Сеть хранения данных

Типы компьютерных сетей по пространственному размеру

Наномасштаб Ближнее поле (NFC) Тело (БАН) Личный (PAN) Рядом со мной (NAN) Местный (LAN) Главная (HAN) Хранилище (SAN) Беспроводная связь (WLAN) Кампус (CAN) Магистраль Метрополитен (MAN) Муниципальная беспроводная связь (MWN) Широкий (WAN) Облако (IAN) Интернет Межпланетный Интернет
v т е

Fibre Channel
Уровень 4. Отображение протокола
Маскировка LUN
Уровень 3. Общие службы
Уровень 2. Сеть
Структура Fibre Channel Зонирование Fibre Channel Уведомление об изменении зарегистрированного состояния
Уровень 1. Канал передачи данных
Кодирование Fibre Channel 8B / 10B
Уровень 0. Физический

Сеть хранения данных ( SAN ) или сеть хранения представляет собой компьютерную сеть , которая обеспечивает доступ к консолидированной, хранения данных на уровне блоков . Сети SAN в основном используются для доступа к устройствам хранения данных, таким как дисковые массивы и ленточные библиотеки, с серверов, поэтому устройства воспринимаются операционной системой как хранилища с прямым подключением . SAN обычно представляет собой выделенную сеть устройств хранения, недоступных через локальную сеть (LAN).

Хотя SAN обеспечивает доступ только на уровне блоков, файловые системы, построенные на основе SAN, действительно обеспечивают доступ на уровне файлов и известны как файловые системы с общим диском .

Архитектуры хранения [ править ]

Fibre Channel SAN соединяет серверы с хранилищем через коммутаторы Fibre Channel.

Сети хранения данных (SAN) иногда называют сетью за серверами ^[1]^{: 11} и исторически развивались на основе модели централизованного хранения данных , но со своей собственной сетью передачи данных . В простейшем случае SAN - это выделенная сеть для хранения данных. Помимо хранения данных, сети SAN позволяют выполнять автоматическое резервное копирование данных, а также мониторинг хранилища, а также процесс резервного копирования. ^[2]^{: 16–17} SAN - это комбинация аппаратного и программного обеспечения. ^[2]^{: 9} Он вырос из архитектур мэйнфреймов, ориентированных на данные , где клиенты в сети могут подключаться к несколькимсерверы , на которых хранятся разные типы данных. ^[2]^{: 11} Для масштабирования емкости хранилища по мере роста объемов данных было разработано хранилище с прямым подключением (DAS), в котором к серверам были подключены дисковые массивы или просто связка дисков (JBOD). В этой архитектуре можно добавить устройства хранения для увеличения емкости хранения. Однако сервер, через который осуществляется доступ к устройствам хранения, является единственной точкой отказа , и большая часть пропускной способности сети LAN используется для доступа, хранения и резервного копирования данных. Чтобы решить проблему единой точки отказа, общее хранилище с прямым подключениембыла реализована архитектура, в которой несколько серверов могли получить доступ к одному и тому же устройству хранения. ^[2]^{: 16–17}

DAS была первой сетевой системой хранения данных и до сих пор широко используется там, где требования к хранению данных не очень высоки. На его основе была разработана архитектура сетевого хранилища (NAS), в которой один или несколько выделенных файловых серверов или устройств хранения доступны в локальной сети. ^[2]^{: 18} Таким образом, передача данных, особенно для резервного копирования, по-прежнему происходит по существующей локальной сети. Если одновременно хранилось более терабайта данных, пропускная способность LAN становилась узким местом. ^[2]^{: 21–22}Поэтому были разработаны сети хранения данных, в которых к локальной сети была подключена выделенная сеть хранения данных, а терабайты данных передаются по выделенной высокоскоростной сети с высокой пропускной способностью. В сети SAN устройства хранения взаимосвязаны. Передача данных между устройствами хранения, например, для резервного копирования, происходит за серверами и должна быть прозрачной. ^[2]^{: 22} В архитектуре NAS данные передаются с использованием протоколов TCP и IP через Ethernet . Для сетей хранения данных были разработаны различные протоколы, такие как Fibre Channel , iSCSI , Infiniband.. Поэтому сети SAN часто имеют собственную сеть и устройства хранения, которые необходимо покупать, устанавливать и настраивать. Это делает сети SAN дороже, чем архитектуры NAS. ^[2]^{: 29}

Компоненты [ править ]

