SAN-коммутаторы: что это такое, как используется сеть хранения данных storage area network

Сетевые компьютерные системы, как и глобальные программные решения, используемые корпорациями, становятся все сложнее. Расширение их структуры обуславливает потребность в появлении технологии, обеспечивающей эффективное и надежное хранение информации. Подобным решением стали сторедж-системы, представляющие пользователям широкий функционал масштабирования и обеспечивающие высокую производительность. Именно они открыли доступ к использованию сторонних носителей, гарантируя при этом не только безопасность размещения, но и высокоскоростное чтение данных. Разработка и внедрение стандартов FC-AL (Fibre Channel — Arbitrated Loop) и SAN (Storage Area Network) — революционное для data-driven событие, заметно повлиявшее на дальнейшее развитие технических возможностей.

Общее представление

С технической точки зрения речь идет о решении, позволяющем подключать внешние накопители и устройства различных форматов, распознаваемые операционной системой в качестве локальных объектов. Использование подобных инструментов не только снижает совокупные издержки, но и обеспечивает условия, необходимые для организации надежного и безопасного хранилища информации.

Характеристика, предложенная международной ассоциацией, определяет, что сеть хранения данных SAN — это коммуникационная система, основной целью функционирования которой является обмен информацией между съемными БД и операционкой компьютера. Коммутаторы обеспечивают связь между устройствами, создавая полноценный пропускной канал, и отвечают за поддержание управленческого интерфейса, объединяющего сторедж и ОС.

История создания и развития

Технический прогресс обусловил формирование двух решений: серверов Network Attached Storage, или NAS, применяемых для размещения информации на файловом уровне, и сетевых хранилищ SAN, поддерживающих обмен в блочном формате. Для разделения традиционных и модернизированных систем в обращение был введен еще один термин — DAS, или Direct, обозначающий прямое подключение.

Последовательное появление на рынке указанных решений является отражением цикла эволюции программных продуктов, взаимодействующих с данными и байтами носителей, в которых они записаны. На ранних этапах развития приложения самостоятельно «читали и записывали» блоки, затем были внедрены драйверы, являющиеся частью ОС. Современная цепь объединяет три звена: генерацию массива Redundant Array of Independent Disks, обработку интерпретирующих метаданных, а также сервисы, передающие их приложению. Отличие между DAS, SAN и NAS сводится к специфике реализации указанных элементов: в первом случае конфигурация отвечает только за хранение и доступ, тогда как остальной функционал реализуется на серверной стороне; второй формат предусматривает перенос RAID в зону ответственности сети; третий — требует только лишь поддержки сервиса, поскольку файловая информация также переносится в систему.

Возникновению СХД (системы хранения данных) способствовала разработка протокола FC, принятого в 1994 году в качестве стандарта ANSI. В дальнейшем его место занял Ethernet, и, как следствие, массовое распространение получили новые сетевые конфигурации, включая IP-SAN.

Обеспечение доступа

Коммутация с хранилищем возможна через сервер, сеть или СХД — в каждом из рассматриваемых случаев имеется своя специфика, требующая более детального изучения.

Архитектура SAS

Это традиционный метод соединения системы хранения данных, предусматривающий использование высокоскоростного серверного интерфейса, в качестве него обычно выступает параллельный SCSI. Топология не предполагает наличия отдельной корпусной оболочки. Ключевое преимущество — доступная стоимость и высокая производительность.

Политика доступа определяется особенностями используемых операционных и файловых систем, при этом наблюдается проблема формирования архитектуры высокой готовности. Кроме того, повышенная нагрузка на обслуживающий сервер увеличивает время отклика.

NAS

Это конфигурация, основанная на сетевом соединении, отличается удобством и простотой интеграции в уже сформированные хранилища. Технически представляет собой «чистый» выделенный файл-сервер. Он легко устанавливается, является довольно управляемым, но в то же время характеризуется низким уровнем масштабирования. Платформа и ОС не влияют на доступ к данным, что обуславливает популярность применения при обслуживании недорогих систем, требующих минимального функционального набора. Стоит также отметить, что существует вероятность конфликта с LAN и WAN трафиком.

