Сеть хранения данных

Не следует путать с сетевыми хранилищами данных (NAS).

Сеть хранения данных (СХД, англ. Storage Area Network, SAN) — представляет собой архитектурное решение для подключения внешних устройств хранения данных, таких как дисковые массивы, ленточные библиотеки, оптические приводы к серверам таким образом, чтобы операционная система распознала подключённые ресурсы как локальные. Несмотря на то, что стоимость и сложность таких систем постоянно падают, по состоянию на 2007 год сети хранения данных остаются редкостью за пределами больших предприятий.

SAN характеризуются предоставлением так называемых сетевых блочных устройств (обычно посредством протоколов Fibre Channel, iSCSI или AoE), в то время как сетевые хранилища данных (англ. Network Attached Storage, NAS) нацелены на предоставление доступа к хранящимся на их файловой системе данным при помощи сетевой файловой системы (такой как NFS, SMB/CIFS, или Apple Filing Protocol).

Следует обратить внимание, что категорическое разделение вида «SAN — это только сетевые диски, NAS — это только сетевая файловая система» является искусственным: с появлением iSCSI началось взаимное проникновение технологий с целью повышения гибкости и удобства их применения. Например, в 2003 году NetApp уже предоставляли iSCSI на своих NAS, а EMC и HDS — наоборот, предлагали NAS-шлюзы для своих SAN-массивов.

Типы сетей

Большинство сетей хранения данных использует протокол SCSI для связи между серверами и устройствами хранения данных на уровне шинной топологии. Так как протокол SCSI не предназначен для формирования сетевых пакетов, в сетях хранения данных используются низкоуровневые протоколы:

• Fibre Channel Protocol (FCP), транспорт SCSI через Fibre Channel. Наиболее часто используемый на данный момент протокол. Существует в вариантах 1 Gbit/s, 2 Gbit/s, 4 Gbit/s, 8 Gbit/s, 10 Gbit/s, 16 Gbit/s, 20 Gbit/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 (используется только мейнфреймами).
• ATA over Ethernet, транспорт ATA через Ethernet.

Совместное использование устройств хранения

Движущей силой для развития сетей хранения данных стал взрывной рост объёма деловой информации (такой как электронная почта, базы данных и высоконагруженные файловые серверы), требующей высокоскоростного доступа к дисковым устройствам на блочном уровне. Ранее на предприятии возникали «острова» высокопроизводительных дисковых массивов SCSI. Каждый такой массив был выделен для конкретного приложения и виден ему как некоторое количество «виртуальных жестких дисков» (LUN'ов).

Сеть хранения данных позволяет объединить эти «острова» средствами высокоскоростной сети. Также без использования технологий SCSI транспорта невозможно организовать отказоустойчивые кластеры, в которых один сервер подключается к двум и более дисковым массивам, находящимся на большом расстоянии друг от друга на случай стихийных бедствий.

Сети хранения помогают повысить эффективность использования ресурсов систем хранения, поскольку дают возможность выделить любой ресурс любому узлу сети.

Не стоит забывать и об устройствах резервного копирования, которые также подключаются к СХД (SAN). В данный момент существуют как промышленные ленточные библиотеки (на несколько тысяч лент) от ведущих брендов, так и low-end решения для малого бизнеса. Сети хранения данных позволяют подключить к одному хосту несколько приводов таких библиотек, обеспечив таким образом хранилище данных для резервного копирования от сотен терабайт до нескольких петабайт.

Преимущества

Совместное использование систем хранения, как правило, упрощает администрирование и добавляет изрядную гибкость, поскольку кабели и дисковые массивы не нужно физически транспортировать и перекоммутировать от одного сервера к другому.

Другим преимуществом является возможность загружать сервера прямо из сети хранения. При такой конфигурации можно быстро и легко заменить сбойный сервер, переконфигурировав SAN таким образом, что сервер-замена будет загружаться с LUN'а сбойного сервера. Эта процедура может занять, например, полчаса. Идея относительно новая, но уже используется в новейших датацентрах.

Дополнительным преимуществом является возможность на хосте собрать RAID-зеркало с LUNов, которые презентованы хосту с двух разных дисковых массивов. В таком случае полный отказ одного из массивов не навредит хосту.

Также сети хранения помогают более эффективно восстанавливать работоспособность после сбоя. В SAN может входить удаленный участок со вторичным устройством хранения. В таком случае можно использовать репликацию — реализованную на уровне контроллеров массивов, либо при помощи специальных аппаратных устройств. Поскольку каналы WAN на основе протокола IP встречаются часто, были разработаны протоколы Fibre Channel over IP (FCIP) и iSCSI с целью расширить единую SAN средствами сетей на основе протокола IP. Спрос на такие решения значительно возрос после событий 11 сентября 2001 года в США.

