Что такое хранение данных. Выбор системы хранения данных. Варианты топологий СХД

В простейшем случае SAN состоит из СХД , коммутаторов и серверов, объединённых оптическими каналами связи. Помимо непосредственно дисковых СХД в SAN можно подключить дисковые библиотеки, ленточные библиотеки (стримеры), устройства для хранения данных на оптических дисках (CD/DVD и прочие) и др.

Пример высоконадёжной инфраструктуры, в которой серверы включены одновременно в локальную сеть (слева) и в сеть хранения данных (справа). Такая схема обеспечивает доступ к данным, находящимся на СХД, при выходе из строя любого процессорного модуля, коммутатора или пути доступа.

Использование SAN позволяет обеспечить:

• централизованное управление ресурсами серверов и систем хранения данных ;
• подключение новых дисковых массивов и серверов без остановки работы всей системы хранения;
• использование ранее приобретенного оборудования совместно с новыми устройствами хранения данных;
• оперативный и надежный доступ к накопителям данных, находящимся на большом расстоянии от серверов, *без значительных потерь производительности;
• ускорение процесса резервного копирования и восстановления данных - BURA .

История

Развитие сетевых технологий привело к появлению двух сетевых решений для СХД – сетей хранения Storage Area Network (SAN) для обмена данными на уровне блоков, поддерживаемых клиентскими файловыми системами, и серверов для хранения данных на файловом уровне Network Attached Storage (NAS). Чтобы отличать традиционные СХД от сетевых был предложен еще один ретроним – Direct Attached Storage (DAS).

Появлявшиеся на рынке последовательно DAS, SAN и NAS отражают эволюционирующие цепочки связей между приложениями, использующими данные, и байтами на носителе, содержащим эти данные. Когда-то сами программы-приложения читали и писали блоки, затем появились драйверы как часть операционной системы. В современных DAS, SAN и NAS цепочка состоит из трех звеньев: первое звено – создание RAID-массивов, второе – обработка метаданных, позволяющих интерпретировать двоичные данные в виде файлов и записей, и третье – сервисы по предоставлению данных приложению. Они различаются по тому, где и как реализованы эти звенья. В случае с DAS СХД является «голой», она только лишь предоставляет возможность хранения и доступа к данным, а все остальное делается на стороне сервера, начиная с интерфейсов и драйвера. С появлением SAN обеспечение RAID переносится на сторону СХД, все остальное остается так же, как в случае с DAS. А NAS отличается тем, что в СХД переносятся к тому же и метаданные для обеспечения файлового доступа, здесь клиенту остается только лишь поддерживать сервисы данных.

Появление SAN стало возможным после того, как в 1988 году был разработан протокол Fibre Channel (FC) и в 1994 утвержден ANSI как стандарт. Термин Storage Area Network датируется 1999 годом. Со временем FC уступил место Ethernet, и получили распространение сети IP-SAN с подключением по iSCSI.

Идея сетевого сервера хранения NAS принадлежит Брайану Рэнделлу из Университета Ньюкэстла и реализована в машинах на UNIX-сервере в 1983 году. Эта идея оказалась настолько удачной, что была подхвачена множеством компаний, в том числе Novell, IBM , и Sun, но в конечном итоге сменили лидеров NetApp и EMC.

В 1995 Гарт Гибсон развил принципы NAS и создал объектные СХД (Object Storage, OBS). Он начал с того, что разделил все дисковые операции на две группы, в одну вошли выполняемые более часто, такие как чтение и запись, в другую более редкие, такие как операции с именами. Затем он предложил в дополнение к блокам и файлам еще один контейнер, он назвал его объектом.

OBS отличается новым типом интерфейса, его называют объектным. Клиентские сервисы данных взаимодействуют с метаданными по объектному API (Object API). В OBS хранятся не только данные, но еще и поддерживается RAID, хранятся метаданные, относящиеся к объектам и поддерживается объектный интерфейс. DAS, и SAN, и NAS, и OBS сосуществуют во времени, но каждый из типов доступа в большей мере соответствует определенному типу данных и приложений.

Архитектура SAN

Топология сети

SAN является высокоскоростной сетью передачи данных, предназначенной для подключения серверов к устройствам хранения данных. Разнообразные топологии SAN (точка-точка, петля с арбитражной логикой (Arbitrated Loop) и коммутация) замещают традиционные шинные соединения «сервер - устройства хранения» и предоставляют по сравнению с ними большую гибкость, производительность и надежность. В основе концепции SAN лежит возможность соединения любого из серверов с любым устройством хранения данных, работающим по протоколу Fibre Channel . Принцип взаимодействия узлов в SAN c топологиями точка-точка или коммутацией показан на рисунках. В SAN с топологией Arbitrated Loop передача данных осуществляется последовательно от узла к узлу. Для того, чтобы начать передачу данных передающее устройство инициализирует арбитраж за право использования среды передачи данных (отсюда и название топологии – Arbitrated Loop).

Транспортную основу SAN составляет протокол Fibre Channel, использующий как медные, так и волоконно-оптические соединения устройств.

