajícím příkladem je použití NAS jako souborového serveru v kanceláři malé společnosti.

Storage Area Network (SAN)

SAN už vlastně není samostatné zařízení, ale komplexní řešení, což je specializovaná síťová infrastruktura pro ukládání dat. SAN jsou integrovány jako samostatné specializované podsítě do místní (LAN) nebo rozlehlé (WAN) sítě.

SAN v podstatě propojují jeden nebo více serverů (servery SAN) s jedním nebo více úložnými zařízeními. SAN umožňují jakémukoli serveru SAN přístup k jakémukoli úložnému zařízení bez načítání jiných serverů nebo místní sítě. Kromě toho je možné vyměňovat data mezi úložnými zařízeními bez účasti serverů. SAN ve skutečnosti umožňují velmi velkému počtu uživatelů ukládat informace na jednom místě (s rychlým centralizovaným přístupem) a sdílet je. Jako zařízení pro ukládání dat lze použít pole RAID, různé knihovny (páskové, magneto-optické atd.) a také systémy JBOD (disková pole nekombinovaná v RAID).

Úložné sítě se začaly intenzivně rozvíjet a byly zaváděny teprve od roku 1999.

Stejně jako místní sítě lze v zásadě budovat na základě různých technologií a standardů, lze různé technologie použít i pro budování sítí SAN. Ale stejně jako se standard Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) stal de facto standardem pro místní sítě, sítím pro ukládání dat dominuje standard Fibre Channel (FC). Ve skutečnosti to byl vývoj standardu Fibre Channel, který vedl k vývoji samotného konceptu SAN. Zároveň je třeba poznamenat, že stále oblíbenější je standard iSCSI, na jehož základě je možné budovat i sítě SAN.

Spolu s rychlostními parametry je jednou z nejdůležitějších výhod Fibre Channel schopnost pracovat na velké vzdálenosti a flexibilita topologie. Koncept budování topologie SAN je založen na stejných principech jako tradiční lokální sítě založené na přepínačích a směrovačích, což značně zjednodušuje konstrukci konfigurací víceuzlových systémů.

Stojí za zmínku, že pro přenos dat ve standardu Fibre Channel se používají jak optické, tak měděné kabely. Při organizaci přístupu ke geograficky vzdáleným uzlům na vzdálenost až 10 km se pro přenos signálu používá standardní vybavení a jednovidové optické vlákno. Pokud jsou uzly odděleny větší vzdáleností (desítky nebo i stovky kilometrů), používají se speciální zesilovače.

Topologie SAN

Typický Fibre Channel SAN je znázorněn na Obr. 3. Infrastruktura takové sítě SAN se skládá z úložných zařízení s rozhraním Fibre Channel, serverů SAN (servery připojené jak k místní síti přes rozhraní Ethernet, tak k síti SAN přes rozhraní Fibre Channel) a přepínací struktury (Fibre Channel Channel Fabric), který je postaven na bázi Fibre Channel přepínačů (hubů) a je optimalizován pro přenos velkých bloků dat. Přístup síťových uživatelů k úložnému systému je realizován prostřednictvím SAN serverů. Zároveň je důležité, aby byl provoz v rámci sítě SAN oddělen od IP provozu lokální sítě, což samozřejmě snižuje zatížení lokální sítě.

Rýže. 3. Typické uspořádání sítě SAN

Výhody sítí SAN

Mezi hlavní výhody technologie SAN patří vysoký výkon, vysoká úroveň dostupnosti dat, vynikající škálovatelnost a spravovatelnost, možnost konsolidace a virtualizace dat.

Neblokující Fibre Channel přepínače umožňují více serverům SAN přistupovat k úložným zařízením současně.

V architektuře SAN lze data snadno přesouvat z jednoho úložného zařízení na druhé, což umožňuje optimalizované umístění dat. To je zvláště důležité, když více serverů SAN potřebuje přistupovat ke stejným úložným zařízením současně. Pamatujte, že proces konsolidace dat není možný při použití jiných technologií, jako je použití zařízení DAS, tedy zařízení pro ukládání dat, která jsou přímo připojena k serverům.

Další možností, kterou architektura SAN poskytuje, je virtualizace dat. Myšlenkou virtualizace je poskytnout serverům SAN přístup nikoli k jednotlivým úložným zařízením, ale ke zdrojům. To znamená, že servery by neměly „vidět“ úložná zařízení, ale virtuální zdroje. Pro praktickou implementaci virtualizace lze mezi SAN servery a disková zařízení umístit speciální virtualizační zařízení, ke kterému jsou na jedné straně připojena úložná zařízení a SAN servery na straně druhé. Kromě toho mnoho moderních přepínačů FC a HBA poskytuje možnost implementovat virtualizaci.

Další možností poskytovanou sítěmi SAN je implementace vzdáleného zrcadlení dat. Princip zrcadlení dat spočívá v duplikování informací na více médiích, což zvyšuje spolehlivost ukládání informací. Příkladem nejjednoduššího případu zrcadlení dat je spojení dvou disků do pole RAID úrovně 1. V tomto případě jsou stejné informace zapsány současně na dva disky. Za nevýhodu této metody lze považovat lokální umístění obou disků (disky jsou zpravidla umístěny ve stejném koši nebo racku). SAN tento nedostatek překonávají a poskytují možnost zrcadlit nejen jednotlivá úložná zařízení, ale i samotné SAN, které mohou být od sebe vzdáleny stovky kilometrů.