Сравнение технологий обмена данными

Порой сравнивают SAN и NAS, говоря на самом деле о разнице между сетевым диском и сетевой ФС — которая состоит в том, кто обслуживает файловую систему, хранящие данные.

В случае сетевого диска (также «блочного устройства», англ. block device):

• обмен данными с ним по сети осуществляется блоками подобно тому, как и с локальным SCSI- или SATA-диском;
• файловая система, если нужна, создаётся и управляется клиентом и, как правило, используется им одним.

В случае сетевой файловой системы («ресурс с совместным/разделяемым доступом» — не хранит, а только передаёт данные):

• обмен данными по сети происходит с применением более высокоуровневых понятий «файл» и «каталог», соответствующих объектам подлежащей «настоящей» ФС на физических дисках (либо логических поверх них в случае применения RAID, LVM);
• эта файловая система создаётся и обслуживается в рамках удалённой системы, при этом может одновременно использоваться на чтение и запись множеством клиентов.

Топология сети

Однокоммутаторная структура

Однокоммутаторная структура (англ. single-switch fabric) состоит из одного коммутатора Fibre Channel, сервера и системы хранения данных. Обычно эта топология является базовой для всех стандартных решений — другие топологии создаются объединением однокоммутаторных ячеек.

Дерево или Каскадная структура

Каскадная структура (англ. cascaded fabric) — набор ячеек, коммутаторы которых соединены в дерево с помощью межкоммутаторных соединений (англ. Inter-Switch link, ISL). Во время 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 этот линк в сторону главного свитча или на периферию.

Решётка

Решетка (англ. meshed fabric) — набор ячеек, коммутатор каждой из которых соединен со всеми другими. При отказе одного (а в ряде сочетаний — и более) ISL соединения связность сети не нарушается. Недостаток — большая избыточность соединений.

Кольцо

Кольцо (англ. ring fabric) — практически повторяет схему топологии решётка. Среди преимуществ — использование меньшего количества ISL соединений.

Центрально-распределённая

Центрально-распределённая топология (англ. core-edge fabric) — практически повторяет схему топологии решётка. Среди преимуществ — меньшая избыточность соединений и высокая степень отказоустойчивости.

Производительность

Появление новых высокотехнологичных материалов способствует росту производительности сетей на базе Fibre Channel и Ethernet. Уже существуют коммутаторы, поддерживающие скорость передачи 10Gbit/s. Для этого используется новый тип трансивера — XFP, а также оптоволокно стандарта ОМ3. Росту скорости передачи способствует и то, что коммутаторы могут собирать на Inter Switch Link’ах транкгруппы из нескольких портов. Коммутаторы «SilkWorm» от Brocade могут собирать транк из восьми линков. Транков может быть несколько, если возникает такая необходимость.

См. также

• Fibre Channel
• iSCSI

Ссылки

• [h20000.www2.hp.com/bc/docs/support/SupportManual/c00403562/c00403562.pdf HP SAN DESIGN GUIDE]
• [www.redbooks.ibm.com/redbooks/pdfs/sg245470.pdf Introduction to Storage Area Networks]
• [www.osp.ru/lan/2004/07/139293/ Сети хранения в ретроспективе и перспективе / Статья]