Двухпортовая плата адаптера хост-шины FC 8 Гбит / с

У SAN есть свои собственные сетевые устройства, такие как коммутаторы SAN. Для доступа к SAN используются так называемые серверы SAN, которые, в свою очередь, подключаются к хост-адаптерам SAN . Внутри SAN может быть соединен ряд устройств хранения данных, таких как дисковые массивы с поддержкой SAN, JBODS и ленточные библиотеки . ^[2]^{: 32,35–36}

Уровень хоста [ править ]

Говорят, что серверы, которые разрешают доступ к SAN и ее устройствам хранения, образуют уровень хоста SAN. Такие серверы имеют хост-адаптеры, которые представляют собой карты, которые подключаются к слотам на материнской плате сервера (обычно слотам PCI) и работают с соответствующей прошивкой и драйвером устройства . Через хост-адаптеры операционная система сервера может обмениваться данными с устройствами хранения в сети SAN. ^[3]^{: 26}

В развертываниях Fibre Channel кабель подключается к хост-адаптеру через преобразователь гигабитного интерфейса (GBIC). GBIC также используются на коммутаторах и устройствах хранения в сети SAN, и они преобразуют цифровые биты в световые импульсы, которые затем могут передаваться по кабелям Fibre Channel. И наоборот, GBIC преобразует входящие световые импульсы обратно в цифровые биты. Предшественник GBIC назывался гигабитным канальным модулем (GLM). ^[3]^{: 27}

Слой ткани [ править ]

Qlogic Сан- переключатель с оптическими Fiber Channel коннекторов , установленных

Уровень фабрики состоит из сетевых устройств SAN , в том числе коммутаторов SAN , маршрутизаторов, протокольных мостов, шлюзов и кабелей. Сетевые устройства SAN перемещают данные внутри SAN или между инициатором , таким как порт HBA сервера, и целью , например, порт устройства хранения.

Когда SAN были впервые построены, концентраторы были единственными устройствами, поддерживающими Fibre Channel , но были разработаны коммутаторы Fibre Channel, и теперь концентраторы редко встречаются в SAN. Коммутаторы имеют преимущество перед концентраторами в том, что они позволяют всем подключенным устройствам обмениваться данными одновременно, поскольку коммутатор предоставляет выделенный канал для соединения всех своих портов друг с другом. ^[3]^{: 34} Когда SAN были впервые построены, Fibre Channel нужно было реализовать через медные кабели, в наши дни в SAN используются многомодовые оптоволоконные кабели . ^[3]^{: 40}

Сети SAN обычно строятся с резервированием, поэтому коммутаторы SAN подключаются с помощью резервных каналов. Коммутаторы SAN соединяют серверы с устройствами хранения и, как правило, работают без блокировки, что позволяет передавать данные по всем подключенным проводам одновременно. ^[3]^{: 29} Коммутаторы SAN созданы для целей резервирования в ячеистой топологии . Один коммутатор SAN может иметь всего 8 портов и до 32 портов с модульными расширениями. ^[3]^{: 35} Так называемые коммутаторы класса «директор» могут иметь до 128 портов. ^[3]^{: 36}

В коммутируемых SAN используется протокол коммутируемой фабрики Fibre Channel FC-SW-6, в соответствии с которым каждое устройство в SAN имеет жестко запрограммированный адрес всемирного имени (WWN) в адаптере главной шины (HBA). Если устройство подключено к SAN, его WWN регистрируется на сервере имен коммутатора SAN. ^[3]^{: 47} Вместо WWN или всемирного имени порта (WWPN) поставщики запоминающих устройств SAN Fibre Channel могут также жестко закодировать всемирное имя узла (WWNN). Порты устройств хранения часто имеют WWN, начинающийся с 5, а адаптеры шины серверов - с 10 или 21. ^[3]^{: 47}

Уровень хранения [ править ]

Fibre Channel - это многоуровневая технология, которая начинается на физическом уровне и переходит через протоколы к протоколам верхнего уровня, таким как SCSI и SBCCS.