Компоненты SAN

Компоненты SAN подразделяются на следующие:

• Ресурсы хранения данных;
• Устройства, реализующие инфраструктуру SAN;

Host Bus Adaptors

Ресурсы хранения данных

К ресурсам хранения данных относятся дисковые массивы , ленточные накопители и библиотеки с интерфейсом Fibre Channel . Многие свои возможности ресурсы хранения реализуют только будучи включенными в SAN. Так дисковые массивы высшего класса могут осуществлять репликацию данных между масcивами по сетям Fibre Channel, а ленточные библиотеки могут реализовывать перенос данных на ленту прямо с дисковых массивов с интерфейсом Fibre Channel, минуя сеть и серверы (Serverless backup). Наибольшую популярность на рынке приобрели дисковые массивы компаний EMC , Hitachi , IBM , Compaq (семейство Storage Works , доставшееся Compaq от Digital), а из производителей ленточных библиотек следует упомянуть StorageTek , Quantum/ATL , IBM .

Устройства, реализующие инфраструктуру SAN

Устройствами, реализующими инфраструктуру SAN, являются коммутаторы Fibre Channel (Fibre Channel switches , FC switches),концентраторы (Fibre Channel Hub) и маршрутизаторы (Fibre Channel-SCSI routers).Концентраторы используются для объединения устройств, работающих в режиме Fibre Channel Arbitrated Loop (FC_AL). Применение концентраторов позволяет подключать и отключать устройства в петле без остановки системы, поскольку концентратор автоматически замыкает петлю в случае отключения устройства и автоматически размыкает петлю, если к нему было подключено новое устройство. Каждое изменение петли сопровождается сложным процессом её инициализации . Процесс инициализации многоступенчатый, и до его окончания обмен данными в петле невозможен.

Все современные SAN построены на коммутаторах, позволяющих реализовать полноценное сетевое соединение. Коммутаторы могут не только соединять устройства Fibre Channel , но и разграничивать доступ между устройствами, для чего на коммутаторах создаются так называемые зоны. Устройства, помещенные в разные зоны, не могут обмениваться информацией друг с другом. Количество портов в SAN можно увеличивать, соединяя коммутаторы друг с другом. Группа связанных коммутаторов носит название Fibre Channel Fabric или просто Fabric. Связи между коммутаторами называют Interswitch Links или сокращенно ISL.

Программное обеспечение

Программное обеспечение позволяет реализовать резервирование путей доступа серверов к дисковым массивам и динамическое распределение нагрузки между путями. Для большинства дисковых массивов существует простой способ определить, что порты, доступные через разные контроллеры , относятся к одному диску. Специализированное программное обеспечение поддерживает таблицу путей доступа к устройствам и обеспечивает отключение путей в случае аварии, динамическое подключение новых путей и распределение нагрузки между ними. Как правило, изготовители дисковых массивов предлагают специализированное программное обеспечение такого типа для своих массивов. Компания VERITAS Software производит программное обеспечение VERITAS Volume Manager , предназначенное для организации логических дисковых томов из физических дисков и обеспечивающее резервирование путей доступа к дискам, а также распределение нагрузки между ними для большинства известных дисковых массивов.

Используемые протоколы

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 и 10 Gbit/s.
• iSCSI , транспорт SCSI через TCP/IP .
• 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.
• SCSI и/или TCP/IP транспорт через InfiniBand (IB).

Преимущества

• Высокая надёжность доступа к данным, находящимся на внешних системах хранения. Независимость топологии SAN от используемых СХД и серверов.
• Централизованное хранение данных (надёжность, безопасность).
• Удобное централизованное управление коммутацией и данными.
• Перенос интенсивного трафика ввода-вывода в отдельную сеть – разгрузка LAN.
• Высокое быстродействие и низкая латентность.
• Масштабируемость и гибкость логической структуры SAN
• Географические размеры SAN, в отличие от классических DAS, практически не ограничены.
• Возможность оперативно распределять ресурсы между серверами.
• Возможность строить отказоустойчивые кластерные решения без дополнительных затрат на базе имеющейся SAN.
• Простая схема резервного копирования – все данные находятся в одном месте.
• Наличие дополнительных возможностей и сервисов (снапшоты, удаленная репликация).
• Высокая степень безопасности SAN.

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 приемуществом является возможность загружать сервера прямо из сети хранения. При такой конфигурации можно быстро и легко заменить сбойный

Системы хранения данных с прямым подключением (DAS) реализуют самый известный тип соединения. При использовании DAS сервер имеет персональную связь с СХД и почти всегда является единоличным пользователем устройства. При этом сервер получает блочный доступ к системе хранения данных, то есть обращается непосредственно к блокам данных.

Системы хранения данных такого типа достаточно простые и обычно недорогие. Недостатком прямого способа подключения является небольшое расстояние между сервером и устройством хранения. Типичным интерфейсом DAS является SAS.

Network Attached Storage (NAS)

Сетевые системы хранения данных (NAS), также известные как файловые серверы, предоставляют свои сетевые ресурсы клиентам по сети в виде совместно используемых файлов или точек монтирования каталогов. Клиенты используют протоколы сетевого доступа к файлам, такие как SMB (ранее известный как CIFS) или NFS. Файловый сервер, в свою очередь, использует протоколы блочного доступа к своему внутреннему хранилищу для обработки запросов файлов клиентами. Так как NAS работает по сети, хранилище может быть очень далеко от клиентов. Множество сетевых систем хранения данных предоставляет дополнительные функции, такие как снятие образов хранилища, дедупликация или компрессия данных и другие.

Storage Area Network (SAN)

Сеть хранения данных (SAN) предоставляет клиентам блочный доступ к данным по сети (например, Fibre Channel или Ethernet). Устройства в SAN не принадлежат одному серверу, а могут использоваться всеми клиентами сети хранения. Возможно разделение дискового пространства на логические тома, которые выделяются отдельным хост-серверам. Эти тома не зависят от компонентов SAN и их размещения. Клиенты обращаются к хранилищу данных с использованием блочного типа доступа, как и при DAS подключении, но, так как SAN использует сеть, устройства хранения данных могут располагаться далеко от клиентов.

