Síť úložných prostorů - Storage area network

Fibre Channel
Fibre Channel
Vrstva 4. Mapování protokolu
	LUN maskování
Vrstva 3. Běžné služby
Vrstva 2. Síť
	Tkanina ; Fibre Channel Zónování Fibre Channel ; Zaregistrované oznámení o změně stavu
Vrstva 1. Datový odkaz
	Kódování Fibre Channel 8B/10B
Vrstva 0. Fyzická

Storage Area Network ( SAN ) nebo síťové úložiště je počítačová síť , která poskytuje přístup k konsolidované, ukládání dat na úrovni bloků . SAN se primárně používají pro přístup k zařízením pro ukládání dat, jako jsou disková pole a páskové knihovny ze serverů, takže se zařízení operačnímu systému jeví jako přímo připojené úložiště . SAN je obvykle vyhrazená síť úložných zařízení, která nejsou přístupná prostřednictvím místní sítě (LAN).

Ačkoli SAN poskytuje pouze přístup na úrovni bloku, souborové systémy postavené na SAN poskytují přístup na úrovni souborů a jsou známé jako souborové systémy na sdíleném disku .

Architektury úložiště

Síť Fibre Channel SAN spojuje servery s úložištěm pomocí přepínačů Fibre Channel.

Sítě úložných oblastí (SAN) se někdy označují jako síť za servery a jsou historicky vyvinuty z centralizovaného modelu ukládání dat , ale s vlastní datovou sítí . SAN je ve své nejjednodušší vyhrazené síti pro ukládání dat. SAN umožňují kromě ukládání dat také automatické zálohování dat a monitorování úložiště a procesu zálohování. SAN je kombinace hardwaru a softwaru. Vyrostlo to z mainframových architektur zaměřených na data , kde se klienti v síti mohou připojit k několika serverům, které ukládají různé typy dat. Aby se zvětšovaly objemy dat s rostoucími objemy dat, bylo vyvinuto přímo připojené úložiště (DAS), kde byla k serverům připojena disková pole nebo jen hromada disků (JBOD). V této architektuře lze přidat úložná zařízení pro zvýšení kapacity úložiště. Server, přes který se přistupuje k úložným zařízením, je však jediným bodem selhání a velká část šířky pásma sítě LAN se používá pro přístup, ukládání a zálohování dat. K vyřešení problému s jediným bodem selhání byla implementována přímo sdílená architektura sdíleného úložiště , kde několik serverů mělo přístup ke stejnému úložnému zařízení.

DAS byl první síťový úložný systém a stále se široce používá tam, kde nejsou požadavky na ukládání dat příliš vysoké. Z toho se vyvinula architektura síťového úložiště (NAS), kde je v síti LAN k dispozici jeden nebo více vyhrazených souborových serverů nebo úložných zařízení. Přenos dat, zejména pro zálohování, proto stále probíhá přes stávající LAN. Pokud bylo v jednom okamžiku uloženo více než terabajt dat, šířka pásma LAN se stala úzkým hrdlem. Proto byly vyvinuty sítě SAN, kde byla k síti LAN připojena vyhrazená úložná síť a terabajty dat jsou přenášeny prostřednictvím vyhrazené vysokorychlostní a šířky pásma. V rámci sítě SAN jsou paměťová zařízení propojena. Přenos dat mezi úložnými zařízeními, například pro zálohování, probíhá za servery a má být transparentní. V architektuře NAS jsou data přenášena pomocí protokolů TCP a IP přes ethernet . Pro SAN byly vyvinuty výrazné protokoly, například Fibre Channel , iSCSI , Infiniband . SAN mají proto často vlastní síťová a úložná zařízení, která je třeba koupit, nainstalovat a konfigurovat. Díky tomu jsou SAN ze své podstaty dražší než architektury NAS.

Komponenty

Adaptérová karta hostitele sběrnice se dvěma porty 8 Gb FC

SAN mají svá vlastní síťová zařízení, například přepínače SAN. Pro přístup k SAN se používají takzvané SAN servery, které se zase připojují k hostitelským adaptérům SAN . V rámci sítě SAN může být propojena řada zařízení pro ukládání dat, například disková pole podporující SAN, JBODS a páskové knihovny .