Сериализованный протокол интерфейса малых компьютерных систем (SCSI) часто используется поверх протокола коммутируемой фабрики Fibre Channel в серверах и устройствах хранения SAN. Интерфейс Интернет-малых компьютерных систем (iSCSI) через Ethernet и протоколы Infiniband также могут быть реализованы в SAN, но часто соединяются с SAN Fibre Channel. Однако доступны устройства хранения Infiniband и iSCSI, в частности дисковые массивы. ^[3]^{: 47–48}

Считается, что различные устройства хранения в сети SAN образуют уровень хранения . Он может включать в себя различные жесткие диски и магнитные ленты , в которых хранятся данные. В сетях SAN дисковые массивы объединяются через RAID, благодаря чему многие жесткие диски выглядят и работают как одно большое запоминающее устройство. ^[3]^{: 48} Каждое запоминающее устройство или даже раздел на этом запоминающем устройстве имеет номер логической единицы.(LUN) назначен ему. Это уникальный номер в сети SAN. Каждый узел в SAN, будь то сервер или другое устройство хранения, может получить доступ к хранилищу, ссылаясь на LUN. LUN позволяют сегментировать емкость хранилища SAN и реализовывать средства контроля доступа. Конкретному серверу или группе серверов может, например, быть предоставлен доступ только к определенной части уровня хранения SAN в форме LUN. Когда запоминающее устройство получает запрос на чтение или запись данных, оно проверяет свой список доступа, чтобы установить, разрешен ли узлу, идентифицированному его LUN, доступ к области хранения, также идентифицированной LUN. ^[3]^{: 148–149}Маскирование LUN - это метод, с помощью которого адаптер главной шины и программное обеспечение SAN сервера ограничивают LUN, для которых принимаются команды. При этом LUN, к которым сервер никогда не должен обращаться, маскируются. ^[3]^{: 354} Другой метод ограничения доступа к серверу для определенных устройств хранения SAN - это управление доступом на основе фабрики или зонирование, которое обеспечивается сетевыми устройствами и серверами SAN. При зонировании доступ к серверу ограничен устройствами хранения, находящимися в определенной зоне SAN. ^[4]

Сетевые протоколы [ править ]

Слой сопоставления с другими протоколами используется для формирования сети:

ATA через Ethernet (AoE), отображение AT Attachment (ATA) через Ethernet
Протокол Fibre Channel (FCP), отображение SCSI через Fibre Channel
Fibre Channel через Ethernet (FCoE)
ESCON через Fibre Channel ( FICON ), используемый мэйнфреймами
HyperSCSI , отображение SCSI через Ethernet
iFCP ^[5] или SANoIP ^[6] отображение FCP через IP
iSCSI , отображение SCSI через TCP / IP
Расширения iSCSI для RDMA (iSER), отображение iSCSI через InfiniBand
Сетевое блочное устройство , отображение запросов узлов устройства в UNIX-подобных системах через потоковые сокеты, такие как TCP / IP
Протокол SCSI RDMA (SRP), другая реализация SCSI для транспорта удаленного прямого доступа к памяти (RDMA)

Сети хранения данных также могут быть построены с использованием технологий SAS и SATA . SAS произошел от системы хранения с прямым подключением SCSI. SATA произошла от хранилища с прямым подключением IDE . Устройства SAS и SATA можно объединить в сеть с помощью расширителей SAS .

Примеры составных протоколов с использованием SCSI:

Приложения
Уровень SCSI
FCP	FCP	FCP	FCP	iSCSI	iSER	SRP
		FCIP	iFCP
		TCP			Транспорт RDMA
	FCoE	IP			IP или сеть InfiniBand
FC	Ethernet				Ethernet или InfiniBand Link

Программное обеспечение [ править ]

SAN в первую очередь определяется как сеть специального назначения. Ассоциация сетей хранения данных (SNIA) определяет SAN как «сеть, основной целью которой является передача данных между компьютерными системами и элементами хранения». Но SAN состоит не только из инфраструктуры связи, но и из уровня управления программным обеспечением . Это программное обеспечение организует серверы, устройства хранения и сеть таким образом, чтобы данные можно было передавать и хранить. Поскольку SAN не является хранилищем с прямым подключением (DAS), устройства хранения в SAN не принадлежат и не управляются сервером. ^[1]^{: 11}Потенциально емкость хранилища данных, к которой может получить доступ один сервер через сеть SAN, бесконечна, и эта емкость хранилища также может быть доступна другим серверам. ^[1]^{: 12} Более того, программное обеспечение SAN должно обеспечивать прямое перемещение данных между устройствами хранения в сети SAN с минимальным вмешательством сервера. ^[1]^{: 13}

Программное обеспечение для управления SAN устанавливается на одном или нескольких серверах, а клиенты управления - на устройствах хранения. К программному обеспечению для управления SAN были разработаны два подхода: внутриполосное управление означает, что данные управления между сервером и устройствами хранения передаются в той же сети, что и данные хранилища. В то время как внеполосное управление означает, что данные управления передаются по выделенным каналам. ^[1]^{: 174} Программное обеспечение для управления SAN будет собирать данные управления со всех устройств хранения на уровне хранения, включая информацию о сбоях чтения и записи, узких местах емкости хранилища и сбоях устройств хранения. Программное обеспечение для управления SAN может интегрироваться с протоколом простого управления сетью (SNMP). ^[1]^{: 176}