В настоящее время SAN архитектура используют протокол SCSI (Small Computer System Interface) для передачи и получения данных. Fibre Channel (FC) SAN инкапсулируют протокол SCSI в Fibre Channel фреймы. Сети хранения данных, использующие iSCSI (Internet SCSI) используют в качестве транспорта SCSI TCP/IP пакеты. Fibre Channel over Ethernet (FCoE) инкапсулирует протокол Fibre Channel в пакеты Ethernet, используя относительно новую технологию DCB (Data Center Bridging), которая вносит набор улучшений в традиционный Ethernet и может в настоящее время быть развернута на 10GbE инфраструктуре. Благодаря тому, что каждая из этих технологий позволяет приложениям получать доступ к хранилищу данных используя один и тот же протокол SCSI, становится возможным использовать их все в одной компании или мигрировать с одной технологии на другую. Приложения, запущенные на сервере, не могут различить FC, FCoE, iSCSI и даже отличить DAS от SAN.

Ведется множество обсуждений по поводу выбора FC или iSCSI для построения сети хранения данных. Некоторые компании фокусируются на невысокой стоимости первоначального развертывания iSCSI SAN, другие выбирают высокую надежность и доступность Fibre Channel SAN. Хотя low-end решения iSCSI дешевле, чем Fibre Channel, с ростом производительности и надежности iSCSI SAN ценовое преимущество исчезает. При этом появляются некоторые реализации FC, которые проще в использовании, чем большинство iSCSI решений. Поэтому выбор той или иной технологии зависит от бизнес-требований, существующей инфраструктуры, экспертизы и бюджета.

Большинство крупных организаций, которые используют сети хранения данных, выбирают Fibre Channel. Эти компании обычно требуют проверенную технологию, имеют необходимость в высокой пропускной способности и обладают бюджетом для покупки самого надежного и производительного оборудования. Кроме того, они располагают персоналом для управления сетью хранения данных. Некоторые из таких компаний планируют продолжать инвестиции в Fibre Channel инфраструктуру, другие же инвестируют в решения iSCSI, особенно 10GbE, для своих виртуализированных серверов.

Небольшие компании чаще выбирают iSCSI из-за низкого ценового порога входа, при этом они получают возможность для дальнейшего масштабирования SAN. Недорогие решения обычно используют технологию 1GbE; решения от 10GbE стоят существенно дороже и как правило не рассматриваются в качестве SAN начального уровня.

Unified Storage

Универсальные системы хранения данных (Unified Storage) совмещают в себе технологии NAS и SAN в едином интегрированном решении. Эти универсальные хранилища позволяют использовать как блочный, так и файловый тип доступа к общим ресурсам, кроме того, управление такими устройствами проще благодаря ПО, обеспечивающему централизованное управление.

В данной статье, мы рассмотрим, какие виды систем хранения данных (СХД) на сегодняшнее время существуют, так же рассмотрю одни из основных компонентов СХД – внешние интерфейсы подключения (протоколы взаимодействия) и накопители, на которых хранятся данные. Так же проведем их общее сравнение по предоставляемым возможностям. Для примеров мы буду ссылаться на линейку СХД, представляемую компанией DELL.

• Примеры моделей DAS
• Примеры моделей NAS
• Примеры моделей SAN
• Типы носителей информации и протокол взаимодействия с системами хранения данных Протокол Fibre Channel
• Протокол iSCSI
• Протокол SAS
• Сравнение протоколов подключения систем хранения данных

Существующие типы систем хранения данных

В случае отдельного ПК под системой хранения данных можно понимать внутренний жесткий диск или систему дисков (RAID массив). Если же речь заходит о системах хранения данных разного уровня предприятий, то традиционно можно выделить три технологии организации хранения данных:

• Direct Attached Storage (DAS);
• Network Attach Storage (NAS);
• Storage Area Network (SAN).

Устройства DAS (Direct Attached Storage) – решение, когда устройство для хранения данных подключено непосредственно к серверу, или к рабочей станции, как правило, через интерфейс по протоколу SAS.

Устройства NAS (Network Attached Storage) – отдельно стоящая интегрированная дисковая система, по-сути, NAS-cервер, со своей специализированной ОС и набором полезных функций быстрого запуска системы и обеспечения доступа к файлам. Система подключается к обычной компьютерной сети (ЛВС), и является быстрым решением проблемы нехватки свободного дискового пространства, доступного для пользователей данной сети.

Storage Area Network (SAN) –это специальная выделенная сеть, объединяющая устройства хранения данных с серверами приложений, обычно строится на основе протокола Fibre Channel или протокола iSCSI.

Теперь давайте более детально рассмотрим каждый из приведенных выше типов СХД, их положительные и отрицательные стороны.

Архитектура системы хранения DAS (Direct Attached Storage)

К основным преимуществам DAS систем можно отнести их низкую стоимость (в сравнении с другими решениями СХД), простоту развертывания и администрирования, а также высокую скорость обмена данными между системой хранения и сервером. Собственно, именно благодаря этому они завоевали большую популярность в сегменте малых офисов, хостинг-провайдеров и небольших корпоративных сетей. В то же время DAS-системы имеют и свои недостатки, к которым можно отнести неоптимальную утилизацию ресурсов, поскольку каждая DAS система требует подключения выделенного сервера и позволяет подключить максимум 2 сервера к дисковой полке в определенной конфигурации.