Další výhodou sítí SAN je snadné zálohování dat. Tradiční technologie zálohování, která se používá ve většině místních sítí, vyžaduje vyhrazený záložní server a především vyhrazenou šířku pásma sítě. Ve skutečnosti se během operace zálohování samotný server stane nedostupným pro uživatele místní sítě. Ve skutečnosti se proto zálohy obvykle dělají v noci.

Architektura úložných sítí umožňuje zásadně odlišný přístup k problému zálohování. V tomto případě je záložní server nedílná součást SAN a připojuje se přímo k látce. V tomto případě je záložní provoz izolován od místního síťového provozu.

Zařízení používané k vytváření sítí SAN

Jak již bylo uvedeno, nasazení sítě SAN vyžaduje úložná zařízení, servery SAN a hardware pro vytvoření přepínací struktury. Spínací továrny zahrnují obě zařízení fyzická vrstva(kabely, konektory) a spojovací zařízení (Interconnect Device) pro vzájemné propojení uzlů SAN, překladová zařízení (Translation devices), která provádějí funkce převodu protokolu Fibre Channel (FC) na jiné protokoly, jako jsou SCSI, FCP, FICON, Ethernet, ATM nebo SONET.

Kabely

Jak již bylo uvedeno, standard Fibre Channel umožňuje použití optických i měděných kabelů pro připojení zařízení SAN. Ve stejné síti SAN lze zároveň používat různé typy kabelů. Měděný kabel se používá na krátké vzdálenosti (do 30 m), zatímco kabel z optických vláken se používá jak na krátké vzdálenosti, tak na vzdálenosti do 10 km nebo více. Používají se jak multimode (Multimode), tak singlemode (Singlemode) kabely z optických vláken, přičemž multimode se používá pro vzdálenosti do 2 km a singlemode pro delší vzdálenosti.

Soužití různé typy kabeláž v rámci stejné sítě SAN je zajištěna prostřednictvím speciálních převodníků rozhraní GBIC (Gigabit Interface Converter) a MIA (Media Interface Adapter).

Standard Fibre Channel má několik možných přenosových rychlostí (viz tabulka). Všimněte si, že v současné době jsou nejběžnější FC-zařízení standardů 1, 2 a 4 GFC. Tím je zajištěna zpětná kompatibilita zařízení s vyšší rychlostí s pomalejšími, to znamená, že zařízení 4 GFC automaticky podporuje připojení zařízení standardů 1 a 2 GFC.

Propojit zařízení

Standard Fibre Channel umožňuje použití různých síťových topologií pro připojení zařízení, jako je point-to-point, arbitrážní smyčka (FC-AL) a přepínaná síť.

Pro připojení serveru k vyhrazenému úložnému systému lze použít topologii point-to-point. V tomto případě nejsou data sdílena se servery SAN. Ve skutečnosti je tato topologie variantou systému DAS.

Chcete-li implementovat topologii typu point-to-point, potřebujete minimálně server vybavený adaptérem Fibre Channel a úložným zařízením s rozhraním Fibre Channel.

Topologie FC-AL (Shared Access Ring) označuje schéma připojení zařízení, ve kterém jsou data přenášena v logicky uzavřené smyčce. V kruhové topologii FC-AL mohou být spojovacími zařízeními rozbočovače nebo přepínače Fibre Channel. U rozbočovačů je šířka pásma sdílena mezi všemi uzly v kruhu, zatímco každý port přepínače poskytuje šířku pásma protokolu pro každý uzel.

Na Obr. Obrázek 4 ukazuje příklad rozděleného prstence Fibre Channel.

Rýže. Obrázek 4. Příklad rozděleného prstence Fibre Channel

Konfigurace je podobná fyzické hvězdě a logickému kruhu používanému v sítích LAN založených na technologii Token Ring. Stejně jako v sítích Token Ring také data putují po kruhu jedním směrem, ale na rozdíl od sítí Token Ring může zařízení vyžadovat právo na přenos dat, místo aby čekalo na prázdný token z přepínače. Kroužky Fibre Channel s rozděleným přístupem mohou adresovat až 127 portů, ale ukázalo se, že typické kruhy FC-AL obsahují až 12 uzlů a po připojení 50 uzlů se výkon drasticky snižuje.

Topologie architektury přepínané textilie (Fibre Channel Switched-fabric) je implementována na bázi Fibre Channel switchů. V této topologii má každé zařízení logické spojení s každým dalším zařízením. Přepínače Fibre Channel ve skutečnosti plní stejné funkce jako tradiční ethernetové přepínače. Připomeňme, že na rozdíl od rozbočovače je přepínač vysokorychlostní zařízení, které poskytuje spojení každý s každým a zvládá více současných připojení. Každý uzel připojený k přepínači Fibre Channel přijímá šířku pásma protokolu.

Ve většině případů se při vytváření velkých sítí SAN používá smíšená topologie. Na nižší úrovni jsou použity FC-AL kroužky, připojené k nízkovýkonným spínačům, které jsou zase připojeny k vysokorychlostním spínačům, které poskytují nejvyšší možnou propustnost. Několik spínačů lze vzájemně propojit.

Vysílací zařízení

Překladová zařízení jsou přechodná zařízení, která překládají protokol Fibre Channel do pokročilejších protokolů. vysoké úrovně. Tato zařízení jsou navržena k připojení sítě Fibre Channel k externí síti WAN, místní síti a také k připojení různých zařízení a serverů k síti Fibre Channel. Mezi taková zařízení patří mosty (Bridge), Fibre Channel adaptéry (Host Bus Adapters (HBA), routery, brány a síťové adaptéry Klasifikace broadcast zařízení je uvedena na obr. 5. Obr.

