Топологии сетей для хранения данных
SAN (Storage Area Network) — сеть хранения данных, являющаяся специлизированным архитектурным решением, позволяющим подключить внешние устройства хранения информации (дисковые массивы, ленточные библиотеки, оптические приводы). Подключение устройств хранения данных к серверам осуществляется таким образом, что ОС распознает подсоединенные устройства как локальные. С каждым годом подобного рода системы становятся все доступнее и сложнее по своей структуре. Все больше крупных предприятий устанавливают себе подобное оборудование для работы.
SAN и NAS — определение понятий
SAN отличается тем, что выделяет так называемые «сетевые блочные устройства» (через протоколы Fibre Channel, iSCSI или AoE). Хранилища данных (Network Attached Storage, NAS) осуществляет доступ к данным, хранящимся на файловой системе, при помощи сетевой файловой системы (NFS, SMB/CIFS, AppleTalk).
Важно понимать, что твердое разделение «SAN — сетевые диски, NAS — сетевая файловая система» не совсем верно. Рождение iSCSI ознаменовало взаимное проникновение двух технологий друг в друга — с целью повышения гибкости применения. В 2003 году компания NetApp обеспечивала iSCSI своими технологиями NAS. EMC и HDS же, в свою очередь, оснащали NAS-шлюзами свои SAN-массивы.
Типы сетей
Большая часть сетей хранения данных применяет протокол SCSI, обеспечивающий связь между серверами и устройствами на уровне шинной топологии. Поскольку протокол SCSI не подразумивает формирование сетевых пакетов, сети хранения данных применяют низкоуровневые протоколы:
- Fibre Channel Protocol (FCP), транспорт SCSI через Fibre Channel. Является наиболее распространенным на данный момент протоколом. Fibre Channel Protocol существует в вариантах 1 Гбит/s, 2 Гбит/s, 4 Гбит/s, 8 Гбит/s, 10 Гбит/s, 16 Гбит/s, 20 Гбит/s;
- iSCSI, транспорт SCSI через TCP/IP;
- iSER, транспорт iSCSI через InfiniBand / RDMA;
- SRP, транспорт SCSI через InfiniBand / RDMA;
- FCoE, транспортировка FCP/SCSI поверх «чистого» Ethernet;
- FCIP и iFCP, инкапсуляция и передача FCP/SCSI в пакетах IP;
- HyperSCSI, транспорт SCSI через Ethernet;
- FICON транспорт через Fibre Channel (только в мейнфреймах);
- ATA over Ethernet, транспорт ATA через Ethernet.
Совместное применение
Бурный рост объема информации в бизнес-сфере стал основной движущей силой для развития сетей хранения данных. Электронная почта, базы данных, высоконагруженные файловые серверы, требующие высокоскоростного доступа к дисковым устройствам на блочном уровне — все это стало неотъемлемой частью полноценой жизнедеятельности предприятия. Еще не так давно на предприятии образовывались определенные «острова» высокопроизводительных дисковых массивов SCSI, каждый из которых был выделен для конкретного приложения и отображался как некоторое количество «виртуальных жестких дисков» (LUN).
С развитием сети хранения данных появилась возможность объединять эти самые «острова» инструментами высокоскоростной сети. Без использования технологий SCSI транспорта немыслимо организовать отказоустойчивые кластеры, где один сервер подключается к двум и более дисковым массивам, расположенным на большом расстоянии друг от друга, на случай возникновения стихийных бедствий.
Сети хранения данных позволяют существенно увеличить уровень эффективности использования ресурсов систем хранения. Они позволяют выделить любой ресурс любому узлу сети.
Также следует упомянуть устройства резервного копирования, подключаемые к системе хранения данных. В настоящее время существуют как промышленные ленточные библиотеки, так и low-end продукты, предназначенные специально для малого бизнеса. Сети хранения данных позволяют подключить к одному хосту несколько приводов библиотек. Таким образом обеспечивается хранилище данных для резервного копирования, достигающее по своей вместимости пространства, равного нескольким петабайтам.
Преимущества
Совместное использование систем хранения зачастую упрощает управление ими и обеспечивает дополнительную гибкость системы, поскольку кабели и дисковые массивы не нуждаются в физической транспортации и повторной коммутации от одного сервера к другому.