Рисунок 1: Архитектура Direct Attached Storage

• Достаточно низкая стоимость. По сути эта СХД представляет собой дисковую корзину с жесткими дисками, вынесенную за пределы сервера.
• Простота развертывания и администрирования.
• Высокая скорость обмена между дисковым массивом и сервером.

• Низкая надежность. При выходе из строя сервера, к которому подключено данное хранилище, данные перестают быть доступными.
• Низкая степень консолидации ресурсов – вся ёмкость доступна одному или двум серверам, что снижает гибкость распределения данных между серверами. В результате необходимо закупать либо больше внутренних жестких дисков, либо ставить дополнительные дисковые полки для других серверных систем
• Низкая утилизация ресурсов.

Примеры моделей DAS

Из интересных моделей устройств этого типа хотелось бы отметить модельный ряд DELL PowerVaultсерии MD. Начальные модели дисковых полок (JBOD) MD1000 и MD1120 позволяют создавать дисковые массивы c количеством диском до 144-х. Это достигается за счет модульности архитектуры, в массив можно подключить вплоть до 6 устройств, по три дисковых полки на каждый канал RAID-контроллера. Например, если использовать стойку из 6 DELL PowerVault MD1120, то реализуем массив с эффективным объемом данных 43,2 ТБ. Подобные дисковые полки подключаются одним или двумя кабелями SAS к внешним портам RAID-контроллеров, установленных в серверах Dell PowerEdge и управляются консолью управления самого сервера.

Если же есть потребность в создании архитектуры с высокой отказоустойчивостью, например, для создания отказоустойчивого кластера MS Exchange, SQL-сервера, то для этих целей подойдет модельDELL PowerVault MD3000. Это система уже имеет активную логику внутри дисковой полки и полностью избыточна за счет использования двух встроенных контроллеров RAID, работающих по схеме «актвиный-активный» и имеющих зеркалированную копию буферизованных в кэш-памяти данных.

Оба контроллера параллельно обрабатывают потоки чтения и записи данных, и в случае неисправности одного из них, второй «подхватывает» данные с соседнего контроллера. При этом подключение к низко уровнему SAS-контроллеру внутри 2-х серверов (кластеру) может производиться по нескольким интерфейсам (MPIO), что обеспечивает избыточность и балансировку нагрузки в средах Microsoft. Для наращивания дискового пространства к PowerVault MD3000 можно подключить 2-е дополнительные дисковые полки MD1000.

Архитектура системы хранения NAS (Network Attached Storage)

Технология NAS (сетевые подсистемы хранения данных, Network Attached Storage) развивается как альтернатива универсальным серверам, несущим множество функций (печати, приложений, факс сервер, электронная почта и т.п.). В отличие от них NAS-устройства исполняют только одну функцию — файловый сервер. И стараются сделать это как можно лучше, проще и быстрее.

NAS подключаются к ЛВС и осуществляют доступ к данным для неограниченного количества гетерогенных клиентов (клиентов с различными ОС) или других серверов. В настоящее время практически все NAS устройства ориентированы на использование в сетях Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) на основе протоколов TCP/IP. Доступ к устройствам NAS производится с помощью специальных протоколов доступа к файлам. Наиболее распространенными протоколами файлового доступа являются протоколы CIFS, NFS и DAFS. Внутри подобных серверов стоят специализированные ОС, такие как MS Windows Storage Server.

Рисунок 2: Архитектура Network Attached Storage

• Дешевизна и доступность его ресурсов не только для отдельных серверов, но и для любых компьютеров организации.
• Простота коллективного использования ресурсов.
• Простота развертывания и администрирования
• Универсальность для клиентов (один сервер может обслуживать клиентов MS, Novell, Mac, Unix)

• Доступ к информации через протоколы “сетевых файловых систем” зачастую медленнее, чем как к локальному диску.
• Большинство недорогих NAS-серверов не позволяют обеспечить скоростной и гибкий метод доступа к данным на уровне блоков, присущих SAN системам, а не на уровне файлов.

Примеры моделей NAS

В настоящий момент классические NAS решения, такие как PowerVault NF100/500/600 . Это системы на базе массовых 1 и 2-х процессорных серверов Dell, оптимизированных для быстрого развертывания NAS-сервисов. Они позволяют создавать файловое хранилище вплоть до 10 ТБ (PowerVault NF600) используя SATA или SAS диски, и подключив данный сервер к ЛВС. Также имеются и более высокопроизводительные интегрированные решение, например PowerVault NX1950 , вмещающие в себя 15 дисков и расширяемые до 45 за счет подключения дополнительных дисковых полок MD1000.

Серьезным преимуществом NX1950 является возможность работать не только с файлами, но и с блоками данных на уровне протокола iSCSI. Также разновидность NX1950 может работать как «гейтвэй», позволяющий организовать файловый доступ к СХД на базе iSCSI (c блочным методом доступа), например MD3000i или к Dell EqualLogic PS5x00.

