Sieć magazynowa

Fibre Channel
Fibre Channel
Warstwa 4. Mapowanie protokołów
	Maskowanie LUN
Warstwa 3. Wspólne usługi
Warstwa 2. Sieć
	; ; Struktura Fibre Channel Podział na strefy Fibre Channel Zarejestrowane powiadomienie o zmianie stanu
Warstwa 1. Łącze danych
	Kodowanie Fibre Channel 8b/10b
Warstwa 0. Fizyczna

Sieć pamięci masowej ( SAN ) lub sieć pamięci masowej to sieć komputerowa , która zapewnia dostęp do skonsolidowanego przechowywania danych na poziomie bloków . Sieci SAN są używane głównie do uzyskiwania dostępu do do przechowywania danych , takich jak macierze dyskowe i biblioteki taśmowe z serwerów , dzięki czemu urządzenia te są widoczne w systemie operacyjnym jako pamięć masowa podłączana bezpośrednio . Sieć SAN jest zwykle dedykowaną siecią urządzeń pamięci masowej, do których nie można uzyskać dostępu za pośrednictwem sieci sieć lokalna (LAN).

Chociaż sieć SAN zapewnia dostęp tylko na poziomie bloków, systemy plików zbudowane na bazie sieci SAN zapewniają dostęp na poziomie plików i są znane jako systemy plików na dyskach współdzielonych .

Nowsze konfiguracje sieci SAN umożliwiają hybrydową sieć SAN i tradycyjne blokowe przechowywanie, które pojawia się jako lokalna pamięć masowa, ale także obiektowa pamięć masowa dla usług internetowych za pośrednictwem interfejsów API.

Architektury pamięci masowej

Fibre Channel SAN łączy serwery z pamięcią masową za pośrednictwem przełączników Fibre Channel.

Sieci pamięci masowej (SAN) są czasami określane jako sieć za serwerami i historycznie rozwijały się ze scentralizowanego modelu przechowywania danych, ale z własną siecią danych . Sieć SAN to najprościej mówiąc dedykowana sieć do przechowywania danych. Oprócz przechowywania danych, sieci SAN umożliwiają automatyczne tworzenie kopii zapasowych danych oraz monitorowanie przechowywania i procesu tworzenia kopii zapasowych. Sieć SAN to połączenie sprzętu i oprogramowania. Wyrosła ona z zorientowanych na dane architektur mainframe , w których klienci w sieci mogą łączyć się z kilkoma serwerami które przechowują różne typy danych. Aby skalować pojemność pamięci masowej wraz ze wzrostem ilości danych, opracowano pamięć masową podłączaną bezpośrednio (DAS), w której do serwerów podłączano macierze dyskowe lub tylko kilka dysków (JBOD). W tej architekturze można dodawać urządzenia pamięci masowej w celu zwiększenia pojemności pamięci masowej. Jednak serwer, za pośrednictwem którego uzyskuje się dostęp do urządzeń pamięci masowej, jest pojedynczym punktem awarii , a duża część przepustowości sieci LAN jest wykorzystywana do uzyskiwania dostępu do danych, ich przechowywania i tworzenia kopii zapasowych. Aby rozwiązać problem pojedynczego punktu awarii, bezpośrednio podłączona współdzielona pamięć masowa wdrożono architekturę, w której kilka serwerów miało dostęp do tego samego urządzenia pamięci masowej.

DAS był pierwszym sieciowym systemem pamięci masowej i nadal jest szeroko stosowany tam, gdzie wymagania dotyczące przechowywania danych nie są bardzo wysokie. Na jego podstawie opracowano pamięci masowej podłączonej do sieci (NAS), w której jeden lub więcej dedykowanych serwerów plików lub urządzeń pamięci masowej jest udostępnianych w sieci LAN. Dlatego przesyłanie danych, zwłaszcza w celu tworzenia kopii zapasowych, nadal odbywa się przez istniejącą sieć LAN. Jeśli jednocześnie przechowywano więcej niż terabajt danych, przepustowość sieci LAN stawała się wąskim gardłem. Dlatego opracowano sieci SAN, w których dedykowana sieć pamięci masowej została podłączona do sieci LAN, a terabajty danych są przesyłane przez dedykowaną sieć o dużej szybkości i przepustowości. W sieci SAN urządzenia pamięci masowej są ze sobą połączone. Transfer danych między urządzeniami pamięci masowej, na przykład w celu tworzenia kopii zapasowych, odbywa się za serwerami i ma być przejrzysty. W architekturze NAS dane są przesyłane za pomocą Protokoły TCP i IP w sieci Ethernet . Dla sieci SAN opracowano odrębne protokoły, takie jak Fibre Channel , iSCSI , Infiniband . Dlatego sieci SAN często mają własne urządzenia sieciowe i pamięci masowej, które należy kupić, zainstalować i skonfigurować. To sprawia, że sieci SAN są z natury droższe niż architektury NAS.

składniki

Dwuportowa karta adaptera magistrali hosta 8 Gb FC

Sieci SAN mają własne urządzenia sieciowe, takie jak przełączniki SAN. Aby uzyskać dostęp do SAN, używane są tak zwane serwery SAN, które z kolei łączą się z adapterami hosta SAN . W sieci SAN można łączyć szereg urządzeń do przechowywania danych, takich jak macierze dyskowe obsługujące SAN, JBODS i biblioteki taśmowe .

