Сети хранения данных

SAN - это сети, предназначенные для обеспечения подключения хостов к устройствам хранения (дискам, RAID-массивам и ленточным библиотекам) и обмена данными между ними (обычно на уровне блоков). Если сеть соответствует такому определению, то она является SAN. Теоретически этому определению удовлетворяют различные технологии, включая такие стандартные сетевые протоколы, как IP/Ethernet, но на практике для использования SAN она должна соответствовать ряду дополнительных требований. Такие сетевые протоколы, как IP, разрабатывались для приложений, для которых приемлемы потери пакетов, ошибки передачи и возникновение узких мест производительности, поэтому IP не может полностью исключить такие события. В то же время для SAN недопустимы потери или порча данных и низкая производительность сети в течение долгого времени.

Хотя потери данных в LAN допустимы для приложений и операционных систем, те же самые приложения разрабатывались исходя из допущения, что их система хранения данных работает быстро и надежно (попробуйте отсоединить от Windows-сервера кабель LAN и посмотрите, сможет ли он работать. А затем попробуйте вытащить из сервера его жесткий диск C: …) Это означает, что на практике от SAN требуется максимум производительности и надежности. В этой книге рассматриваются многие общие вопросы технологии SAN независимо от протокола, но тем не менее, основной акцент сделан на SAN, использующих Fibre Channel (FC), поскольку это самый популярный протокол для SAN, специально разработанный с учетом требований к производительности и надежности SAN. Таким образом, термину SAN можно дать следующее более точное определение:

SAN – это высокопроизводительные и очень надежные сети, предназначенные прежде всего для обеспечения связи и обмена данными на уровне блоков между хостами и любыми устройствами хранения (дисками, RAID-массивами и ленточными библиотеками). Они чаще всего включают в себя коммутаторы Fibre Channel, маршрутизаторы, мосты, хосты и устройства хранения.

Fibre Channel SAN предназначены прежде всего для передачи трафика между хостами и устройствами хранения, но по ним может передаваться и другой трафик, например, трафик между хостами и трафик между устройствами хранения.

Например, SAN можно построить только для того, чтобы хосты могли соединяться со своими устройствами хранения, используя SCSI over Fibre Channel (отображение SCSI на FC часто называется “Fibre Channel Protocol” или FCP.) Однако по той же самой инфраструктуре одно устройство хранения может напрямую соединиться с другими для бессерверного резервного копирования или репликации томов. Кроме того, хосты могут соединяться между собой используя Internet Protocol over Fibre Channel (IP/FC). Хосты могут использовать такие протоколы, гарантирующие отсутствие больших задержек, как FC-VI for DMA, для взаимодействия процессов внутри узлов кластера. Для обеспечения этих характеристик в Fibre Channel используется многоуровневый подход, где протоколы верхнего уровня идут поверх сети FC. ( Рис. 1)

 Все больше предприятий сегодня строят у себя SAN, поскольку сети данных обладают рядом важных преимуществ. SAN очень удобны для консолидации ресурсов хранения в единый централизованный пул, что невозможно обеспечить при прямом подключении устройств хранения данных. Такая консолидация позволяет внедрять новые поколения методов управления данными, например, ресурсные вычисления и управление жизненным циклом информации. SAN - эффективное решение для восстановления после аварий, кластеров высокой готовности (HA), улучшения производительности приложений и высокоскоростного резервного копирования/восстановления.

История SAN

В 1980-е годы устройства хранения обычно подключались к серверам напрямую используя шину SCSI, однако из-за быстрого роста требований к хранению в 1990-е годы этот метод прямого подключения устройств хранения (Direct Attached Storage, DAS) стал неэффективным. Дело в том, что при масштабировании DAS возникал целый ряд проблем, например:

• Для модернизации устройств хранения DAS нужно отсоединить шину SCSI и даже разобрать хост, поэтому расширение емкости DAS приводило к перебоям в работе приложений, часто на длительное время, что создавало серьезный риск для бизнеса.

• Максимальное расстояние между хостом и устройствами хранения было небольшим – часто их нельзя было установить в разных частях центра обработки данных. Это ограничение не позволяло обеспечить восстановление после аварий Disaster Recovery (DR).

