Сеть хранения данных - Storage area network

Не путать с Network Attached Storage.

Компьютерная сеть типы
по пространственному размеру
Классификация сетей передачи данных по пространственной области видимости.svg
Fibre Channel
Уровень 4. Отображение протокола
Маскировка LUN
Уровень 3. Общие службы
Уровень 2. Сеть
Ткань Fibre Channel
Зонирование Fibre Channel
Уведомление об изменении зарегистрированного состояния
Уровень 1. Канал передачи данных
Кодирование Fibre Channel 8B / 10B
Уровень 0. Физический

А сеть хранения данных (SAN) или же сеть хранения это компьютерная сеть который обеспечивает доступ к консолидированной, блочное хранилище данных. Сети SAN в основном используются для доступа к устройствам хранения, таким как дисковые массивы и ленточные библиотеки из серверы чтобы устройства были видны Операционная система в качестве хранилище с прямым подключением. SAN обычно представляет собой выделенную сеть устройств хранения, недоступных через локальная сеть (ЛВС).

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

Архитектуры хранения

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

Сети хранения данных (SAN) иногда называют сеть за серверами[1]:11 и исторически сложился из централизованное хранение данных модель, но со своим сеть передачи данных. SAN - это, в простейшем случае, выделенная сеть для хранения данных. Помимо хранения данных, сети SAN позволяют автоматически резервный данных, а также мониторинг хранилища и процесса резервного копирования.[2]:16–17 SAN - это комбинация аппаратного и программного обеспечения.[2]:9 Он вырос из ориентированных на данные архитектуры мэйнфреймов, где клиенты в сети могут подключаться к нескольким серверы которые хранят разные типы данных.[2]:11 Чтобы масштабировать емкость хранилища по мере роста объемов данных, хранилище с прямым подключением (DAS), где дисковые массивы или же просто куча дисков (JBOD) были прикреплены к серверам. В этой архитектуре можно добавить устройства хранения для увеличения емкости хранения. Однако сервер, через который осуществляется доступ к устройствам хранения, является единая точка отказа, а большая часть пропускной способности сети LAN используется для доступа, хранения и резервного копирования данных. Чтобы решить проблему единой точки отказа, общее хранилище с прямым подключением была реализована архитектура, при которой несколько серверов могли получить доступ к одному 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. Из него развился Network Attached Storage (NAS) архитектура, в которой один или несколько выделенных файловый сервер или устройства хранения доступны в локальной сети.[2]:18 Таким образом, передача данных, особенно для резервного копирования, по-прежнему происходит по существующей локальной сети. Если за один раз 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 помощью TCP и IP протоколы по Ethernet. Для сетей SAN были разработаны различные протоколы, такие как Fibre Channel, iSCSI, Infiniband. Поэтому в сетях SAN часто есть собственная сеть и устройства хранения, которые необходимо покупать, устанавливать и настраивать. Это делает сети SAN дороже, чем архитектуры NAS.[2]:29

Составные части

Двухпортовая плата адаптера хост-шины FC 8 Гбит / с

В SAN есть собственные сетевые устройства, например коммутаторы SAN. Для доступа к SAN используются так называемые SAN-серверы, которые, в свою очередь, подключаются к SAN. хост-адаптеры. Внутри сети SAN может быть соединен ряд устройств хранения данных, например дисковые массивы с поддержкой SAN, JBODS и ленточные библиотеки.[2]:32,35–36

Уровень хоста

Говорят, что серверы, которые разрешают доступ к сети SAN и ее устройствам хранения, образуют хост-слой сети SAN. Такие серверы имеют хост-адаптеры, которые представляют собой карты, которые подключаются к слотам на сервере. материнская плата (обычно слоты PCI) и запускать с соответствующим прошивка и драйвер устройства. Через хост-адаптеры Операционная система сервера могут обмениваться данными с устройствами хранения в сети SAN.[3]:26

При развертывании Fibre Channel кабель подключается к хост-адаптеру через конвертер 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 модулем Gigabit Link (GLM).[3]:27

Слой ткани

Qlogic SAN-выключатель с оптическим Fibre Channel разъемы установлены

Уровень фабрики состоит из сетевых устройств SAN, которые включают Коммутаторы SAN, маршрутизаторы, мосты протокола, устройства шлюза и кабели. Сетевые устройства SAN перемещают данные внутри SAN или между инициатор, например, порт HBA сервера и цель, например порт запоминающего устройства.

