Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «СТАНКИН»
РЕФЕРАТ
по теме:
«СЕТЬ ХРАНЕНИЯ SAN»
Руководитель, д.т.н., проф.
Исполнитель темы, магистрант 2 курса обучения |
______________ подпись, дата
______________ подпись, дата |
Ковшов Е.Е.
Щебуняев С.В.
|
Москва – 2013
Оглавление
Обозначения и сокращения 2
Введение 3
1. Сети хранения данных 4
2. DAS и SAN 5
2.1 Direct Attached Storage 6
2.2 Storage Area Network 8
3. Стандарты SAN 9
4. Обзор протоколов SAN 11
4.1 SCSI 12
4.2 Fibre Channel 12
4.2.1 Стек протоколов Fibre Channel 13
4.2.2. xWDM 15
4.2.3 ATM и SONET/SDH 16
4.2.4. Fibre Channel over IP 16
4.2.5. iFCP 18
5. Аппаратное обеспечение FC SAN 19
6. Топологии сетей хранения данных 21
6.1. Классический подход 21
6.2. Альтернативный подход 22
6.3. FC-AL 23
6.4. Point-to-Point 26
6.4.1. Ноды и Порты 26
6.4.2. N_Port и NL_Port 27
6.4.3. F_Port и FL_Port 27
7. Маршрутизация 28
Заключение 29
Список использованной литературы 30
Обозначения и сокращения
LAN – local area network;
QoS – quality of service;
WAN – world area network.
Введение
С повседневным усложнением сетевых компьютерных систем и глобальных корпоративных решений мир начал требовать технологий, которые бы дали толчок к возрождению корпоративных систем хранения информации (сторедж-систем). И вот, одна единая технология приносит в области сторедж невиданное ранее быстродействие, колоссальные возможности масштабирования и исключительные преимущества общей стоимости владения. Обстоятельства, которые сформировались с появлением стандарта FC-AL (Fibre Channel - Arbitrated Loop) и SAN (Storage Area Network), которая развивается на его основе, обещают революцию в дата-ориентированных технологиях компьютинга.
Сети хранения данных
Storage Area Network (SAN) - это сеть хранения данных, которая обеспечивает подключение хостов к устройствам хранения данных (дискам, системам хранения, ленточным библиотекам и т.д.) и обмена данными между ними обычно на уровне блоков. Если сеть соответствует подобному 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 протоколы и технологии должны соответствовать ряду дополнительных требований. Стандарты подобные IP разрабатывались для приложений, приемлемых к потере передаваемых данных, ошибкам передачи и возникновению узких мест производительности. В то же время для SAN недопустимы потери или искажение данных и низкая производительность сети в течение долгого времени. Хотя потери данных в локальных (LAN) и глобальных (WAN) сетях допустимы для приложений и операционных систем, те же самые приложения разрабатывались исходя из допущения, что их система хранения данных работает быстро и надежно. Можно сравнить результат двух действий: отсоединение сетевого кабеля от сервера и извлечение его системного жесткого диска. Разница в реакции системы и приложений на такие события означает, что на практике от SAN требуется высокая производительность и надежность. Данная работа рассматривает многие общие вопросы технологии SAN независимо от протокола, но основной акцент сделан на SAN, использующих стандарт Fibre Channel (FC), поскольку это самый популярный протокол для сетей хранения, специально разработанный с учетом требований к производительности и надежности.
Таким образом, термину SAN можно дать следующее более точное определение:
SAN – это высокопроизводительная и надежная сеть, предназначенная, прежде всего, для обеспечения связи и обмена данными на уровне блоков между хостами и любыми устройствами хранения данных.
Сети хранения данных предназначены для передачи данных различных приложений между хостами и устройствами хранения, но по ним может передаваться и другой трафик, например, трафик между хостами и трафик между устройствами хранения.