В 1999 году был представлен открытый стандарт для управления устройствами хранения и обеспечения взаимодействия - Общая информационная модель (CIM). Веб-версия CIM называется Web-ориентированным управлением предприятием (WBEM) и определяет объекты устройств хранения SAN и обрабатывает транзакции. Использование этих протоколов включает диспетчер объектов CIM (CIMOM) для управления объектами и взаимодействиями и позволяет централизованно управлять устройствами хранения SAN. Базовое управление устройствами для сетей SAN также может быть достигнуто с помощью спецификации интерфейса управления хранилищем (SMI-S), где объекты и процессы CIM зарегистрированы в каталоге. Программные приложения и подсистемы могут затем использовать этот каталог. ^[1]^{: 177}Также доступны управляющие программные приложения для настройки устройств хранения SAN, что позволяет, например, конфигурировать зоны и номера логических устройств (LUN). ^[1]^{: 178}

В конечном итоге сетевые устройства SAN и устройства хранения доступны от многих поставщиков. У каждого поставщика SAN есть собственное программное обеспечение для управления и настройки. Общее управление в сетях SAN, которые включают устройства от разных поставщиков, возможно только в том случае, если поставщики предоставляют интерфейс прикладного программирования (API) для своих устройств другим поставщикам. В таких случаях программное обеспечение для управления SAN верхнего уровня может управлять устройствами SAN от других поставщиков. ^[1]^{: 180}

Поддержка файловых систем [ править ]

В сети SAN данные передаются, хранятся и доступны на уровне блоков. Таким образом, SAN не обеспечивает абстракцию файлов данных , а только хранение и операции на уровне блоков . Но файловые системы были разработаны для работы с программным обеспечением SAN для обеспечения доступа на уровне файлов . Они известны как файловая система с общим диском (файловая система SAN). Серверные операционные системы поддерживают свои собственные файловые системы на собственных выделенных, не разделяемых LUN, как если бы они были локальными для себя. Если несколько систем просто попытаются совместно использовать LUN, они будут мешать друг другу и быстро повредить данные. Для любого запланированного совместного использования данных на разных компьютерах в LUN требуется программное обеспечение, такое какФайловые системы SAN или кластерные вычисления .

В СМИ и развлечениях [ править ]

Системы редактирования видео требуют очень высокой скорости передачи данных и очень низкой задержки. Сети SAN в сфере мультимедиа и развлечений часто называют бессерверными из-за характера конфигурации, при которой клиенты рабочего стола рабочего процесса видео (прием, редактирование, воспроизведение) размещаются непосредственно в сети SAN, а не подключаются к серверам. Управление потоком данных осуществляется с помощью распределенной файловой системы, такой как StorNext от Quantum. ^[7] Контроль использования полосы пропускания для каждого узла, иногда называемый качеством обслуживания (QoS), особенно важен при редактировании видео, поскольку он обеспечивает справедливое и приоритетное использование полосы пропускания в сети.

Качество обслуживания [ править ]

SAN Storage QoS позволяет рассчитывать и поддерживать желаемую производительность хранилища для сетевых клиентов, получающих доступ к устройству. Вот некоторые факторы, влияющие на качество обслуживания SAN:

Пропускная способность - скорость передачи данных, доступная в системе.
Задержка - время задержки для выполнения операции чтения / записи.
Глубина очереди - количество невыполненных операций, ожидающих выполнения на нижележащих дисках (традиционных или твердотельных накопителях ).

На QoS в системе хранения SAN может повлиять неожиданное увеличение трафика данных (всплеск использования) от одного пользователя сети, что может привести к снижению производительности для других пользователей в той же сети. Это можно назвать «эффектом шумного соседа». Когда в системе хранения SAN включены службы QoS, можно предотвратить «эффект шумного соседа» и точно спрогнозировать производительность сетевого хранилища.

Использование QoS хранилища SAN отличается от использования избыточного выделения ресурсов диска в среде SAN. Избыточное выделение ресурсов может использоваться для обеспечения дополнительной емкости для компенсации пиковых нагрузок сетевого трафика. Однако там, где нагрузка на сеть непредсказуема, избыточное выделение ресурсов может в конечном итоге привести к полному использованию всей полосы пропускания и значительному увеличению задержки, что приведет к снижению производительности SAN.