• Для решений кластеров высокой доступности (High Availability, HA) требуется, чтобы каждый узел кластера имел доступ к устройствам хранения других узлов – это необходимо для переключения приложения узла в случае его сбоя на другие узлы. Однако SCSI может поддерживать не более двух инициаторов на шине, причем большинство продуктов SCSI поддерживают, только один инициатор.

• ИТ-администраторы часто имели избыток емкости в подсистеме хранения одного хоста, и критическую нехватку емкости в другой подсистеме. При этом не было возможности предоставить избыточную емкость хосту, нуждающемуся в ней. Эта ситуация называется проблемой «неиспользуемой емкости (white space utilization)» дисковых или ленточных подсистем хранения. Чем больше емкости не используется, тем ниже эффективность хранения.

• Производительность шины SCSI не соответствовала быстро растущим мощностям центральных процессоров и нагрузки приложений.

Самая простая архитектура DAS – это соединение точка-точка (point-to-point) одного хоста и одного диска (Рис. 2).

Другие архитектуры DAS (например, цепочка дисков на шине SCSI) не обеспечивают существенного улучшения подключений по сравнению с точка-точка.

Например, один адаптер SCSI может обслуживать от семи и до четырнадцати дисков, но для многих современных приложений требуется намного больше накопителей на один адаптер: большинство серверов сегодня способны поддерживать двести и даже пятьсот дисков. SAN революционизировали развертывание и управление устройствами хранения. Подключение устройств хранения к высокоскоростной сети позволило впервые преодолеть ограничения DAS, например:

• Дополнительную емкость можно установить без даже минимального нарушения работы хостов.

• SAN не только охватывают весь центр обработки данных и способны обеспечить построение катастрофоустойчивых решений (Disaster Recovery, DR), защищающих от аварий регионального масштаба, но могут соединять разные континенты для построения DR для защиты от крупных катастроф.

• Решается проблема неэффективного использования емкости, поскольку любой хост может обращаться к любому устройству хранения и если ему нужна дополнительная емкость, то он сможет получить ее от любого устройства, у которого есть свободная емкость.

• Ранее кластеры HA использовались только для самых требовательных приложений, но благодаря SAN сфера их применения существенно расширилась.

• Производительность SAN на базе Fibre Channel превосходит требования самых «тяжелых» приложений. FC стал поддерживать 1Gbit еще до ратификации стандарта Gigabit Ethernet и сейчас поддерживает 2Gbit, 4Gbit, 8Gbit и 10Gbit, что обеспечивает разные опции производительности в зависимости от требований приложений. При использовании транкинга поставляемые сегодня платформы FC способны обеспечить полосу пропускания одного канала до 256Gbit.

Существует несколько способов построения FC SAN. Когда эта технология только вышла на рынок, некоторые вендоры пытались продвигать сети Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL, петля). Однако петли не получили широкого распространения из-за связанных с ними ограничений по производительности, надежности и масштабируемости и самым популярным методом построения SAN оказались коммутируемые фабрики Fibre Channel. На Рис. 3 показана типичная архитектура фабрики.

Неудивительно, что первыми сети хранения стали применять пользователи, которым нужен максимальный уровень доступности, производительности и гибкости конфигураций, т.е. крупные предприятия и государственные организации. Внедрение инфраструктуры SAN позволило им в десять и более раз сократить расходы на внедрение. Эта экономия может быть оценена в показателях «жесткой» окупаемости инвестиций (ROI) и при крупных инсталляциях может сэкономить миллионы долларов.

Вслед за этой категорией пользователей и остальные секторы ИТ-рынка начали внедрять SAN и сегодня все больше ИТ-отделов компаний уже используют SAN либо выполняют ее развертывание. Весь рынок SAN и особенно сектор Fibre Channel быстро растет начиная с 1997 года. Очевидно, что применение SAN очень выгодно для большого числа пользователей. В отличие от начала прошлого десятилетия, сегодня мало кто из ИТ- менеджеров может вкладывать деньги в технологии без обоснования этих инвестиций. Для выделения денег на SAN из ограниченного ИТ-бюджета нужно доказать окупаемость (ROI) решений на основе SAN.