Архитектура системы хранения SAN (Storage Area Network)

Storage Area Network (SAN) — это специальная выделенная сеть, объединяющая устройства хранения данных с серверами приложений, обычно строится на основе протокола Fibre Channel, либо на набирающем обороты протоколу iSCSI. В отличие от NAS, SAN не имеет понятия о файлах: файловые операции выполняются на подключенных к SAN серверах. SAN оперирует блоками, как некий большой жесткий диск. Идеальный результат работы SAN — возможность доступа любого сервера под любой операционной системой к любой части дисковой емкости, находящейся в SAN. Оконечные элементы SAN — это серверы приложений и системы хранения данных (дисковые массивы, ленточные библиотеки и т. п.). А между ними, как и в обычной сети, находятся адаптеры, коммутаторы, мосты, концентраторы. ISCSI является более «дружелюбным» протоколом, поскольку он основан на использовании стандартной инфраструктуры Ethernet – сетевых карт, коммутаторов, кабелей. Более того, именно системы хранения данных на базе iSCSI являются наиболее популярными для виртуализированных серверов, в силу простоты настройки протокола.

Рисунок 3: Архитектура Storage Area Network

• Высокая надёжность доступа к данным, находящимся на внешних системах хранения. Независимость топологии SAN от используемых СХД и серверов.
• Централизованное хранение данных (надёжность, безопасность).
• Удобное централизованное управление коммутацией и данными.
• Перенос интенсивного трафика ввода-вывода в отдельную сеть, разгружая LAN.
• Высокое быстродействие и низкая латентность.
• Масштабируемость и гибкость логической структуры SAN
• Возможность организации резервных, удаленных СХД и удаленной системы бэкапа и восстановления данных.
• Возможность строить отказоустойчивые кластерные решения без дополнительных затрат на базе имеющейся SAN.

• Более высокая стоимость
• Сложность в настройке FC-систем
• Необходимость сертификации специалистов по FC-сетям (iSCSI является более простым протоколом)
• Более жесткие требования к совместимости и валидации компонентов.
• Появление в силу дороговизны DAS-«островов» в сетях на базе FC-протокола, когда на предприятиях появляются одиночные серверы с внутренним дисковым пространством, NAS-серверы или DAS-системы в силу нехватки бюджета.

Примеры моделей SAN

В настоящий момент имеется достаточно большой выбор дисковых массивов для построения SAN, начиная от моделей для малых и средних предприятий, такие как серия DELL AX, которые позволяют создавать хранилища емкостью до 60 Тбайт, и заканчивая дисковыми массивами для больших корпораций DELL/EMC серии CX4, они позволяют создать хранилища емкостью до 950 Тб. Есть недорогое решение на основе iSCSI, это PowerVault MD3000i – решение позволяет подключать до 16-32 серверов, в одно устройство можно установить до 15 дисков, и расширить систему двумя полками MD1000, создав массив на 45Тб.

Отдельного упоминания заслуживает система Dell EqualLogic на базе протокола iSCSI. Она позиционируется как СХД масштаба предприятия и сравнима по цене с системами Dell | EMC CX4, с модульной архитектурой портов, поддерживающих как FC протокол, так и iSCSI протокол. Система EqualLogic является одноранговой, т.е каждая дисковая полка имеет активные контроллеры RAID. При подключении этих массивов в единую систему, производительность дискового пула плавно растет с ростом доступного объема хранения данных. Система позволяет создать массивы более 500TB, настраивается менее, чем за час, и не требует специализированных знаний администраторов.

Модель лицензирования также отличается от остальных и уже включает в первоначальную стоимость все возможные опции моментальных копий, репликацию и средства интеграции в различные ОС и приложения. Эта система считается одной из наиболее быстрых систем в тестах для MS Exchange (ESRP).

Типы носителей информации и протокол взаимодействия с СХД

Определившись с типом СХД, который Вам наиболее подходит для решения тех или иных задач, необходимо перейти к выбору протокола взаимодействия с СХД и выбору накопителей, которые будут использоваться в системе хранения.

В настоящий момент для хранения данных в дисковых массивах используются SATA и SAS диски. Какие диски выбрать в хранилище зависит от конкретных задач. Стоит отметить несколько фактов.

SATA II диски:

• Доступны объемы одного диска до 1 ТБ
• Скорость вращения 5400-7200 RPM
• Скорость ввода/вывода до 2,4 Гбит/с
• Время наработки на отказ примерно в два раза меньше чем у SAS дисков.
• Менее надежные, чем SAS диски.
• Дешевле примерно в 1,5 раза, чем SAS-диски.

• Доступны объемы одного диска до 450 ГБ
• Скорость вращения 7200 (NearLine), 10000 и 15000 RPM
• Скорость ввода/вывода до 3,0 Гбит/с
• Время наработки на отказ в два раза больше чем у SATA II дисков.
• Более надежные диски.

Важно! В прошлом году начался промышленный выпуск SAS дисков с пониженной скоростью вращения – 7200 rpm (Near-line SAS Drive). Это позволило повысить объем хранимых данных на одном диске до 1 ТБ и снизить энергопторебление дисков со скоростным интерфейсом. При том, что стоимость таких дисков сравнима со стоимостью дисков SATA II, а надежность и скорость ввода/вывода осталась на уровне SAS дисков.

Таким образом, в настоящий момент стоит действительно серьезно задуматься над протоколами хранения данных, которые вы собираетесь использовать в рамках корпоративной СХД.

До недавнего времени основными протоколами взаимодействия с СХД являлись – FibreChannel и SCSI. Сейчас на смену SCSI, расширив его функционал, пришли протоколы iSCSI и SAS. Давайте ниже рассмотрим плюсы и минусы каждого из протоколов и соответствующих интерфейсов подключения к СХД.