Rýže. 5. Klasifikace vysílacích zařízení

Nejběžnějšími překladovými zařízeními jsou HBA s PCI rozhraní, které se používají k připojení serverů k síti Fibre Channel. Síťové karty umožňují připojit sítě Ethernet LAN k sítím Fibre Channel. Mosty se používají k připojení úložných zařízení SCSI k síti Fibre Channel. Je třeba poznamenat, že v Nedávno prakticky všechna úložná zařízení, která jsou navržena pro použití v sítích SAN, mají vestavěný Fibre Channel a nevyžadují použití mostů.

Úložná zařízení

V sítích SAN lze jako úložná zařízení používat pevné disky i páskové jednotky. Z hlediska možných konfigurací aplikací pevné disky jako úložná zařízení v sítích SAN to mohou být buď pole JBOD nebo disková pole RAID. Tradičně jsou úložná zařízení pro sítě SAN k dispozici ve formě externích stojanů nebo košů vybavených specializovaným řadičem RAID. Na rozdíl od zařízení NAS nebo DAS jsou zařízení SAN vybavena rozhraním Fibre Channel. Samotné disky přitom mohou mít rozhraní SCSI i SATA.

Kromě úložných zařízení na bázi pevného disku jsou v sítích SAN široce používány páskové jednotky a knihovny.

SAN servery

Servery pro sítě SAN se od konvenčních aplikačních serverů liší pouze v jednom detailu. Kromě síťového adaptéru Ethernet jsou vybaveny adaptérem HBA pro serverovou interakci s místní sítí, což umožňuje jejich připojení k sítím SAN založeným na Fibre Channel.

Úložné systémy Intel

Dále se na několik podíváme konkrétní příkladyúložná zařízení od Intelu. Přísně vzato, Intel nevydává kompletní řešení a zabývá se vývojem a výrobou platforem a jednotlivých komponent pro budování systémů pro ukládání dat. Na základě těchto platforem vyrábí mnoho společností (včetně řady ruských společností) kompletní řešení a prodává je pod svými vlastními logy.

Intel Entry Storage System SS4000-E

Intel Entry Storage System SS4000-E je zařízení NAS navržené pro použití v malých a středních kancelářích a multiplatformních sítích LAN. Použitím systémy Intel Entry Storage System SS4000-E sdílený síťový přístup k datům získávají klienti na platformách Windows, Linux a Macintosh. Intel Entry Storage System SS4000-E navíc může fungovat jako server DHCP i jako klient DHCP.

Intel Entry Storage System SS4000-E je kompaktní externí rack s až čtyřmi SATA disky (obrázek 6). Maximální kapacita systému tedy může být 2 TB při použití 500 GB disků.

Rýže. 6. Intel Entry Storage System SS4000-E

Intel Entry Storage System SS4000-E používá řadič SATA RAID, který podporuje úrovně RAID 1, 5 a 10. tento systém je zařízení NAS, tedy ve skutečnosti „tenký“ souborový server, musí mít úložný systém specializovaný procesor, paměť a operační systém s firmwarem. Intel Entry Storage System SS4000-E využívá procesor Intel 80219 taktovaný na 400 MHz. Kromě toho je systém vybaven 256 MB paměti DDR a 32 MB flash paměti pro uložení operačního systému. Jako operační systém je použit Linux Kernel 2.6.

Pro připojení k místní síti má systém dvoukanálový gigabitový síťový řadič. Kromě toho jsou zde také dva USB porty.

Intel Entry Storage System SS4000-E podporuje protokoly CIFS/SMB, NFS a FTP a zařízení se konfiguruje pomocí webového rozhraní.

V případě použití klientů Windows (podporovány jsou operační systémy Windows 2000/2003/XP) je navíc možné implementovat zálohování a obnovu dat.

Úložný systém Intel SSR212CC

Intel Storage System SSR212CC je všestranná platforma pro budování úložných systémů DAS, NAS a SAN. Tento systém je umístěn v šasi 2 U a je navržen pro montáž do standardního 19palcového racku (obrázek 7). Intel Storage System SSR212CC podporuje až 12 SATA nebo SATA II disků (podpora hot-swap), což umožňuje rozšířit kapacitu systému až na 6 TB pomocí 550GB disků.

Rýže. 7. Intel Storage System SSR212CC

Intel Storage System SSR212CC je ve skutečnosti plnohodnotný vysoce výkonný server s operačními systémy Red Hat Enterprise Linux 4.0, Microsoft Windows Storage Server 2003, Microsoft Windows Server 2003 Enterprise Edition a Microsoft Windows Server 2003 Standard Edition.

Jádrem serveru je procesor Intel Xeon taktovaný na 2,8 GHz (FSB 800 MHz, velikost L2 cache 1 MB). Systém podporuje SDRAM DDR2-400 s ECC až do maximální kapacity 12 GB (pro instalaci paměťových modulů je k dispozici šest slotů DIMM).

Intel Storage System SSR212CC je vybaven dvěma RAID řadiči Intel RAID Controller SRCS28Xs s možností vytvářet RAID úrovně 0, 1, 10, 5 a 50. Intel Storage System SSR212CC má navíc dvoukanálový gigabitový síťový řadič.

Úložný systém Intel SSR212MA

Intel Storage System SSR212MA je úložná platforma založená na iSCSI pro sítě IP SAN.

Systém je umístěn v šasi 2 U a je navržen pro montáž do standardního 19palcového racku. Intel Storage System SSR212MA podporuje až 12 SATA disků (podpora hot-swap), což umožňuje rozšířit kapacitu systému až na 6 TB pomocí 550GB disků.

Hardwarová konfigurace Intel Storage System SSR212MA je stejná jako Intel Storage System SSR212CC.