Еще одно преимущество — это возможность загружать сервера напрямую из сети хранения. Это позволяет быстро и легко заменить сбойный сервер, переконфигурировав SAN так, что сервер-замена, будет загружаться с LUN сбойного сервера. Такая процедура может занять около получаса. Кроме того, существует возможность собрать RAID-зеркало с LUN прямо на хосте, причем, тех, которые направлены к хосту с двух разных дисковых массивов. В данном случае, полный отказ одного из массивов не принесет вреда хосту.
Сети хранения помогают с большей долей эффективности осуществлять восстановление работоспособности системы после сбоя. SAN может включать в себя удаленный участок со вторичным устройством хранения. Тут можно использовать репликацию, реализовав ее на уровне контроллеров массивов, либо при помощи специальных аппаратных устройств. Так как каналы WAN, построенные на основе протокола IP, встречаются довольно часто, разработаны протоколы Fibre Channel over IP (FCIP) и iSCSI, которые расширяют единую SAN, используя средства сетей, построенных на основе IP-протокола. Такие решения сейчас пользуются повышенным спросом.
Производительность
С выходом новых высокотехнологичных материалов наблюдается яркий рост производительности сетей, построенных на базе Fibre Channel и Ethernet. В настоящее время существуют коммутаторы, обладающие скоростью передачи 10 Гбит/s. Для достижения такого показателя используется новый тип трансивера — XFP, а также оптоволкно стандарта ОМ3. Кроме того, росту скорости передачи способствует и то, что коммутаторы могут собирать на Inter Switch Link’ах транкгруппы из нескольких портов. Коммутаторы «SilkWorm» от Brocade имеют возможность собирать транк из восьми линков. При необходимости, транков может быть несколько.
Сравнение технологий обмена данными
Сравнение SAN и NAS проходит на почве разницы между сетевым диском и сетевой файловой системой. Эта самая разница состоит в том, кто обслуживает файловую систему, хранящую данные.
Когда речь идет о сетевом диске (либо «блочном устройстве», block device):
- обмен данными с диском по сети производится блоками, подобно тому, как и с локальным SCSI- или SATA-диском;
- файловая система создается и управляется клиентом, при этом он, как правило, является единстенным ее пользователем.
Когда речь идет о сетевой файловой системе («ресурс с совместным/разделяемым доступом» — нет хранения данных, есть только их передача):
- обмен данными по сети осуществляется с применением более высоко-уровневых понятий «файл» и «каталог», которые соответствуют объектам «настоящей» файловой системы, расположенной на физических дисках;
- она создается и обслуживается в рамках удаленной системы, однако при этом ее может одновременно использовать множество клиентов, причем как на чтение, так и на запись.
Топология сети
Однокоммутаторная структура
Однокоммутаторная структура (англ. single-switch fabric) — система, состоящая из одного коммутатора Fibre Channel, сервера и системы хранения данных. Данная топология, как правило, является базовой для всех стандартных решений, другие топологии образуются путем объединения однокоммутаторных ячеек.
Каскадная (древовидная) структура
Каскадная структура (англ. cascaded fabric) — система с набором ячеек, в которых коммутаторы образуют «дерево», связанное межкоммутаторными соединениями (англ. Inter-Switch link, ISL). В момент инициализации сети коммутаторы выбирают «верхушку дерева» (англ. principal switch, главный коммутатор) и присваивают ISL’ам статус «upstream» (вверх) или «downstream» (вниз), в зависимости от того, ведет ли этот линк в сторону главного свитча или нет.
Решетка (англ. meshed fabric) — сеть с набором ячеек. В каждой из ячеек коммутатор соединен с другими. При отказе одного ISL-соединения, связность сети не нарушается. Главным недостатком данного типа является большая избыточность соединений.
Кольцо (англ. ring fabric) — сеть, почти аналогичная схеме топологии «решетка». В числе преимуществ можно выделить применение меньшего числа ISL-соединений.
ООО «Альтербит», 197183, Санкт-Петербург, Комендантский проспект, 2 схема проезда
Телефон: (812) 309-2602 ← Звони если хочешь купить сервер, схд, компьютер