Протокол Fibre Channel

На практике современный Fibre Channel (FC) имеет скорости 2 Гбит/Сек (Fibre Channel 2 Gb), 4 Гбит/Сек (Fibre Channel 4 Gb) full- duplex или 8 Гбит/Сек, то есть такая скорость обеспечивается одновременно в обе стороны. При таких скоростях расстояния подключения практически не ограничены – от стандартных 300 метров на самом «обычном» оборудовании до нескольких сотен или даже тысяч километров при использовании специализированного оборудования. Главный плюс протокола FC – возможность объединения многих устройств хранения и хостов (серверов) в единую сеть хранения данных (SAN). При этом не проблема распределенности устройств на больших расстояниях, возможность агрегирования каналов, возможность резервирования путей доступа, «горячего подключения» оборудования, большая помехозащищенность. Но с другой стороны мы имеем высокую стоимость, и высокую трудоемкость инсталляции и обслуживания дисковых массивов использующих FC.

Важно! Следует разделять два термина протокол Fibre Channel и оптоволоконный интерфейс Fiber Channel. Протокол Fibre Сhannel может работать на разных интерфейсах — и на оптоволоконном соединении с разной модуляцией, и на медных соединениях.

• Гибкая масштабируемость СХД;
• Позволяет создавать СХД на значительных расстояниях (но меньших, чем в случае iSCSI протокола; где, в теории, вся глобальная IP сеть может выступать носителем.
• Большие возможности резервирования.

• Высокая стоимость решения;
• Еще более высокая стоимость при организации FC-сети на сотни или тысячи километров
• Высокая трудоемкость при внедрении и обслуживании.

Важно! Помимо появления протокола FC8 Гб/c, ожидается появление протокола FCoE (Fibre Channel over Ethernet), который позволит использовать стандартные IP сети для организации обмена пакетами FC.

Протокол iSCSI

Протокол iSCSI (инкапсуляция SCSI пакетов в протокол IP) позволяет пользователям создать сети хранения данных на базе протокола IP с использованием Ethernet-инфраструктуры и портов RJ45. Таким образом, протокол iSCSI дает возможность обойти те ограничения, которыми характеризуются хранилища данных с непосредственным подключением, включая невозможность совместного использования ресурсов через серверы и невозможность расширения емкости без отключения приложений. Скорость передачи на данный момент ограничена 1 Гб/c (Gigabit Ethernet), но данная скорость является достаточной для большинства бизнес-приложений масштаба средних предприятий и это подтверждают многочисленные тесты. Интересно то, что важна не столько скорость передачи данных на одном канале, сколько алгоритмы работы RAID контроллеров и возможность агрегации массивов в единый пул, как в случае с DELL EqualLogic, когда используются по три 1Гб порта на каждом массиве, и идет балансировка нагрузки среди массивов одной группы.

Важно отметить, что сети SAN на базе протокола iSCSI обеспечивают те же преимущества, что и сети SAN с использованием протокола Fibre Channel, но при этом упрощаются процедуры развертывания и управления сетью, и значительно снижаются стоимостные затраты на данную СХД.

• Высокая доступность;
• Масштабируемость;
• Простота администрирования, так как используется технология Ethernet;
• Более низкая цена организации SAN на протоколе iSCSI, чем на FC.
• Простота интеграции в среды виртуализации

• Есть определенные ограничения по использованию СХД с протоколом iSCSI с некоторыми OLAP и OLTP приложениями, с системами Real Time и при работе с большим числом видеопотоков в HD формате
• Высокоуровневые СХД на базе iSCSI, также как и CХД c FC-протоколом, требуют использования быстрых, дорогостоящих Ethernet-коммутаторов
• Рекомендуется использование либо выделенных Ethernet коммутаторов, либо организация VLAN для разделения потоков данных. Дизайн сети является не менее важной частью проекта, чем при разработке FC-сетей.

Важно! В скором времени производители обещают выпустить в серийное производство SAN на базе протокола iSCSI с поддержкой скоростей передачи данных до 10 Гб/c. Также готовится финальная версия протокола DCE (Data Center Ethernet), массовое появление устройств, поддерживающих протокол DCE, ожидается к 2011 году.

C точки зрения используемых интерфейсов, протокол iSCSI задействует интерфейсы Ethernet 1Гбит/C, а ими могут быть как медные, так оптоволоконные интерфейсы при работе на больших расстояниях.

Протокол SAS

Протокол SAS и одноименный интерфейс разработаны для замены параллельного SCSI и позволяет достичь более высокой пропускной способности, чем SCSI. Хотя SAS использует последовательный интерфейс в отличие от параллельного интерфейса, используемого традиционным SCSI, для управления SAS-устройствами по-прежнему используются команды SCSI. SAS позволяет обеспечить физическое подключение между массивом данных и несколькими серверами на небольшие расстояния.

• Приемлемая цена;
• Легкость консолидации хранилищ – хотя СХД на базе SAS не может подключаться к такому количеству хостов (серверов), как SAN конфигурации которые используют протоколы FC или iSCSI, но при использовании протокола SAS не возникает трудностей с дополнительным оборудованием для организации общего хранилища для нескольких серверов.
• Протокол SAS позволяет обеспечить большую пропускную способность с помощью 4 канальных соединений внутри одного интерфейса. Каждый канал обеспечивает 3 Гб/c , что позволяет достичь скорости передачи данных 12 Гб/с (в настоящий момент это наивысшая скорость передачи данных для СХД).