V tomto článku se podíváme na to, jaké typy systémů pro ukládání dat (SDS) dnes existují, a budu také uvažovat o jedné z hlavních součástí systému pro ukládání dat - externích připojovacích rozhraních (protokoly interakce) a disky, které ukládají data. Provedeme také obecné srovnání jejich schopností. Jako příklady se budeme odvolávat na řadu úložiště poskytovanou společností DELL.

• Příklady modelů DAS
• Příklady modelů NAS
• Příklady modelů SAN
• Typy úložných médií a protokoly pro interakci s úložnými systémy Protokol Fibre Channel
• iSCSI protokol
• protokol SAS
• Porovnání protokolů připojení úložiště

Stávající typy úložných systémů

V případě samostatného PC lze úložný systém chápat jako interní pevný disk nebo diskový systém (RAID pole). Pokud mluvíme o systémech ukládání dat různých úrovní podniků, pak tradičně můžeme rozlišovat tři technologie pro organizaci ukládání dat:

• Direct Attached Storage (DAS);
• Network Attach Storage (NAS);
• Storage Area Network (SAN).

Zařízení DAS (Direct Attached Storage) – řešení, kdy je úložné zařízení připojeno přímo k serveru nebo k pracovní stanici, obvykle přes rozhraní využívající protokol SAS.

Zařízení NAS (Network Attached Storage) jsou samostatný integrovaný diskový systém, ve skutečnosti server NAS, s vlastním specializovaným operačním systémem a sadou užitečných funkcí pro rychlé spuštění systému a poskytování přístupu k souborům. Systém se připojuje ke klasické počítačové síti (LAN) a je rychlým řešením problému s nedostatkem volného místa na disku pro uživatele této sítě.

Storage Area Network (SAN) je vyhrazená síť, která propojuje úložná zařízení s aplikačními servery, obvykle na bázi protokolu Fibre Channel nebo iSCSI.

Nyní se podívejme blíže na každý z výše uvedených typů úložných systémů, jejich pozitivní a negativní stránky.

Architektura úložiště DAS (Direct Attached Storage).

Mezi hlavní výhody systémů DAS patří jejich nízká cena (ve srovnání s jinými úložnými řešeními), snadnost nasazení a správy a také vysoká rychlost výměny dat mezi úložným systémem a serverem. Vlastně právě díky tomu si získaly velkou oblibu v segmentu malých kanceláří, poskytovatelů hostingu a malých firemních sítí. Systémy DAS mají zároveň své nevýhody, mezi které patří neoptimální využití zdrojů, protože každý systém DAS vyžaduje připojení k dedikovanému serveru a umožňuje připojit maximálně 2 servery k diskové polici v určité konfiguraci.

Obrázek 1: Architektura přímo připojeného úložiště

• Poměrně nízké náklady. Tento úložný systém je ve skutečnosti diskový koš s pevnými disky umístěný mimo server.
• Snadné nasazení a správa.
• Vysoká rychlost výměny mezi diskovým polem a serverem.

• Nízká spolehlivost. Pokud selže server, ke kterému je toto úložiště připojeno, data již nejsou k dispozici.
• Nízký stupeň konsolidace zdrojů – celá kapacita je k dispozici pro jeden nebo dva servery, což snižuje flexibilitu distribuce dat mezi servery. V důsledku toho je nutné buď zakoupit více interních pevných disků, nebo instalovat další diskové police pro jiné serverové systémy.
• Nízké využití zdrojů.

Příklady modelů DAS

Z zajímavé modely zařízení tohoto typu, rád bych poznamenal řadu DELL PowerVault MD. Počáteční modely diskových polic (JBOD) MD1000 a MD1120 umožňují vytvářet disková pole až se 144 disky. Toho je dosaženo díky modularitě architektury, k poli lze připojit až 6 zařízení, tři diskové police na každý kanál řadiče RAID. Pokud například použijeme rack 6 DELL PowerVault MD1120, pak implementujeme pole s efektivním objemem dat 43,2 TB. Tyto diskové police jsou připojeny jedním nebo dvěma kabely SAS k externím portům řadičů RAID nainstalovaných na serverech Dell PowerEdge a jsou spravovány konzolou pro správu samotného serveru.

Pokud je potřeba vytvořit architekturu s vysokou odolností proti chybám, například pro vytvoření failover clusteru MS Exchange, SQL serveru, pak je pro tyto účely vhodný model DELL PowerVault MD3000. Tento systém již má aktivní logiku uvnitř diskové police a je zcela redundantní díky použití dvou vestavěných aktivních-aktivních řadičů RAID se zrcadlenou kopií dat uložených ve vyrovnávací paměti.

Oba ovladače paralelně zpracovávají datové toky čtení a zápisu a v případě poruchy jednoho z nich druhý „sbírá“ data ze sousedního ovladače. Současně lze připojení k nízkoúrovňovému řadiči SAS uvnitř 2 serverů (cluster) provést prostřednictvím několika rozhraní (MPIO), což poskytuje redundanci a vyrovnávání zátěže v prostředích Microsoft. PowerVault MD3000 může být vybaven 2 dalšími diskovými kryty MD1000 pro rozšíření úložného prostoru.

Architektura úložiště NAS (Network Attached Storage).

Technologie NAS (síťové úložné subsystémy, Network Attached Storage) se vyvíjí jako alternativa k univerzálním serverům, které nesou mnoho funkcí (tisk, aplikace, faxový server, E-mailem a tak dále.). Naproti tomu NAS zařízení plní pouze jednu funkci - souborový server. A snaží se to dělat co nejlépe, jednodušeji a rychleji.