Архитектура SAN

В качестве базиса для СХД выступает отдельная сеть, обеспечивающая доступность информации для серверных объектов и рабочих станций. Стандартом для создания служит Fibre Channel, благодаря которому у сторедж-систем появляется опция организации платформ высокой готовности, способных справиться с большой частотой входящих запросов. Основной недостаток — относительно дорогие компоненты, однако, если рассматривать общие расходы на владение корпоративными системами аналогичной конфигурации, цена оказывается вполне приемлемой, особенно с учетом характерных эксплуатационных преимуществ:

• Отсутствие топологической зависимости от стореджа и сервера.
• Эргономичное централизованное управление.
• Стабильное взаимодействие с LAN/WAN;
• Простота резервирования без лишней загрузки.
• Производительность, масштабирование и гибкость.

Архитектура DAS

Это система, объединяющая внешний накопитель и ПК с помощью контроллера адаптера шины, не предусматривает использование переходного сетевого устройства. Реализуется за счет таких протоколов коммуникации, как SATA, SCSI и FC. Из недостатков — отсутствие функционала, позволяющего разделять данные или незадействованные ресурсы со сторонними серверами.

Unified storage

Универсальная опция, предназначенная для использования различных типов стандартных протоколов в рамках одной сторедж-системы. Функциональные характеристики обеспечивают поддержку как SAN-коммутаторов с блочным доступом, так и файловых NAS, применяемых для хранения информации.

Архитектура SDS

Автоматизированная система, заметно упрощающая получение необходимых сведений вне зависимости от их местонахождения. Предусматривает возможность горизонтальной настройки масштаба, а также добавление емкости без прерывания, что заметно сокращает стоимость управления. Простота интеграции автоматических решений позволяет настроить распределение инфраструктурных рабочих сред исходя из имеющейся потребности, а также оперативно вносить коррективы — в том числе, в режиме реального времени.

Гиперконвергентная инфраструктура

Система, ориентированная на устранение управленческих проблем за счет объединения услуг для центра обработки данных. Сервер, СХД и сеть контролируются при помощи одного приложения. Подобные системы задействуют определяемые программным методом интеллектуальные средства, исключая разрозненность используемых ресурсов и хранилищ, и оптимизируя вычислительные процессы.

Облака и эфемерные хранилища

Облачные сервисы отличаются по функционалу и запускаются в зависимости от текущих потребностей. При этом ограничений, лимитирующих число одновременно используемых в рамках одной сессии продуктов, не предусматривается — все зависит только от необходимой нагрузки. Многие провайдеры, предоставляющие подобные услуги, также открывают доступ к файловым, объектным и блочным стореджам, нередко на бесплатной основе — в качестве бонуса за использование базы.

Топология

Говоря о том, что же такое SAN, можно охарактеризовать это как высокоскоростную сеть, организованную для передачи данных и объединяющую серверные ПК (персональные компьютеры) с внешними накопителями. Логично, что существование разнообразных топологических конфигураций — точка/точка, коммутация, Arbitrated Loop — является следствием замещения классического шинного подключения. Отличительная особенность концепции — создание условий, позволяющих соединить любые объекты, поддерживающие используемый протокол.

Компоненты

В перечень элементов входят:

• Host Bus Adapters (НВА).
• Ресурсы хранения.
• Инфраструктурные устройства.
• Программное обеспечение.

Среда

Стандарт FC предусматривает использование различных типов кабелей (медь, оптоволокно), технические характеристики которых обеспечивают оптимальную скорость передачи информации. Для конверсии интерфейсов применяются GBIC (Gigabit Converter) и MIA (Media Adapter).

Концентраторы

Характеризуются структурой, схожей с Token Ring (протокол передачи данных в локальной вычислительной сети (LAN) с топологией кольца и «маркерным доступом»). Современные модели предусматривают наличие портов обхода, потребность в которых объясняется нарушением функционального состояния сети при кольцевом разрыве. Хабы поддерживают до десяти подключений, и соединяют до 127 портов на единицу.

Коммутаторы

SAN switch по своему функционалу идентичен с обычными LAN-модификациям — основной его задачей выступает создание полноценной пропускной полосы. Комбинирование с локализованными концентраторами позволяет сбалансировать показатели стоимости и производительности системы.

Мосты

Предназначены для интеграции устройств с параллельным SCSI. Самый простой пример — Solid State Disk (SSD). Современные производители, как правило, выпускают модели носителей, в которых прямое сетевое подключение обеспечивается встроенным интерфейсом FC SAN.

Серверы и сторедж

Значимые элементы конфигурации, которые, впрочем, не требуют дополнительного представления, поскольку хорошо знакомы каждому.