Виртуализация хранилища [ править ]

Виртуализация хранилища - это процесс абстрагирования логического хранилища от физического хранилища. Ресурсы физического хранилища объединяются в пулы хранения, из которых создается логическое хранилище. Он представляет пользователю логическое пространство для хранения данных и прозрачно обрабатывает процесс сопоставления его с физическим местоположением, концепция, называемая прозрачностью местоположения . Это реализовано в современных дисковых массивах, часто с использованием проприетарной технологии производителя. Однако цель виртуализации хранилища - сгруппировать несколько дисковых массивов от разных поставщиков, разбросанных по сети, в одно устройство хранения. Таким образом, единым запоминающим устройством можно управлять единообразно. ^{[ необходима цитата ]}

См. Также [ править ]

ATA через Ethernet (AoE)
Хранилище с прямым подключением (DAS)
Дисковый массив
Fibre Channel
Fibre Channel через Ethernet
Адаптер главной шины (HBA)
iSCSI
Расширения iSCSI для RDMA
Список аппаратных платформ сетевого хранилища
Список систем управления сетью хранения данных
Массивный массив неработающих дисков (MAID)
Сетевое хранилище (NAS)
Резервный массив независимых дисков (RAID)
Протокол SCSI RDMA (SRP)
Инициатива по управлению хранением данных - Спецификация - (SMI-S)
Гипервизор хранилища
Управление ресурсами хранения (SRM)
Виртуализация хранилища
Системная сеть

Ссылки [ править ]

^ a b c d e f g h i Джон Тейт, Полл Бек, Гектор Хьюго Ибарра, Шанмуганатан Кумаравел и Либор Миклас (2017). «Введение в сети хранения данных» (PDF) . Красные книги, IBM.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
^ Б с д е е г ч я NIIT (2002). Специальное издание: использование сетей хранения данных . Que Publishing. ISBN 9780789725745.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
^ Б с д е е г ч я J к л м Кристофер Poelker; Алексей Никитин, ред. (2009). Сети хранения для чайников . Джон Вили и сыновья. ISBN 9780470471340.
^ Ричард Баркер и Пол Массилья (2002). Основы сетей хранения данных: полное руководство по пониманию и внедрению сетей SAN . Джон Вили и сыновья. п. 198 . ISBN 9780471267119.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
^ «ТехЭнциклопедия: IP-хранилище» . Проверено 9 декабря 2007 года .
^ «ТехЭнциклопедия: SANoIP» . Проверено 9 декабря 2007 года .
^ «StorNext Storage Manager - программное обеспечение для высокоскоростного обмена файлами, управления данными и цифрового архивирования» . Quantum.com . Проверено 8 июля 2013 года .

Внешние ссылки [ править ]

Что такое сеть хранения данных (SAN)?
Введение в сети хранения данных. Исчерпывающее введение в SAN , IBM Redbook.
SAN против DAS: анализ затрат на хранение на предприятии
SAS и SATA, твердотельное хранилище снижает энергопотребление центра обработки данных
Видео SAN NAS
Информация о сети хранения
20 самых перспективных поставщиков корпоративных решений для хранения данных в 2018 году

[Tate-1] ^ a b c d e f g h i Джон Тейт, Полл Бек, Гектор Хьюго Ибарра, Шанмуганатан Кумаравел и Либор Миклас (2017). «Введение в сети хранения данных» (PDF) . Красные книги, IBM.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )

[NIIT-2] Б с д е е г ч я NIIT (2002). Специальное издание: использование сетей хранения данных . Que Publishing. ISBN 9780789725745.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )

[Dummies-3] Б с д е е г ч я J к л м Кристофер Poelker; Алексей Никитин, ред. (2009). Сети хранения для чайников . Джон Вили и сыновья. ISBN 9780470471340.

[4] Ричард Баркер и Пол Массилья (2002). Основы сетей хранения данных: полное руководство по пониманию и внедрению сетей SAN . Джон Вили и сыновья. п. 198 . ISBN 9780471267119.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )

[5] «ТехЭнциклопедия: IP-хранилище» . Проверено 9 декабря 2007 года .

[6] «ТехЭнциклопедия: SANoIP» . Проверено 9 декабря 2007 года .

[7] «StorNext Storage Manager - программное обеспечение для высокоскоростного обмена файлами, управления данными и цифрового архивирования» . Quantum.com . Проверено 8 июля 2013 года .