NAS se připojuje k LAN a přistupuje k datům pro neomezený počet heterogenních klientů (klientů s různými operačními systémy) nebo jiných serverů. V současné době jsou téměř všechna zařízení NAS navržena pro použití v sítích Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) založených na protokolech TCP/IP. K zařízením NAS se přistupuje pomocí speciálních protokolů pro přístup k souborům. Nejběžnější protokoly pro přístup k souborům jsou CIFS, NFS a DAFS. Uvnitř těchto serverů jsou specializované operační systémy, jako je MS Windows Storage Server.

Obrázek 2: Architektura Network Attached Storage

• Levnost a dostupnost svých zdrojů nejen pro jednotlivé servery, ale i pro libovolné počítače v organizaci.
• Snadné sdílení zdrojů.
• Snadné nasazení a správa
• Všestrannost pro klienty (jeden server může obsluhovat klienty MS, Novell, Mac, Unix)

• Přístup k informacím prostřednictvím protokolů „síťového souborového systému“ je často pomalejší než přístup k nim jako k místnímu disku.
• Většina levných serverů NAS neumožňuje rychlý a flexibilní způsob přístupu k datům na úrovni bloků, které jsou vlastní systémům SAN, spíše než na úrovni souborů.

Příklady modelů NAS

Aktuálně klasická řešení NAS jako PowerVault NF100/500/600. Jedná se o systémy založené na masivních 1 a 2procesorových serverech Dell, optimalizovaných pro rychlé nasazení služeb NAS. Umožňují vám vytvářet úložiště souborů až do 10 TB (PowerVault NF600) pomocí disků SATA nebo SAS a připojením tohoto serveru k síti LAN. K dispozici jsou také výkonnější integrovaná řešení, jako je PowerVault NX1950, který pojme 15 disků a lze jej rozšířit na 45 pomocí dalších krytů disků MD1000.

Závažnou výhodou NX1950 je schopnost pracovat nejen se soubory, ale také s datovými bloky na úrovni protokolu iSCSI. Varianta NX1950 může také fungovat jako „brána“, která vám umožní organizovat přístup k souborům k úložným systémům založeným na iSCSI (s metodou blokového přístupu), například MD3000i nebo Dell EqualLogic PS5x00.

Architektura úložiště SAN (Storage Area Network).

Storage Area Network (SAN) je speciální dedikovaná síť, která kombinuje úložná zařízení s aplikačními servery, obvykle postavená na bázi protokolu Fibre Channel nebo na protokolu iSCSI, který nabývá na síle. Na rozdíl od NAS nemá SAN žádnou koncepci souborů: operace se soubory se provádějí na serverech připojených k SAN. SAN funguje na blocích jako velký pevný disk. Ideálním výsledkem SAN je schopnost libovolného serveru pod jakýmkoli operačním systémem přistupovat k jakékoli části diskové kapacity umístěné v SAN. Koncovými prvky SAN jsou aplikační servery a úložné systémy (disková pole, páskové knihovny atd.). A mezi nimi, jako v běžné síti, jsou adaptéry, přepínače, mosty, rozbočovače. iSCSI je „přátelštější“ protokol, protože je založen na použití standardní ethernetové infrastruktury − síťové karty, vypínače, kabely. Navíc jsou to úložné systémy založené na iSCSI, které jsou nejoblíbenější pro virtualizované servery, kvůli snadné konfiguraci protokolu.

Obrázek 3: Architektura Storage Area Network

• Vysoká spolehlivost přístupu k datům umístěným na externích úložných systémech. Nezávislost topologie SAN na použitých úložných systémech a serverech.
• Centralizované úložiště dat (spolehlivost, bezpečnost).
• Pohodlná centralizovaná správa přepínání a dat.
• Přesunout těžký I/O provoz do samostatné sítě a snížit zátěž LAN.
• Vysoký výkon a nízká latence.
• Škálovatelnost a flexibilita logického návrhu SAN
• Schopnost organizovat zálohování, vzdálené úložné systémy a vzdálený systém pro zálohování a obnovu dat.
• Schopnost vytvářet clusterová řešení odolná proti chybám bez dalších nákladů na základě stávající sítě SAN.

• vyšší náklady
• Obtížnost nastavení FC systémů
• Potřeba certifikace sítě FC (jednodušší protokol je iSCSI)
• Přísnější požadavky na kompatibilitu komponent a ověřování.
• Vzhledem k vysokým nákladům se výskyt „ostrovů“ DAS v sítích založených na protokolu FC, kdy jednotlivé servery s interním místo na disku, NAS servery nebo DAS systémy z důvodu nedostatku rozpočtu.

Příklady modelů SAN

Úložná pole SAN jsou nyní k dispozici na výběr, od modelů pro malé a střední podniky, jako je řada DELL AX, které umožňují úložnou kapacitu až 60 TB, až po velké podnikové řady DELL/EMC CX4, které umožňují vytvářet úložné kapacity až 950 TB. Existuje levné řešení založené na iSCSI, to je PowerVault MD3000i - řešení umožňuje připojit až 16-32 serverů, můžete nainstalovat až 15 disků do jednoho zařízení a rozšířit systém o dvě police MD1000, čímž vytvoříte 45 TB pole.

Zvláštní zmínku si zaslouží systém Dell EqualLogic založený na protokolu iSCSI. Je umístěn jako podnikové úložiště a je cenově srovnatelný se systémy Dell | EMC CX4 s modulární architekturou portů podporujících protokol FC i protokol iSCSI. Systém EqualLogic je peer-to-peer, což znamená, že každý diskový kryt má aktivní řadiče RAID. Když jsou tato pole připojena k jedinému systému, výkon diskové oblasti plynule roste s růstem dostupného úložného objemu. Systém umožňuje vytvářet pole větší než 500 TB, je nakonfigurován za méně než hodinu a nevyžaduje specializované znalosti administrátorů.