• Ограниченность досягаемости – длинна кабеля не может превышать 8 метров. Тем самым хранилища с подключением по протоколу SAS, будут оптимальны только тогда когда серверы и массивы будут расположены в одной стойке или в одной серверной;
• Количество подключаемых хостов (серверов) как правило, ограничено несколькими узлами.

Важно! В 2009 году ожидается появление технологии SAS со скоростью передачи данных по одному каналу – 6 Гбит/c, что позволит значительно увеличить привлекательность использования данного протокола.

Сравнение протоколов подключения СХД

Ниже приведена сводная таблица сравнения возможностей различных протоколов взаимодействия с СХД.

Таким образом, представленные решения на первый взгляд достаточно четко разделяются по соответствию требованиям заказчиков. Однако на практике все не так однозначно, включаются дополнительные факторы в виде ограничений по бюджетам, динамики развития организации (и динамики увеличения объема хранимой информации), отраслевая специфика и т.д.

Если Серверы - это универсальные устройства, выполняющие в большинстве случаев
- либо функцию сервера приложения (когда на сервере выполняются специальные программы, и идут интенсивные вычисления),
- либо функцию файл-сервера (т.е. некоего места для централизованного хранения файлов данных)

то СХД (Системы Хранения Данных) - устройства, специально спроектированные для выполнения таких серверных функций, как хранение данных.

Необходимость приобретения СХД
возникает обычно у достаточно зрелых предприятий, т.е. тех, кто задумывается над тем, как
- хранить и управлять информацией, самым ценным активом компании
- обеспечить непрерывность бизнеса и защиту от потери данных
- увеличить адаптируемость ИТ-инфраструктуры

СХД и виртуализация
Конкуренция заставляет компании МСБ работать эффективней, без простоев и с высоким КПД. Смена производственных моделей, тарифных планов, видов услуг происходит всё чаще. Весь бизнез современных компаний "завязан" на информационных технологиях. Потребности бизнеса меняются быстро, и мгновенно отражаются на ИТ - растут требования к надёжности и адаптируемости ИТ-инфраструктуры. Виртуализация предоставляет такие возможности, но для этого нужны недорогие и простые в обслуживании системы хранения данных.

Классификация СХД по типу подключения

DAS . Первые дисковые массивы соединялись с серверами по интерфейсу SCSI. При этом один сервер мог работать только с одним дисковым массивом. Это - прямое соединение СХД (DAS - Direct Attached Storage).

NAS . Для более гибкой организации структуры вычислительного центра - чтобы каждый пользователь мог использовать любую систему хранения - необходимо подключить СХД в локальную сеть. Это - NAS - Network Attached Storage). Но обмен данными между сервером и СХД во много раз более интенсивный чем между клиентом и сервером, поэтому в таком варианте варианте появились объективные трудности, связанные с пропускной способностью сети Ethernet. Да и с точки зрения безопасности не совсем правильно показывать СХД в общую сеть.

SAN . Но можно создать между серверами и СХД свою, отдельную, высокоскоростную сеть. Такую сеть назвали SAN (Storage Area Network). Быстродействие обеспечивается тем, что физической средой передачи там является оптика. Специальные адаптеры (HBA) и оптические FC-коммутаторы обеспечивают передачу данных на скорости 4 и 8Gbit/s. Надёжность такой сети повышалась резервированием (дупликацией) каналов (адаптеров, коммутаторов). Основным недостатком является высокая цена.

iSCSI . С появлением недорогих Ethernet-технологий 1Gbit/s и 10Gbit/s, оптика со скоростью передачи 4Gbit/s уже выглядит не так привлекательно, особенно с учетом цены. Поэтому всё чаще в качестве среды SAN используется протокол iSCSI (Internet Small Computer System Interface). Сеть iSCSI SAN может быть построена на любой достаточно быстрой физической основе, поддерживающей протокол IP.

Классификация Систем Хранения Данныхпо области применения:

класс	описание
personal	Чаще всего представляют из себя обычный 3.5" или 2.5" или 1.8" жесткий диск, помещенный в специальный корпус и оснащенный интерфейсами USB и/или FireWire 1394 и/или Ethernet, и/или eSATA. Таким образом мы имеем переносное устройство, которое может подключаться к компьютеру/серверу и выполнять функции внешнего накопителя. Иногда для удобства в устройство добавляют функции беспроводного доступа, принтерных и USB портов.
small workgroup	Обычно это стационарное или переносное устройство, в которое можно устанавливать несколько (чаще всего от 2 до 5) жестких дисков SATA, с возможностью горячей замены или без, имеющее интерфейс Ethernet. Диски можно организовывать в массивы - RAID различного уровня для достижения высокой надежности хранения и скорости доступа. СХД имеет специализированную ОС, обычно на основе Linux, и позволяет разграничивать уровень доступа по имени и паролю пользователей, организовывать квотирование дискового пространства и т.п. Такие СХД подходят для небольших рабочих групп, как замена файл-серверов.
workgroup	Устройство, обычно монтируемое в 19" стойку (rack-mount) в которое можно устанавливать 12-24 жестких дисков SATA или SAS с возможностью горячей замены HotSwap. Имеет внешний интерфейс Ethernet, и/или iSCSI. Диски организованы в массивы - RAID для достижения высокой надежности хранения и скорости доступа. СХД поставляется со специализированным программным обеспечением, которое позволяет разграничивать уровень доступа, организовывать квотирование дискового пространства, организовывать BackUp (резервное копирование информации) и т.п. Такие СХД подходят для средних и крупных предприятий, и используются совместно с одним или несколькими серверами.
enterprise	Стационарное устройство или устройство, монтируемое в 19" стойку (rack-mount) в которое можно устанавливать до сотен жестких дисков. В дополнение к предыдущему классу СХД могут иметь возможность наращивания, модернизации и замены компонент без остановки системы, системы мониторинга. Программное обеспечение может поддерживать создание "моментальных снимков" и другие "продвинутые" функции. Такие СХД подходят для больших предприятий и обеспечивают повышенную надежность, скорость и защиту критически важных данных.
high-end enterprise	В дополнение к предыдущему классу СХД может поддерживать тысячи жестких дисков. Такие СХД занимают несколько 19" кабинетов, общий вес достигает нескольких тонн. СХД предназначены для безостановочной работы с высочайшей степенью надежности, хранения стратегически важных данных уровня государства/корпораций.