Warstwa hosta

Mówi się, że serwery, które umożliwiają dostęp do sieci SAN i jej urządzeń pamięci masowej, tworzą warstwę hosta sieci SAN. Takie serwery mają adaptery hosta, czyli karty, które podłącza się do gniazd na płycie głównej serwera (zwykle są to gniazda PCI) i działają z odpowiednim oprogramowaniem układowym i sterownikiem urządzenia . Za pośrednictwem adapterów hosta system operacyjny serwera może komunikować się z urządzeniami pamięci masowej w sieci SAN.

We wdrożeniach Fibre Channel kabel łączy się z adapterem hosta za pośrednictwem konwertera interfejsu gigabitowego (GBIC). GBIC są również używane w przełącznikach i urządzeniach pamięci masowej w sieci SAN i przekształcają bity cyfrowe w impulsy świetlne, które można następnie przesyłać kablami Fibre Channel. I odwrotnie, GBIC konwertuje przychodzące impulsy świetlne z powrotem na bity cyfrowe. Poprzednik GBIC nazywał się Gigabit Link Module (GLM).

Warstwa tkaniny

Przełącznik Qlogic SAN z zainstalowanymi złączami optycznymi Fibre Channel

Warstwa szkieletowa składa się z urządzeń sieciowych SAN, które obejmują przełączniki SAN , routery, mosty protokołów, urządzenia bramowe i kable. Urządzenia sieciowe SAN przenoszą dane w sieci SAN lub między inicjatorem , takim jak port HBA serwera, a celem , takim jak port urządzenia pamięci masowej.

Kiedy po raz pierwszy budowano sieci SAN, koncentratory były jedynymi urządzeniami obsługującymi protokół Fibre Channel, ale opracowano przełączniki Fibre Channel i koncentratory są obecnie rzadko spotykane w sieciach SAN. Przełączniki mają tę przewagę nad koncentratorami, że umożliwiają jednoczesną komunikację wszystkich podłączonych urządzeń, ponieważ przełącznik zapewnia dedykowane łącze do łączenia ze sobą wszystkich swoich portów. Kiedy po raz pierwszy zbudowano sieci SAN, Fibre Channel musiał zostać zaimplementowany na kablach miedzianych, obecnie w sieciach SAN stosuje się wielomodowe kable światłowodowe .

Sieci SAN są zwykle budowane z redundancją, więc przełączniki SAN są połączone redundantnymi łączami. Przełączniki SAN łączą serwery z urządzeniami pamięci masowej i zazwyczaj nie blokują, umożliwiając transmisję danych przez wszystkie podłączone przewody w tym samym czasie. Przełączniki SAN są konfigurowane w celu zapewnienia nadmiarowości w topologii kratowej . Pojedynczy przełącznik SAN może mieć zaledwie 8 portów i do 32 portów z modułowymi rozszerzeniami. Tak zwane przełączniki klasy Director mogą mieć aż 128 portów.

W przełączanych sieciach SAN używany jest protokół Fibre Channel FC-SW-6, w ramach którego każde urządzenie w sieci SAN ma zakodowany na stałe adres World Wide Name (WWN) w adapterze magistrali hosta (HBA). Jeśli urządzenie jest podłączone do sieci SAN, jego WWN jest rejestrowany na serwerze nazw przełączników SAN. Zamiast nazwy WWN lub ogólnoświatowej nazwy portu (WWPN) dostawcy urządzeń pamięci masowej SAN Fibre Channel mogą również zakodować na stałe ogólnoświatową nazwę węzła (WWNN). Porty urządzeń pamięci masowej często mają numer WWN zaczynający się od 5, podczas gdy adaptery magistrali serwerów zaczynają się od 10 lub 21.

Warstwa przechowywania

Fibre Channel to technologia warstwowa, która rozpoczyna się w warstwie fizycznej i przechodzi przez protokoły do protokołów wyższego poziomu, takich jak SCSI i SBCCS.

Serialized Small Computer Systems Interface (SCSI) jest często używany w serwerach i urządzeniach pamięci masowej SAN jako dodatek do protokołu Fibre Channel. Interfejs Internet Small Computer Systems Interface (iSCSI) przez Ethernet i protokoły Infiniband można również znaleźć w sieciach SAN, ale często są one łączone z siecią Fibre Channel SAN. Dostępne są jednak urządzenia pamięci masowej Infiniband i iSCSI, w szczególności macierze dyskowe.