Ресурсы

Дисковые массивы, обеспечивающие продолжительное и безопасное хранение данных накопителей ленточного типа, а также библиотек различных классов.

Host Bus Adapters

НВА — объект, интегрированный в структуру сервера, благодаря которому и происходит взаимодействие с хранилищем. Стек протоколов реализуется внутри хост-адаптера. Среди популярных брендов — Agilent, Emulex, JNI, Qlogic.

Инфраструктурные устройства

В перечень элементов, на практике реализующих инфраструктуру СХД, входят коммутаторы, маршрутизаторы и концентраторы. Использование последних позволяет применять протокол FC/AL, интегрируя и высвобождая устройства из непрерывного рабочего цикла.

Программное обеспечение

Необходимо для резервирования путей серверного доступа и корректного распределения возникающей нагрузки.

FC — основа хранилища SAN

Для построения системы применяются разнообразные носители и топологии, однако ее базисом остается Fibre Channel, разработанный с целью объединения уже существующих SCSI, SCI, а также других канальных и сетевых вариаций. Долгое время стореджи оставались препятствием на пути к увеличению производительности и объема, вынуждающим наращивать аппаратные мощности — пока в 1999 году в качестве стандарта не был утвержден альтернативный интерфейс, решающий проблемы с построением гибкого и высокоскоростного доступа.

Преимущества технологии

Помимо скоростных характеристик, отличающих FC, важным аспектом протокола выступает сохранение функциональности на удаленных расстояниях. Это, в сочетании с вариативной топологией, пришедшей из сетевого сегмента, обуславливает возможность стабильной работы во время увеличения количества нод, и позволяет создать практически безотказную систему, удобную в эксплуатации.

Примеры применения

Эффективность использования хранения данных SAN проще всего представить в виде перечня наиболее часто встречающихся задач, для решения которых применяется рассматриваемая методика. На протяжении длительного периода реализация указанных функций была сопряжена со значительными финансовыми и временными затратами, исключить которые помогло внедрение архитектурного решения Storage Area Network.

Резервирование и восстановление данных

При задействовании стандартного SCSI интерфейса процессы копирования и выгрузки сохраненной информации сопряжены с целым рядом трудностей. Загрузка LAN и серверов, удаленное хранение — для каждой из этих операций предусмотрена отдельная утилита.

Кластеризация

Стандартная по современным меркам задача, изначальная сложность которой обуславливалась проблематичностью поддержания высокоскоростного доступа к кластерной системе. Новый интерфейс решил задачу благодаря опции подключения серверов через свич в hot-plug режиме), и обеспечил большую масштабируемость по сравнению с SCSI.

Распределение и синхронный доступ

Сокращение времени на обработку и передачу файлов — результат применения SAN, обеспечивающего доступ с различных рабочих станций и серверов и единовременную интеграцию через коммутатор.

Передача данных

Концепция СХД предусматривает использование низкоуровневых протоколов, включая FCP, iSCSI, FCoE и ATA.

Преимущества

К числу факторов, обусловливающих востребованность сети, относят:

• Доступность информации, содержащейся на внешних накопителях.
• Вариативность топологии, не зависящей от серверов.
• Централизованное хранение и управление коммутацией.
• Снижение нагрузки на LAN-сеть.
• Быстрый отклик и масштабируемость структуры.
• Оперативное распределение серверных ресурсов.

Архитектурное решение отличается устойчивостью к отказам, предлагает простую и понятную схему резервного копирования, а также обеспечивает безопасность эксплуатации системы.

Недостатки

Основным минусом рассматриваемой технологии является стоимость предлагаемых решений, что обуславливается, в первую очередь, разницей валютных курсов, а также недостаточным развитием отечественного рынка.

Характеристики, отличающие систему SAN от NAS

Отличия сводятся к организации процесса, в рамках которого происходит перемещение данных. Рассматриваемая архитектура в первую очередь разрабатывалась для решения проблемы, возникающей на фоне регулярного резервирования системы, что позволило менять емкость накопителей и обеспечить таким образом более высокие пропускные характеристики.

Заключение

IPSAN относится к числу популярных технологий, используемых в бизнес-среде. Наличие эффективных программных продуктов — важный аспект для любой отрасли, так что, если вы ищете удобные решения по мобильной автоматизации — самое время обратить внимание на опции, предлагаемые компанией «Клеверенс».

Количество показов: 4276