Hostitelská vrstva

O serverech, které umožňují přístup k SAN a jeho úložným zařízením, se říká, že tvoří hostitelskou vrstvu SAN. Takové servery mají hostitelské adaptéry, což jsou karty, které se připojují ke slotům na základní desce serveru (obvykle sloty PCI) a běží s odpovídajícím firmwarem a ovladačem zařízení . Prostřednictvím hostitelských adaptérů může operační systém serveru komunikovat s úložnými zařízeními v síti SAN.

Při nasazení Fibre Channel se kabel připojuje k hostitelskému adaptéru prostřednictvím převaděče gigabitového rozhraní (GBIC). GBIC se také používají na přepínačích a úložných zařízeních v rámci sítě SAN a převádějí digitální bity na světelné impulsy, které lze poté přenášet přes kabely Fibre Channel. Naopak GBIC převádí příchozí světelné impulsy zpět na digitální bity. Předchůdce GBIC se nazýval gigabitový propojovací modul (GLM).

Látková vrstva

Qlogic SAN- přepínat pomocí optických Fibre Channel konektory instalovanými

Textilní vrstva se skládá ze síťových zařízení SAN , které zahrnují přepínače SAN , směrovače, mosty protokolů, zařízení brány a kabely. Síťová zařízení SAN přesouvají data v rámci sítě SAN nebo mezi iniciátorem , například portem HBA serveru, a cílem , například portem paměťového zařízení.

Když byly sítě SAN poprvé postaveny, byla rozbočovače jedinými zařízeními, která podporovala Fibre Channel , ale byly vyvinuty přepínače Fibre Channel a rozbočovače se nyní v sítích SAN nacházejí jen zřídka. Přepínače mají oproti rozbočovačům tu výhodu, že umožňují všem připojeným zařízením komunikovat současně, protože přepínač poskytuje vyhrazené propojení pro vzájemné propojení všech portů. Když byly SANy poprvé postaveny, Fibre Channel musel být implementován přes měděné kabely, v dnešní době se v SAN používají multimodové kabely z optických vláken .

Sítě SAN jsou obvykle postaveny s redundancí, takže přepínače SAN jsou propojeny redundantními linkami. Přepínače SAN spojují servery s úložnými zařízeními a obvykle neblokují a umožňují přenos dat přes všechny připojené kabely současně. Přepínače SAN jsou pro účely redundance nastaveny v síťové topologii . Jeden přepínač SAN může mít až 8 portů a až 32 portů s modulárními rozšířeními. Takzvané přepínače třídy ředitelů mohou mít až 128 portů.

V přepínaných sítích SAN se používá protokol FC-SW-6 s přepínáním vláken Fibre Channel, pod kterým má každé zařízení v síti SAN pevně zakódovanou adresu World Wide Name (WWN) v adaptéru hostitelské sběrnice (HBA). Pokud je zařízení připojeno k síti SAN, je jeho WWN zaregistrováno na serveru názvů přepínačů SAN. Místo názvu WWN nebo celosvětového názvu portu (WWPN) mohou prodejci úložných zařízení SAN Fibre Channel také pevně zadat název celosvětového uzlu (WWNN). Porty úložných zařízení mají často WWN začínající na 5, zatímco sběrnicové adaptéry serverů začínají na 10 nebo 21.

Úložná vrstva

Fibre Channel je vrstvená technologie, která začíná na fyzické vrstvě a postupuje přes protokoly k protokolům vyšší úrovně, jako jsou SCSI a SBCCS.

Serializovaný protokol SCSI ( Small Computer Systems Interface ) se často používá nad protokolem Fibre Channel Switched Fabric na serverech a úložných zařízeních SAN. Rozhraní Internet Small Computer Systems Interface (iSCSI) přes Ethernet a protokoly Infiniband lze také nalézt implementované v sítích SAN, ale často jsou přemostěny do sítě SAN Fibre Channel. K dispozici jsou však úložná zařízení Infiniband a iSCSI, zejména disková pole.