SAN можно построить для того, чтобы хосты могли соединяться со своими устройствами хранения, используя SCSI over Fibre Channel (отображение SCSI на FC называется Fibre Channel Protocol или FCP) или хосты могут соединяться между собой, используя Internet Protocol over Fibre Channel (IPFC). Так же в этой инфраструктуре одно устройство хранения может напрямую соединиться с другими для резервного копирования без участия сервера или репликации томов. Более того, построение SAN не обязательно должно быть основано на стандарте FC. Существует ряд протоколов, которые также применимы к созданию сетей хранения и речь о них пойдет далее.
Важно осознавать, что SAN это не конкретный протокол, а подход к организации хранения и обработки данных. Вопрос выбора тех или иных технологий, реализующих этот подход, остается за архитектором решения. Кроме того, необходимо четко осознавать момент, когда организация хранения данных является целесообразной или необходимой для организации. Возможен вариант подключения дискового массива к серверу напрямую, если дальнейшее развитие инфраструктуры ИТ не планируется.
DAS и SAN
Все больше организаций сегодня внедряют SAN в рамках построения ИТ инфраструктуры, поскольку сети хранения 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[1]. Такая консолидация позволяет внедрять новые технологии управления данными, например управление жизненным циклом информации. SAN - эффективное решение для восстановления после аварий, построения кластеров высокой готовности, улучшения производительности приложений и высокоскоростного резервного копирования и восстановления.
2.1 Direct Attached Storage
Ранее устройства хранения обычно подключались к серверу напрямую, чаще всего используя шину SCSI (Рис. 1), однако из-за быстрого роста требований к хранению данных этот метод прямого подключения устройств хранения (Direct Attached Storage, DAS) стал неэффективным.
Рис. 1. Архитектура DAS
Существенным недостатком данной технологии являлось то, что при масштабировании DAS возникал целый ряд проблем, например: Модернизация устройств хранения DAS требует выключения сервера и физического отсоединения шины SCSI, поэтому расширение емкости DAS приводит к перебоям в работе приложений и может негативно влиять на бизнес-процессы организации.
Максимальное расстояние между хостом и устройствами хранения SCSI небольшое – их нельзя установить в разных частях центра обработки данных или здания. Это ограничение не позволяет обеспечить восстановление после аварий (Disaster Recovery, DR).
Для построения 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.
Большая вероятность возникновения избытка емкости в подсистеме хранения одного хоста и критической нехватку емкости другого. Возможность перераспределения ресурсов отсутствует ввиду локализации системы хранения внутри хоста. Эта ситуация называется проблемой «неиспользуемой емкости (white space utilization)» (Рис. 2) дисковых или ленточных подсистем хранения. Чем больше емкости не используется, тем ниже эффективность системы хранения.
Производительность шины SCSI не соответствовала быстро растущим мощностям центральных процессоров и нагрузки приложений.
Рис. 2. White Space в подсистемах DAS
Storage Area Network
Революционный подход в реализации SAN позволил сделать прорыв в развертывании и управлении устройствами хранения данных. Подключение устройств к сетям хранения позволило впервые преодолеть ограничения DAS[1]:
Масштабирование производится независимо от работы хостов;
SAN охватывают не только весь центр обработки данных, но также способны обеспечить построение катастрофоустойчивых решений (DR), защищающих от аварий регионального и континентального масштаба;
Любой хост может обращаться к любому устройству хранения (Рис. 3) и если ему требуются ресурсы, то он сможет получить емкость от любого устройства, у которого есть свободная. Таким образом, решается проблема неэффективного использования емкости технологии DAS;
Ранее кластеры HA использовались только для самых требовательных приложений, но благодаря SAN сфера их применения существенно расширилась;
Производительность SAN на базе FC превосходит требования самых «тяжелых» приложений. FC стал поддерживать 1 Gb/s еще до ратификации стандарта Gigabit Ethernet и сейчас поддерживает скорости 2 Gb/s, 4 Gb/s, 8 Gb/s и 10 Gb/s, что обеспечивает разные опции производительности в зависимости от требований приложений. Использование технологии объединения физических каналов (Trunking) позволяет обеспечить полосу пропускания одного логического канала до 256 Gb/s.
Рис. 3. Эффективное использование емкости