Licenční model se také liší od ostatních a již v počátečních nákladech zahrnuje všechny možné možnosti pro snímky, replikaci a integrační nástroje do různých operačních systémů a aplikací. Tento systém je považován za jeden z nejvíce rychlé systémy v testech pro MS Exchange (ESRP).

Typy paměťových médií a protokoly pro interakci s paměťovými systémy

Poté, co se rozhodnete pro typ úložného systému, který vám nejlépe vyhovuje pro řešení určitých úloh, musíte přistoupit k výběru protokolu pro interakci s úložným systémem a výběru jednotek, které budou v úložném systému použity.

V současné době se pro ukládání dat v diskových polích používají disky SATA a SAS. Které disky zvolit v úložišti závisí na konkrétních úkolech. Za zmínku stojí několik faktů.

Disky SATA II:

• Dostupné velikosti jednoho disku až 1 TB
• Rychlost otáček 5400-7200 ot./min
• Rychlost I/O až 2,4 Gbps
• MTBF je zhruba poloviční disky SAS.
• Méně spolehlivé než disky SAS.
• Asi 1,5krát levnější než disky SAS.

• Dostupné velikosti jednoho disku až 450 GB
• Rychlost otáčení 7200 (NearLine), 10000 a 15000 ot./min.
• Rychlost I/O až 3,0 Gbps
• MTBF je dvakrát vyšší než u disků SATA II.
• Spolehlivější pohony.

Důležité! V loňském roce byla zahájena průmyslová výroba pohonů SAS se sníženou rychlostí otáčení - 7200 ot./min (Near-line SAS Drive). To umožnilo zvýšit objem dat uložených na jednom disku až na 1 TB a snížit spotřebu energie disků s vysokorychlostním rozhraním. Navzdory skutečnosti, že náklady na takové disky jsou srovnatelné s náklady na disky SATA II a spolehlivost a rychlost I / O zůstaly na úrovni disků SAS.

Proto se v tuto chvíli vyplatí opravdu vážně přemýšlet o protokolech ukládání dat, které budete používat v rámci podnikového úložného systému.

Až donedávna byly hlavními protokoly pro interakci s úložnými systémy FibreChannel a SCSI. Protokoly iSCSI a SAS nyní nahradily SCSI a rozšířily jeho funkčnost. Níže se podíváme na výhody a nevýhody jednotlivých protokolů a odpovídajících rozhraní pro připojení k úložným systémům.

Protokol Fibre Channel

V praxi má moderní Fibre Channel (FC) rychlosti 2 Gbps (Fibre Channel 2 Gb), 4 Gbps (Fibre Channel 4 Gb) full-duplex nebo 8 Gbps, to znamená, že tato rychlost je poskytována současně v obou směrech. Při takových rychlostech jsou vzdálenosti připojení prakticky neomezené - od standardních 300 metrů na nejběžnějším zařízení až po několik stovek nebo dokonce tisíc kilometrů při použití specializovaného zařízení. Hlavní výhodou protokolu FC je schopnost kombinovat mnoho úložných zařízení a hostitelů (serverů) do jedné sítě úložiště (SAN). Zároveň odpadá problém distribuce zařízení na velké vzdálenosti, možnost agregace linek, možnost redundantních přístupových cest, „hot plugging“ zařízení a větší odolnost proti rušení. Ale na druhou stranu tu máme vysokou cenu a pracnost instalace a údržby diskových polí pomocí FC.

Důležité! Dva termíny Fibre Channel Protocol a Fibre Channel Fibre Interface by měly být odděleny. Protokol Fibre Channel může fungovat na různých rozhraních – jak na optickém připojení s různou modulací, tak na měděných spojích.

• Flexibilní škálovatelnost úložiště;
• Umožňuje vytvářet úložiště na značné vzdálenosti (ale menší než v případě protokolu iSCSI; kde teoreticky může jako nosič fungovat celá globální IP síť.
• Velké možnosti redundance.

• Vysoká cena řešení;
• Ještě vyšší náklady při organizaci FC sítě na stovky nebo tisíce kilometrů
• Vysoká pracnost při realizaci a údržbě.

Důležité! Kromě vzhledu protokolu FC8 Gb / s se očekává, že se objeví protokol FCoE (Fibre Channel over Ethernet), který umožní použití standardních IP sítí pro organizaci výměny paketů FC.

iSCSI protokol

Protokol iSCSI (SCSI Packet-to-IP Encapsulation) umožňuje uživatelům vytvářet sítě SAN založené na IP pomocí ethernetové infrastruktury a portů RJ45. Protokol iSCSI tedy poskytuje způsob, jak obejít omezení přímo připojených datových úložišť, včetně nemožnosti sdílet zdroje mezi servery a nemožnosti rozšířit kapacitu bez deaktivace aplikací. Přenosové rychlosti jsou v současnosti omezeny na 1 Gb/s (gigabitový Ethernet), ale daná rychlost je dostačující pro většinu podnikových aplikací velikosti středních podniků a to potvrzují četné testy. Zajímavé je, že není ani tak důležitá rychlost přenosu dat na jednom kanálu, ale spíše algoritmy řadičů RAID a možnost agregace polí do jednoho fondu, jako je tomu u DELL EqualLogic, kdy tři 1 Na každém poli jsou použity porty GB a mezi poli jedné skupiny je vyvažování zátěže.