Říká se, že různá úložná zařízení v síti SAN tvoří úložnou vrstvu . Může obsahovat různá zařízení s pevným diskem a magnetickou páskou, která ukládají data. V sítích SAN jsou disková pole spojena pomocí pole RAID, díky kterému spousta pevných disků vypadá a funguje jako jedno velké úložné zařízení. Každé úložné zařízení, nebo dokonce oddíl na tomto úložném zařízení, má přiřazeno číslo logické jednotky (LUN). Toto je jedinečné číslo v rámci sítě SAN. Každý uzel v síti SAN, ať už je to server nebo jiné úložné zařízení, může k úložišti přistupovat odkazem na LUN. LUNy umožňují segmentaci úložné kapacity SAN a implementaci řízení přístupu. Konkrétnímu serveru nebo skupině serverů může být například poskytnut přístup pouze k určité části úložné vrstvy SAN ve formě logických jednotek. Když úložné zařízení obdrží požadavek na čtení nebo zápis dat, zkontroluje svůj přístupový seznam a určí, zda uzlu, identifikovanému jeho LUN, je povolen přístup do úložné oblasti, také identifikované LUN. Maskování LUN je technika, kdy adaptér hostitelské sběrnice a software SAN serveru omezují logické jednotky, pro které jsou přijímány příkazy. Přitom jsou maskované logické jednotky, ke kterým by server nikdy neměl přistupovat. Další metodou, jak omezit přístup serveru na konkrétní úložná zařízení SAN, je řízení přístupu na základě tkanin nebo zónování, které vynucují síťová zařízení a servery SAN. Při zónování je přístup na server omezen na úložná zařízení, která jsou v konkrétní zóně SAN.

Síťové protokoly

K vytvoření sítě se používá mapovací vrstva na jiné protokoly:

ATA přes Ethernet (AoE), mapování AT Attachment (ATA) přes Ethernet
Fiber Channel Protocol (FCP), mapování SCSI přes Fibre Channel
Fibre Channel over Ethernet (FCoE)
ESCON přes Fibre Channel ( FICON ), používaný sálovými počítači
HyperSCSI , mapování SCSI přes Ethernet
iFCP nebo SANoIP mapování FCP přes IP
iSCSI , mapování SCSI přes TCP/IP
Rozšíření iSCSI pro RDMA (iSER), mapování iSCSI přes InfiniBand
Zařízení blokování sítě , mapování požadavků na uzly zařízení v systémech podobných systému UNIX přes sokety streamů, jako je TCP/IP
SCSI RDMA Protocol (SRP), další implementace SCSI pro přenosy RDMA ( Remote Direct Memory Access )

Úložné sítě lze také budovat pomocí technologií Serial Attached SCSI (SAS) a Serial ATA (SATA). SAS se vyvinul z přímo připojeného úložiště SCSI. SATA se vyvinula z přímo připojeného úložiště Parallel ATA . Zařízení SAS a SATA lze propojit do sítě pomocí expandérů SAS .

Příklady skládaných protokolů využívajících SCSI
Aplikace
SCSI vrstva
FCP	FCP	FCP	FCP	iSCSI	iSER	SRP
		FCIP	iFCP
		TCP			Přeprava RDMA
	FCoE	IP			Síť IP nebo InfiniBand
FC	Ethernet				Link Ethernet nebo InfiniBand

Software

Sdružení Storage Networking Industry Association (SNIA) definuje SAN jako „síť, jejímž primárním účelem je přenos dat mezi počítačovými systémy a úložnými prvky“. SAN však nespočívá pouze v komunikační infrastruktuře, ale má také vrstvu pro správu softwaru . Tento software organizuje servery, úložná zařízení a síť, aby bylo možné přenášet a ukládat data. Protože SAN nepoužívá přímo připojené úložiště (DAS), nejsou úložná zařízení v síti SAN vlastněna a spravována serverem. SAN umožňuje serveru přístup k velké kapacitě úložiště dat a k této kapacitě úložiště mohou mít přístup i jiné servery. Software SAN navíc musí zajistit, aby se data přímo přesouvala mezi úložnými zařízeními v rámci SAN s minimálním zásahem serveru.