Когда SAN были впервые построены, концентраторы были единственными устройствами, которые Fibre Channel но были разработаны коммутаторы Fibre Channel, и теперь концентраторы редко встречаются в сетях 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 внедрить через медные кабели, в наши дни многомодовые волоконно-оптические кабели используются в сетях SAN.[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 предназначены для резервирования и устанавливаются в ячеистая топология. 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 сетях SAN используется протокол коммутируемой матрицы Fibre Channel FC-SW-6, в соответствии с которым каждое устройство в сети SAN имеет жестко запрограммированную Всемирное имя (WWN) адрес 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 указать 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

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

Сериализованный Интерфейс малых компьютерных систем (SCSI) протокол часто используется поверх протокола коммутируемой фабрики Fibre Channel на серверах и устройствах хранения SAN. В Интерфейс малых компьютерных систем Интернета (iSCSI) более Ethernet и Infiniband протоколы также могут быть реализованы в SAN, но часто соединяются в 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 слой хранения. Он может включать в себя множество жесткий диск и магнитная лента устройства, хранящие данные. В SAN дисковые массивы объединяются через RAID, благодаря чему множество жестких дисков 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 SAN, и каждый узел в SAN, будь то сервер или другое устройство хранения, может получить доступ к хранилищу через LUN. LUN позволяют сегментировать емкость хранилища SAN и реализовывать средства управления доступом. Конкретному серверу или группе серверов может быть, например, 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, которые в любом случае не должны быть доступны серверу, маскируются.[3]:354 Другой метод ограничения доступа к серверу для определенных устройств хранения SAN - это управление доступом на основе фабрики или зонирование, которое должно быть реализовано на сетевых устройствах SAN и серверах. Таким образом, доступ к серверу ограничивается запоминающими устройствами, находящимися в определенной зоне SAN.[4]

Сетевые протоколы

Большинство сетей хранения используют SCSI протокол для связи между серверами и дисковыми накопителями.[нужна цитата ] Слой сопоставления с другими протоколами используется для формирования сети:

Сети хранения также могут быть построены с использованием SAS и SATA технологии. SAS произошел от системы хранения с прямым подключением SCSI. SATA произошел от IDE хранилище с прямым подключением. Устройства SAS и SATA могут быть объединены в сеть с помощью Расширители SAS.

Примеры составных протоколов с использованием SCSI:

Приложения
SCSI Слой
FCPFCPFCPFCPiSCSIiSERSRP
FCIPiFCP
TCPRDMA Транспорт
FCoEIPIP или же InfiniBand Сеть
FCEthernetEthernet или InfiniBand Link

Программного обеспечения

SAN в первую очередь определяется как сеть специального назначения, Промышленная 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 с программным обеспечением. уровень управления. Это программное обеспечение организует серверы, устройства хранения и сеть таким образом, чтобы данные можно было передавать и хранить. Поскольку SAN - это не хранилище с прямым подключением (DAS) устройства хранения в сети SAN не принадлежат серверу и не управляются им.[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 внутри 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 Простой протокол 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 запоминающих устройств 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 хранением данных (SMI-S), где объекты и процессы CIM зарегистрированы в каталоге. Затем программные приложения и подсистемы могут использовать этот каталог.[1]:177 Также доступны управляющие программные приложения для настройки устройств хранения SAN, позволяющие, например, конфигурировать зоны и номера логических устройств (LUN).[1]:178

В конечном итоге сетевые устройства SAN и устройства хранения доступны от многих поставщиков. Каждый поставщик SAN имеет 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 интерфейс прикладного программирования (API) для своих устройств, доступных другим поставщикам. В таких случаях программное обеспечение для управления SAN верхнего уровня может управлять устройствами SAN от других поставщиков.[1]:180

Поддержка файловых систем

В сети SAN данные передаются, хранятся и доступны на уровне блоков. Таким образом, SAN не обеспечивает файл данных только абстракция блочное хранилище и операции. Но файловые системы были разработаны для работы с программным обеспечением SAN, чтобы обеспечить доступ на уровне файлов. Они известны как файловая система с общим диском (Файловая система SAN) .Серверные операционные системы поддерживают свои собственные файловые системы на свои собственные выделенные, не разделяемые LUN, как если бы они были локальными для самих 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, например Файловые системы SAN или же кластерные вычисления.

В СМИ и развлечениях

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

Качество обслуживания

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

На QoS в системе хранения SAN может повлиять неожиданное увеличение трафика данных (всплеск использования) от одного пользователя сети, что может вызвать снижение производительности для других пользователей в той же сети. Это можно назвать «эффектом шумного соседа». Когда службы QoS включены в системе хранения SAN, 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 сетевые нагрузки непредсказуемы, 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

Основная статья: Виртуализация хранилища

Виртуализация хранилища это процесс абстрагирования логической памяти от физической. 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 прозрачность 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.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я 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 (связь)
  2. ^ а б c d е ж грамм час я НИИТ (2002). Специальное издание: использование сетей хранения данных. Que Publishing. ISBN  9780789725745.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м Кристофер Пёлкер; Алексей Никитин, ред. (2009). Сети хранения данных для чайников. Джон Вили и сыновья. ISBN  9780470471340.
  4. ^ Ричард Баркер и Пол Массилья (2002). Основы сети хранения данных: полное руководство по пониманию и внедрению сетей SAN. Джон Вили и сыновья. п.198. ISBN  9780471267119.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  5. ^ «ТехЭнциклопедия: IP-хранилище». Получено 9 декабря 2007.
  6. ^ «ТехЭнциклопедия: SANoIP». Получено 9 декабря 2007.
  7. ^ «StorNext Storage Manager - программное обеспечение для высокоскоростного обмена файлами, управления данными и цифрового архивирования». Quantum.com. Получено 8 июля 2013.

внешняя ссылка