Je důležité poznamenat, že iSCSI SAN poskytují stejné výhody jako Fibre Channel SAN, přičemž zjednodušují nasazení a správu sítě a výrazně snižují náklady na tento úložný systém.

• Vysoká dostupnost;
• Škálovatelnost;
• Snadná správa, protože je použita technologie Ethernet;
• Nižší náklady na organizaci SAN na protokolu iSCSI než na FC.
• Snadná integrace do virtualizačních prostředí

• Existují určitá omezení využití úložiště s protokolem iSCSI s některými aplikacemi OLAP a OLTP, se systémy v reálném čase a při práci s velkým počtem toků HD videa
• Úložiště na vysoké úrovni založené na iSCSI, stejně jako úložiště založené na FC, vyžadují použití rychlých a drahých ethernetových přepínačů
• Pro oddělení datových toků se doporučuje používat buď vyhrazené ethernetové přepínače nebo organizování VLAN. Návrh sítě je neméně důležitou součástí projektu než při vývoji FC sítí.

Důležité! Výrobci slibují v blízké budoucnosti zavést do sériové výroby SAN založené na protokolu iSCSI s podporou rychlosti přenosu dat až 10 Gb/s. Také v přípravě Finální verze Protokol DCE (Data Center Ethernet), masový výskyt zařízení podporujících protokol DCE se očekává do roku 2011.

Pokud jde o použitá rozhraní, protokol iSCSI používá 1Gb/C Ethernetová rozhraní, což mohou být jak měděná, tak i optická rozhraní při provozu na velké vzdálenosti.

protokol SAS

Protokol SAS a rozhraní stejného jména jsou navrženy tak, aby nahradily paralelní SCSI a dosáhly vyšší propustnosti než SCSI. Ačkoli SAS používá sériové rozhraní na rozdíl od paralelního rozhraní používaného tradičním SCSI, příkazy SCSI se stále používají k ovládání zařízení SAS. SAS umožňuje fyzické propojení mezi datovým polem a více servery na krátké vzdálenosti.

• Přijatelná cena;
• Snadná konsolidace úložiště – ačkoli úložiště založené na SAS se nemůže připojit k tolika hostitelům (serverům) jako konfigurace SAN, které používají protokoly FC nebo iSCSI, při použití protokolu SAS nejsou žádné potíže s dalším vybavením pro organizaci sdíleného úložiště pro několik serverů.
• Protokol SAS umožňuje větší propustnost se 4 linkovými připojeními v rámci jednoho rozhraní. Každý kanál poskytuje 3 Gb/s, což umožňuje dosáhnout rychlosti přenosu dat 12 Gb/s (v současnosti nejvyšší přenosová rychlost dat pro úložiště).

• Omezený dosah - délka kabelu nesmí přesáhnout 8 metrů. Úložiště připojená přes protokol SAS tak budou optimální pouze tehdy, když jsou servery a pole umístěny ve stejném racku nebo ve stejné serverové místnosti;
• Počet připojených hostitelů (serverů) je obvykle omezen na několik uzlů.

Důležité! V roce 2009 se očekává, že se objeví technologie SAS s rychlostí přenosu dat přes jeden kanál – 6 Gb/s, což výrazně zvýší atraktivitu používání tohoto protokolu.

Porovnání protokolů připojení úložiště

Níže je uvedena souhrnná tabulka srovnávající možnosti různých protokolů pro interakci s úložnými systémy.

Prezentovaná řešení jsou tak na první pohled celkem přehledně rozdělena podle požadavků zákazníků. V praxi však není vše tak jednoznačné, jsou zahrnuty další faktory v podobě rozpočtových omezení, dynamiky rozvoje organizace (a dynamiky nárůstu objemu uložených informací), oborových specifik atd.

SAN přepínače

Přepínače SAN se používají jako centrální spínací zařízení pro uzly sítě SAN. Jeden konec optického kabelu zapojíte do konektoru na adaptéru serveru nebo řadiči diskové pole a druhý do portu na přepínači. Přepínač lze přirovnat k sadě vodičů, které jsou překříženy takovým způsobem, aby umožnily každému zařízení v síti „mluvit“ po jednom vodiči s každým dalším zařízením v síti současně. Jinými slovy, všichni předplatitelé mohou mluvit současně.
Jeden nebo více přepínačů spojených dohromady tvoří továrnu. Jedna tkanina se může skládat z jednoho nebo více spínačů (v současnosti až 239). Proto lze tkaninu definovat jako síť vzájemně propojených přepínačů. SAN se může skládat z více tkanin. Většina sítí SAN se skládá z nejméně dvou tkanin, z nichž jedna je redundantní.
Servery a úložiště můžete připojit k síti SAN pomocí jediného přepínače, ale je dobrou praxí používat dva přepínače, abyste se vyhnuli ztrátě dat a výpadkům, pokud jeden selže. Obrázek 1 ukazuje typickou strukturu využívající dva přepínače pro připojení serverů k diskovému poli.

Obr 1. Nejjednodušší továrna využívající 2 přepínače.

S rostoucím počtem serverů a úložiště ve vaší síti SAN jednoduše přidáte přepínače.

Obrázek 2 SAN Fabric Extension

Modulární nebo konvenční spínače (modulární spínače)

Přepínače SAN jsou pro každý vkus od 8 do stovek portů. Většina modulárních přepínačů má 8 nebo 16 portů. Posledním trendem je možnost zvýšit počet portů na zakoupeném switchi s přírůstkem 4. Typickým příkladem takového switche je Qlogic SANbox 5200 (obr. 3). Tento produkt si můžete zakoupit s 8 porty v základně a následně rozšířit až na 16 v jednom modulu a až 64 portů (!) ve čtyřech modulech propojených 10gigabitovým FC.