Software pro správu SAN je nainstalován na jednom nebo více serverech a klienty pro správu na úložných zařízeních. V softwaru pro správu SAN byly vyvinuty dva přístupy: správa v pásmu a mimo pásmo. In-band znamená, že data pro správu mezi serverem a úložnými zařízeními jsou přenášena ve stejné síti jako data úložiště. Zatímco mimo pásmo znamená, že data pro správu jsou přenášena přes vyhrazené odkazy. Software pro správu SAN bude shromažďovat data pro správu ze všech úložných zařízení ve vrstvě úložiště. To zahrnuje informace o chybách čtení a zápisu, problémových místech úložné kapacity a selhání úložných zařízení. Software pro správu SAN se může integrovat s protokolem SNMP ( Simple Network Management Protocol ).

V roce 1999 byl zaveden otevřený standard pro správu úložných zařízení a poskytování interoperability, společný informační model (CIM). Webová verze CIM se nazývá Web-Based Enterprise Management (WBEM) a definuje objekty paměťových zařízení SAN a transakce procesů. Použití těchto protokolů zahrnuje správce objektů CIM (CIMOM) pro správu objektů a interakcí a umožňuje centrální správu úložných zařízení SAN. Základní správu zařízení pro sítě SAN lze dosáhnout také pomocí specifikace rozhraní pro správu úložiště (SMI-S), pokud jsou objekty a procesy CIM registrovány v adresáři. Softwarové aplikace a subsystémy pak mohou čerpat z tohoto adresáře. K dispozici jsou také aplikace pro správu softwaru pro konfiguraci úložných zařízení SAN, které umožňují například konfiguraci zón a čísel logických jednotek (LUN).

Síťová a úložná zařízení SAN jsou nakonec k dispozici od mnoha prodejců. Každý prodejce SAN má svůj vlastní software pro správu a konfiguraci. Společná správa v sítích SAN, která zahrnují zařízení od různých dodavatelů, je možná pouze v případě, že dodavatelé zpřístupní aplikační programovací rozhraní (API) pro svá zařízení ostatním dodavatelům. V takových případech může software pro správu SAN vyšší úrovně spravovat zařízení SAN od jiných dodavatelů.

Podpora souborových systémů

V síti SAN se data přenášejí, ukládají a je k nim přístup na úrovni bloku. SAN jako taková neposkytuje abstrakci datových souborů , pouze úložiště a operace na úrovni bloku . Ale souborové systémy byly vyvinuty tak, aby spolupracovaly se softwarem SAN a poskytovaly přístup na úrovni souborů . Ty jsou známé jako souborový systém na sdíleném disku (souborový systém SAN). Serverové operační systémy udržují své vlastní souborové systémy na vlastních vyhrazených, nesdílených logických jednotkách, jako by byly místní samy o sobě. Pokud by se jednoduše pokusilo sdílet LUN více systémů, vzájemně by se rušily a rychle by poškodily data. Jakékoli plánované sdílení dat na různých počítačích v rámci LUN vyžaduje software, například souborové systémy SAN nebo klastrované počítače .

V médiích a zábavě

Systémy pro úpravu videa vyžadují velmi vysokou rychlost přenosu dat a velmi nízkou latenci. SAN v médiích a zábavě jsou často označovány jako bezserverové kvůli povaze konfigurace, která umísťuje pracovní tok videa (ingest, editace, přehrávání) desktopových klientů přímo na SAN, místo aby se připojoval k serverům. Řízení toku dat je řízeno distribuovaným souborovým systémem, jako je StorNext od Quantum. Řízení využití šířky pásma na uzel, někdy označované jako Quality of Service (QoS), je zvláště důležité při úpravách videa, protože zajišťuje spravedlivé a prioritní využití šířky pásma v celé síti.

Kvalita služeb

SAN Storage QoS umožňuje vypočítat a udržovat požadovaný výkon úložiště pro zákazníky sítě přistupující k zařízení. Některé faktory, které ovlivňují SAN QoS, jsou:

Šířka pásma - Míra propustnosti dat dostupná v systému.
Latence - časové zpoždění pro spuštění operace čtení/zápisu.
Hloubka fronty-počet zbývajících operací čekajících na provedení na podkladové disky (tradiční nebo pevné disky ).