Отрывок, характеризующий Сеть хранения данных

В 1808 году император Александр ездил в Эрфурт для нового свидания с императором Наполеоном, и в высшем Петербургском обществе много говорили о величии этого торжественного свидания.
В 1809 году близость двух властелинов мира, как называли Наполеона и Александра, дошла до того, что, когда Наполеон объявил в этом году войну Австрии, то русский корпус выступил за границу для содействия своему прежнему врагу Бонапарте против прежнего союзника, австрийского императора; до того, что в высшем свете говорили о возможности брака между Наполеоном и одной из сестер императора Александра. Но, кроме внешних политических соображений, в это время внимание русского общества с особенной живостью обращено было на внутренние преобразования, которые были производимы в это время во всех частях государственного управления.
Жизнь между тем, настоящая жизнь людей с своими существенными интересами здоровья, болезни, труда, отдыха, с своими интересами мысли, науки, поэзии, музыки, любви, дружбы, ненависти, страстей, шла как и всегда независимо и вне политической близости или вражды с Наполеоном Бонапарте, и вне всех возможных преобразований.
Князь Андрей безвыездно прожил два года в деревне. Все те предприятия по именьям, которые затеял у себя Пьер и не довел ни до какого результата, беспрестанно переходя от одного дела к другому, все эти предприятия, без выказыванья их кому бы то ни было и без заметного труда, были исполнены князем Андреем.
Он имел в высшей степени ту недостававшую Пьеру практическую цепкость, которая без размахов и усилий с его стороны давала движение делу.
Одно именье его в триста душ крестьян было перечислено в вольные хлебопашцы (это был один из первых примеров в России), в других барщина заменена оброком. В Богучарово была выписана на его счет ученая бабка для помощи родильницам, и священник за жалованье обучал детей крестьянских и дворовых грамоте.
Одну половину времени князь Андрей проводил в Лысых Горах с отцом и сыном, который был еще у нянек; другую половину времени в богучаровской обители, как называл отец его деревню. Несмотря на выказанное им Пьеру равнодушие ко всем внешним событиям мира, он усердно следил за ними, получал много книг, и к удивлению своему замечал, когда к нему или к отцу его приезжали люди свежие из Петербурга, из самого водоворота жизни, что эти люди, в знании всего совершающегося во внешней и внутренней политике, далеко отстали от него, сидящего безвыездно в деревне.
Кроме занятий по именьям, кроме общих занятий чтением самых разнообразных книг, князь Андрей занимался в это время критическим разбором наших двух последних несчастных кампаний и составлением проекта об изменении наших военных уставов и постановлений.
Весною 1809 года, князь Андрей поехал в рязанские именья своего сына, которого он был опекуном.
Пригреваемый весенним солнцем, он сидел в коляске, поглядывая на первую траву, первые листья березы и первые клубы белых весенних облаков, разбегавшихся по яркой синеве неба. Он ни о чем не думал, а весело и бессмысленно смотрел по сторонам.
Проехали перевоз, на котором он год тому назад говорил с Пьером. Проехали грязную деревню, гумны, зеленя, спуск, с оставшимся снегом у моста, подъём по размытой глине, полосы жнивья и зеленеющего кое где кустарника и въехали в березовый лес по обеим сторонам дороги. В лесу было почти жарко, ветру не слышно было. Береза вся обсеянная зелеными клейкими листьями, не шевелилась и из под прошлогодних листьев, поднимая их, вылезала зеленея первая трава и лиловые цветы. Рассыпанные кое где по березнику мелкие ели своей грубой вечной зеленью неприятно напоминали о зиме. Лошади зафыркали, въехав в лес и виднее запотели.
Лакей Петр что то сказал кучеру, кучер утвердительно ответил. Но видно Петру мало было сочувствования кучера: он повернулся на козлах к барину.
– Ваше сиятельство, лёгко как! – сказал он, почтительно улыбаясь.
– Что!
– Лёгко, ваше сиятельство.
«Что он говорит?» подумал князь Андрей. «Да, об весне верно, подумал он, оглядываясь по сторонам. И то зелено всё уже… как скоро! И береза, и черемуха, и ольха уж начинает… А дуб и не заметно. Да, вот он, дуб».
На краю дороги стоял дуб. Вероятно в десять раз старше берез, составлявших лес, он был в десять раз толще и в два раза выше каждой березы. Это был огромный в два обхвата дуб с обломанными, давно видно, суками и с обломанной корой, заросшей старыми болячками. С огромными своими неуклюжими, несимметрично растопыренными, корявыми руками и пальцами, он старым, сердитым и презрительным уродом стоял между улыбающимися березами. Только он один не хотел подчиняться обаянию весны и не хотел видеть ни весны, ни солнца.
«Весна, и любовь, и счастие!» – как будто говорил этот дуб, – «и как не надоест вам всё один и тот же глупый и бессмысленный обман. Всё одно и то же, и всё обман! Нет ни весны, ни солнца, ни счастия. Вон смотрите, сидят задавленные мертвые ели, всегда одинакие, и вон и я растопырил свои обломанные, ободранные пальцы, где ни выросли они – из спины, из боков; как выросли – так и стою, и не верю вашим надеждам и обманам».
Князь Андрей несколько раз оглянулся на этот дуб, проезжая по лесу, как будто он чего то ждал от него. Цветы и трава были и под дубом, но он всё так же, хмурясь, неподвижно, уродливо и упорно, стоял посреди их.
«Да, он прав, тысячу раз прав этот дуб, думал князь Андрей, пускай другие, молодые, вновь поддаются на этот обман, а мы знаем жизнь, – наша жизнь кончена!» Целый новый ряд мыслей безнадежных, но грустно приятных в связи с этим дубом, возник в душе князя Андрея. Во время этого путешествия он как будто вновь обдумал всю свою жизнь, и пришел к тому же прежнему успокоительному и безнадежному заключению, что ему начинать ничего было не надо, что он должен доживать свою жизнь, не делая зла, не тревожась и ничего не желая.