Obr 3. Qlogic SANbox 5200 - čtyřmodulový zásobník se 64 porty

Ředitelé nebo přepínače podnikové třídy (přepínače ředitelů)

Directory jsou mnohem dražší než modulární přepínače a obvykle obsahují stovky portů (obrázek 4). Ředitelé mohou být viděni v centru velmi velkých přepínaných struktur jako jádro sítě. Ředitelé mají výjimečnou odolnost proti chybám a udržují celou infrastrukturu v provozu 24 hodin denně, 7 dní v týdnu. Umožňují provádět běžnou údržbu a výměnu modulů za chodu.

Rýže. 4. Port SilkWorm 1200 128 a McData InterPid 6140

Ředitel se skládá z platformy, modulů portů vyměnitelných za běhu (typicky 12 nebo 16 portů) a modulů procesorů vyměnitelných za běhu (obvykle duální procesor). Režisér lze zakoupit s 32 porty a upgradovat na 128 - 140 portů.
V firemní sítě SAN obvykle používají ředitele jako jádro sítě. Modulární spínače jsou k nim připojeny jako koncové (hraniční) spínače. K těm zase připojte servery a úložiště. Tato topologie se nazývá topologie core-to-edge a umožňuje škálovat síť na tisíce portů (obr. 5).

Rýže. 5. Topologie hranice jádra pomocí direktorů.

SAN routery nebo multiprotokolové přepínače

Směrovače SAN se používají k propojení vzdálených ostrovů SAN do jediné sítě, aby se vyřešily problémy s ochranou před katastrofami, konsolidací úložných zdrojů, organizováním postupů pro zálohování dat ze vzdálených oddělení na páskové a diskové zdroje hlavního datového centra atd. ( obr. 6.). Spojení vzdálených SAN do jednoho zdroje je dalším krokem ve vývoji úložných sítí po zavedení SAN do struktury hlavy a podnikových divizí (obr. 7).

Rýže. 6: McDATA Eclipse 1620, 3300 a 4300

Rýže. Obrázek 7: Sloučení vzdálených sítí SAN do jednoho zdroje

Ostrovy SAN lze propojit pomocí protokolu FC a konvenčních modulárních přepínačů nebo direktorů, prostřednictvím jednovidového optického kabelu (jednovidový kabel nebo tmavé vlákno) nebo pomocí multiplexního zařízení (DWDM). Tato metoda vám však nedovolí jet za město (poloměr 70 km.). Pro větší odstranění budete potřebovat protokol Fibre Channel over IP (FCIP, http://www.iscsistorage.com/ipstorage.htm) implementovaný v routerech McData's Eclipse (obrázek 6). FCIP zabalí každý rámec FC do paketu IP pro přenos po síti IP. Přijímající strana rozbalí IP paket a extrahuje z něj původní FC rámec pro další přenos přes lokální síť FC. Vzdálenosti zde nejsou omezeny. Vše je o rychlosti vašeho IP kanálu.

Typy FC kabelů

FC sítě používají jako fyzické přenosové médium optické nebo měděné kabely. Měděný kabel je kroucený pár v shellu a byl používán především pro lokální připojení v 1Gbit/s FC sítích. Moderní 2Gbit/s FC sítě většinou využívají optický kabel.
Existují dva typy kabelů z optických vláken: singlemode a multimode.

Jednorežimový kabel (dlouhá vlna)

V jednovidovém (SM) kabelu existuje pouze jedna cesta pro šíření světelné vlny. Velikost jádra je obvykle 8,3 mikronů. Singlemode kabely se používají v aplikacích, kde je vyžadována nízká ztráta signálu (ztráta) a vysoké datové rychlosti, jako jsou velké vzdálenosti mezi dvěma systémy popř. síťová zařízení. Například mezi serverem a úložištěm, přičemž vzdálenost mezi nimi je několik desítek kilometrů.

Maximální vzdálenost mezi dvěma uzly sítě FC 2Gbit propojenými jednovidovým kabelem je 80 km bez opakovačů.

Multimode kabel (krátká vlna)

Vícevidový (MM) kabel je schopen přenášet více světelných vln přes jediné vlákno, protože relativně velká velikost jádra umožňuje šíření světla pod různými úhly (lom). Typické velikosti jádra pro MM jsou 50 mikronů a 62,5 mikronů. Multimódová optická připojení jsou nejvhodnější pro zařízení pracující na krátké vzdálenosti. Uvnitř kancelářské budovy.

Maximální vzdálenost, na kterou multimódový kabel podporuje 2 Gbit/s, je 300 (50 um) a 150 m (62,5 um).

Typy konektorů FC kabely (typy kabelových konektorů)

FC kabelové konektory jsou:

Typy transceiverů (typy GBIC)

Zařízení pro přeměnu světla na elektrický signál a naopak se nazývají transceivery. Říká se jim také GBIC (Gigabit Interface Connectors). Transceiver je umístěn na desce adaptéru FC (FC HBA), obvykle je do ní připájen, ve spínači - ve formě odnímatelného modulu (viz obr.) a na paměťovém zařízení v té či oné podobě.

Transceivery jsou:

SFP-LC	HSSDC2

Zásuvné moduly transceiveru (SFP)

HSSDC2: pro 1/2Gbit FC pro měděný kabel
SFP-LC: (Small Form Factor Pluggable LC) 1/2Gbit FC Krátký/Dlouhovlnný kabel do optických vláken s LC konektorem
SFP-SC: (Small Form Factor Pluggable SC) 1/2Gbit FC krátkovlnný/dlouhovlnný kabel z optických vláken s konektorem SC