QoS může být v úložném systému SAN ovlivněno neočekávaným zvýšením datového provozu (špička využití) od jednoho uživatele sítě, což může způsobit snížení výkonu pro ostatní uživatele ve stejné síti. Toto může být známé jako „efekt hlučného souseda“. Když jsou v úložném systému SAN povoleny služby QoS, lze zabránit „efektu sousedního šumu“ a lze přesně předpovídat výkon síťového úložiště.

Používání úložiště SAN QoS je na rozdíl od používání nadměrného zřizování disku v prostředí SAN. Nadměrné zřizování lze použít k poskytnutí dodatečné kapacity ke kompenzaci špičkového zatížení síťového provozu. Pokud však zatížení sítě nelze předvídat, nadměrné zřizování může nakonec způsobit úplné využití celé šířky pásma a výrazné zvýšení latence, což má za následek snížení výkonu SAN.

Virtualizace úložiště

Virtualizace úložiště je proces odběru logického úložiště z fyzického úložiště. Prostředky fyzického úložiště jsou agregovány do fondů úložiště, ze kterých je vytvořeno logické úložiště. Představuje uživateli logický prostor pro ukládání dat a transparentně zpracovává proces jeho mapování na fyzické umístění, koncept zvaný transparentnost umístění . To je implementováno v moderních diskových polích, často pomocí technologie patentované dodavatelem. Cílem virtualizace úložiště je však seskupit více diskových polí od různých dodavatelů roztroušených po síti do jednoho úložného zařízení. Jediné úložné zařízení pak lze spravovat jednotně.

Viz také

Reference

^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ Jon Tate, Pall Beck, Hector Hugo Ibarra, Shanmuganathan Kumaravel & Libor Miklas (2017). „Úvod do sítí úložných oblastí“ (PDF) . Red Books, IBM.Správa CS1: používá parametr autorů ( odkaz )
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ NIIT (2002). Speciální edice: Používání sítí úložných oblastí . Publikování Que. ISBN 9780789725745.Správa CS1: používá parametr autorů ( odkaz )
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l ^m Christopher Poelker; Alex Nikitin, eds. (2009). Sítě úložných oblastí pro atrapy . John Wiley & Sons. ISBN 9780470471340.
^ Richard Barker & Paul Massiglia (2002). Storage Area Network Essentials: Complete Guide to Understand and Implementing SANs . John Wiley & Sons. p. 198 . ISBN 9780471267119.Správa CS1: používá parametr autorů ( odkaz )
^ "TechEncyclopedia: IP Storage" . Vyvolány 9 December rok 2007 .
^ "TechEncyclopedia: SANoIP" . Vyvolány 9 December rok 2007 .
^ "StorNext Storage Manager - vysokorychlostní sdílení souborů, správa dat a software pro digitální archivaci" . Quantum.com . Vyvolány 8 July je 2013 .

externí odkazy

[Tate-1] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ Jon Tate, Pall Beck, Hector Hugo Ibarra, Shanmuganathan Kumaravel & Libor Miklas (2017). „Úvod do sítí úložných oblastí“ (PDF) . Red Books, IBM.Správa CS1: používá parametr autorů ( odkaz )

[NIIT-2] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ NIIT (2002). Speciální edice: Používání sítí úložných oblastí . Publikování Que. ISBN 9780789725745.Správa CS1: používá parametr autorů ( odkaz )

[Dummies-3] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l ^m Christopher Poelker; Alex Nikitin, eds. (2009). Sítě úložných oblastí pro atrapy . John Wiley & Sons. ISBN 9780470471340.

[4] Richard Barker & Paul Massiglia (2002). Storage Area Network Essentials: Complete Guide to Understand and Implementing SANs . John Wiley & Sons. p. 198 . ISBN 9780471267119.Správa CS1: používá parametr autorů ( odkaz )

[5] "TechEncyclopedia: IP Storage" . Vyvolány 9 December rok 2007 .

[6] "TechEncyclopedia: SANoIP" . Vyvolány 9 December rok 2007 .

[7] "StorNext Storage Manager - vysokorychlostní sdílení souborů, správa dat a software pro digitální archivaci" . Quantum.com . Vyvolány 8 July je 2013 .

Languages

In other projects