История вопроса.

Первые серверы сочетали в одном корпусе все функции (как компьютеры) - и вычислительные (сервер приложений) и хранение данных (файл-сервер). Но по мере роста потребности приложений в вычислительных мощностях с одной стороны и по мере роста количества обрабатываемых данных с другой стороны - стало просто неудобно размещать все в одном корпусе. Эффективнее оказалось выносить дисковые массивы в отдельные корпуса. Но тут встал вопрос соединения дискового массива с сервером. Первые дисковые массивы соединялись с серверами по интерфейсу SCSI. Но в таком случае один сервер мог работать только с одним дисковым массивом. Народу захотелось более гибкой организации структуры вычислительного центра - чтобы любой сервер мог использовать любую систему хранения. Подключить все устройства напрямую в локальную сеть и организовать обмен данными по Ethernet - конечно, простое и универсальное решение. Но обмен данными между серверами и СХД во много раз более интенсивный чем между клиентами и серверами, поэтому в таком варианте варианте (NAS - см. ниже) появились объективные трудности, связанные с пропускной способностью сети Ethernet. Возникла идея создать между серверами и СХД свою, отдельную высокоскоростную сеть. Такую сеть назвали SAN (см. ниже). Она похожа на Ethernet, только физической средой передачи там является оптика. Там тоже есть адаптеры (HBA), которые устанавливаются в серверы и коммутаторы (оптические). Стандарты на скорость передачи данных по оптике - 4Gbit/s. С появлением технологий Ethernet 1Gbit/s и 10Gbit/s, а также протокола iSCSI всё чаще в качестве среды SAN используется Ethernet.

Система хранения данных (СХД) представляет собой комплекс программных и аппаратных средств, созданных для управления и хранения больших объёмов информации. Основными носителями информации в данное время являются жёсткие диски, объёмы которых совсем недавно достигли 1 терабайта. Основным хранилищем информации в малых компаниях являются файловые серверы и серверы СУБД, данные которых хранятся на локальных жёстких дисках. В крупных компаниях объёмы информации могут достигать сотен терабайт, причём к ним выдвигаются ещё большие требования по скорости и надёжности. Никакие локально подключенные к серверам диски не могут удовлетворить этим потребностям. Именно поэтому крупные компании внедряют системы хранения данных (СХД).

Основными компонентами СХД являются: носители информации, системы управления данными и сети передачи данных.

• Носители информации. Как уже было сказано выше, сейчас основными носителями информации являются жёсткие диски (возможно в ближайшем будущем будут заменены твердотельными электронными накопителями SSD). Жёсткие диски, подразделяются на 2 основных типа: надёжные и производительные SAS (Serial Attached SCSI) и более экономичные SATA. В системах резервного копирования также применяются ленточные накопители (стриммеры).
• Системы управления данными. СХД предоставляет мощные функции по управлению данными. СХД обеспечивает функции зеркалирования и репликации данных между системами, поддерживает отказоустойчивые, самовосстанавливающиеся массивы, предоставляет функции мониторинга, а также функции резервного копирования на аппаратном уровне.
• Сети передачи данных. Сети передачи данных предоставляют среду, по которой осуществляется связь между серверами и СХД или связь одной СХД с другой. Жёсткие диски разделяют по типу подключения: DAS (Direct Attached Storage) - непосредственно подключенные к серверу диски, NAS (Network Attached Storage) – диски, подключенные по сети (доступ к данным осуществляется на уровне файлов, обычно по FTP, NFS или SMB) и SAN (Storage Area Network) – сети хранения данных (предоставляют блочный доступ). В крупных системах хранения данных основным типом подключения является SAN. Существует 2 метода построения SAN на основе Fibre Channel и iSCSI. Fibre Channel (FC) в основном применяется для соединения внутри одного центра обработки данных. А iSCSI представляет собой протокол передачи SCSI команд поверх IP, которые могут маршрутизироваться обычными IP маршрутизаторами. iSCSI позволяет строить гео-распределённые кластеры.

Основными производителями устройств, применяемых для построения СХД, являются HP, IBM, EMC, Dell, Sun Microsystems и NetApp. Cisco Systems предлагает широкий выбор Fibre Channel коммутаторов, обеспечивающих связь между устройствами СХД.

Компания ЛанКей имеет большой опыт построения систем хранения данных на базе оборудования перечисленных выше производителей. При построении СХД мы сотрудничаем с производителями и строим высокопроизводительные и высоконадёжные системы хранения информации. Наши инженеры спроектируют и внедрят СХД, соответствующую специфике вашего бизнеса, а также разработают систему управления вашими данными.