По опекунским делам рязанского именья, князю Андрею надо было видеться с уездным предводителем. Предводителем был граф Илья Андреич Ростов, и князь Андрей в середине мая поехал к нему.
Был уже жаркий период весны. Лес уже весь оделся, была пыль и было так жарко, что проезжая мимо воды, хотелось купаться.
Князь Андрей, невеселый и озабоченный соображениями о том, что и что ему нужно о делах спросить у предводителя, подъезжал по аллее сада к отрадненскому дому Ростовых. Вправо из за деревьев он услыхал женский, веселый крик, и увидал бегущую на перерез его коляски толпу девушек. Впереди других ближе, подбегала к коляске черноволосая, очень тоненькая, странно тоненькая, черноглазая девушка в желтом ситцевом платье, повязанная белым носовым платком, из под которого выбивались пряди расчесавшихся волос. Девушка что то кричала, но узнав чужого, не взглянув на него, со смехом побежала назад.
Князю Андрею вдруг стало от чего то больно. День был так хорош, солнце так ярко, кругом всё так весело; а эта тоненькая и хорошенькая девушка не знала и не хотела знать про его существование и была довольна, и счастлива какой то своей отдельной, – верно глупой – но веселой и счастливой жизнию. «Чему она так рада? о чем она думает! Не об уставе военном, не об устройстве рязанских оброчных. О чем она думает? И чем она счастлива?» невольно с любопытством спрашивал себя князь Андрей.
Граф Илья Андреич в 1809 м году жил в Отрадном всё так же как и прежде, то есть принимая почти всю губернию, с охотами, театрами, обедами и музыкантами. Он, как всякому новому гостю, был рад князю Андрею, и почти насильно оставил его ночевать.
В продолжение скучного дня, во время которого князя Андрея занимали старшие хозяева и почетнейшие из гостей, которыми по случаю приближающихся именин был полон дом старого графа, Болконский несколько раз взглядывая на Наташу чему то смеявшуюся и веселившуюся между другой молодой половиной общества, всё спрашивал себя: «о чем она думает? Чему она так рада!».
Вечером оставшись один на новом месте, он долго не мог заснуть. Он читал, потом потушил свечу и опять зажег ее. В комнате с закрытыми изнутри ставнями было жарко. Он досадовал на этого глупого старика (так он называл Ростова), который задержал его, уверяя, что нужные бумаги в городе, не доставлены еще, досадовал на себя за то, что остался.
Князь Андрей встал и подошел к окну, чтобы отворить его. Как только он открыл ставни, лунный свет, как будто он настороже у окна давно ждал этого, ворвался в комнату. Он отворил окно. Ночь была свежая и неподвижно светлая. Перед самым окном был ряд подстриженных дерев, черных с одной и серебристо освещенных с другой стороны. Под деревами была какая то сочная, мокрая, кудрявая растительность с серебристыми кое где листьями и стеблями. Далее за черными деревами была какая то блестящая росой крыша, правее большое кудрявое дерево, с ярко белым стволом и сучьями, и выше его почти полная луна на светлом, почти беззвездном, весеннем небе. Князь Андрей облокотился на окно и глаза его остановились на этом небе.
Комната князя Андрея была в среднем этаже; в комнатах над ним тоже жили и не спали. Он услыхал сверху женский говор.
– Только еще один раз, – сказал сверху женский голос, который сейчас узнал князь Андрей.
– Да когда же ты спать будешь? – отвечал другой голос.
– Я не буду, я не могу спать, что ж мне делать! Ну, последний раз…
Два женские голоса запели какую то музыкальную фразу, составлявшую конец чего то.
– Ах какая прелесть! Ну теперь спать, и конец.
– Ты спи, а я не могу, – отвечал первый голос, приблизившийся к окну. Она видимо совсем высунулась в окно, потому что слышно было шуршанье ее платья и даже дыханье. Всё затихло и окаменело, как и луна и ее свет и тени. Князь Андрей тоже боялся пошевелиться, чтобы не выдать своего невольного присутствия.