Mówi się, że różne urządzenia pamięci masowej w sieci SAN tworzą warstwę pamięci masowej . Może zawierać różne dyski twarde i urządzenia z taśmą magnetyczną , które przechowują dane. W sieciach SAN macierze dyskowe są połączone za pomocą macierzy RAID , co sprawia, że wiele dysków twardych wygląda i działa jak jedno duże urządzenie pamięci masowej. Każde urządzenie pamięci masowej, a nawet partycja na tym urządzeniu pamięci masowej ma numer jednostki logicznej (LUN) do niego przypisany. Jest to unikalny numer w sieci SAN. Każdy węzeł w sieci SAN, czy to serwer, czy inne urządzenie pamięci masowej, może uzyskać dostęp do pamięci masowej, odwołując się do jednostki LUN. Jednostki LUN pozwalają na segmentację pojemności pamięci SAN i wdrożenie kontroli dostępu. Konkretny serwer lub grupa serwerów może na przykład uzyskać dostęp tylko do określonej części warstwy pamięci masowej SAN w postaci jednostek LUN. Gdy urządzenie pamięci masowej otrzyma żądanie odczytu lub zapisu danych, sprawdzi swoją listę dostępu, aby ustalić, czy węzeł identyfikowany przez jego LUN ma dostęp do obszaru przechowywania, również identyfikowanego przez LUN. Maskowanie jednostek LUN to technika polegająca na tym, że adapter magistrali hosta i oprogramowanie SAN serwera ograniczają jednostki LUN, dla których akceptowane są polecenia. W ten sposób jednostki LUN, do których serwer nigdy nie powinien mieć dostępu, są maskowane. Inną metodą ograniczania dostępu serwera do określonych urządzeń pamięci masowej SAN jest kontrola dostępu oparta na sieci szkieletowej lub podział na strefy, która jest wymuszana przez urządzenia sieciowe i serwery sieci SAN. W przypadku podziału na strefy dostęp do serwera jest ograniczony do urządzeń pamięci masowej znajdujących się w określonej strefie SAN.

Protokoły sieciowe

Warstwa mapowania do innych protokołów jest używana do tworzenia sieci:

ATA przez Ethernet (AoE), mapowanie AT Attachment (ATA) przez Ethernet
Fibre Channel Protocol (FCP), mapowanie SCSI przez Fibre Channel
Fibre Channel przez Ethernet (FCoE)
ESCON przez Fibre Channel ( FICON ), używany przez komputery typu mainframe
HyperSCSI , mapowanie SCSI przez Ethernet
Mapowanie iFCP lub SANoIP FCP przez IP
iSCSI , mapowanie SCSI przez TCP/IP
Rozszerzenia iSCSI dla RDMA (iSER), mapowanie iSCSI przez InfiniBand
Sieciowe urządzenie blokowe , mapujące żądania węzłów urządzenia w systemach typu UNIX przez gniazda strumieniowe, takie jak TCP/IP
Protokół SCSI RDMA (SRP), kolejna implementacja SCSI do transportu zdalnego bezpośredniego dostępu do pamięci (RDMA).

Sieci pamięci masowej mogą być również budowane z wykorzystaniem technologii Serial Attached SCSI (SAS) i Serial ATA (SATA). SAS wyewoluował z bezpośrednio podłączanej pamięci masowej SCSI. SATA wyewoluowało z bezpośrednio podłączanej pamięci masowej Parallel ATA . Urządzenia SAS i SATA można łączyć w sieć za pomocą ekspanderów SAS .

Przykłady protokołów stosowych wykorzystujących SCSI
Aplikacje
Warstwa SCSI
FCP	FCP	FCP	FCP	iSCSI	iSER	SRP
		FCIP	iFCP
		TCP			Transport RDMA
	FCoE	IP			Sieć IP lub InfiniBand
FC	Ethernet				Ethernet lub InfiniBand

Oprogramowanie

Stowarzyszenie Storage Networking Industry Association (SNIA) definiuje sieć SAN jako „sieć, której głównym celem jest przesyłanie danych między systemami komputerowymi i elementami pamięci masowej”. Jednak sieć SAN to nie tylko infrastruktura komunikacyjna, ale także warstwa zarządzania oprogramowaniem . To oprogramowanie organizuje serwery, urządzenia pamięci masowej i sieć, dzięki czemu dane mogą być przesyłane i przechowywane. Ponieważ sieć SAN nie korzysta z bezpośrednio podłączonej pamięci masowej (DAS), urządzenia pamięci masowej w sieci SAN nie są własnością serwera i nie są przez niego zarządzane. Sieć SAN umożliwia serwerowi dostęp do dużej pojemności pamięci masowej, która może być również dostępna dla innych serwerów. Ponadto oprogramowanie SAN musi zapewniać bezpośrednie przenoszenie danych między urządzeniami pamięci masowej w sieci SAN przy minimalnej interwencji serwera.

Oprogramowanie do zarządzania siecią SAN jest instalowane na co najmniej jednym serwerze i klientach zarządzania na urządzeniach pamięci masowej. W oprogramowaniu do zarządzania SAN rozwinęły się dwa podejścia: zarządzanie w paśmie i poza pasmem. In-band oznacza, że dane zarządzania między serwerem a urządzeniami pamięci masowej są przesyłane w tej samej sieci co dane pamięci masowej. Out-of-band oznacza, że dane zarządzania są przesyłane przez dedykowane łącza. Oprogramowanie do zarządzania siecią SAN będzie gromadzić dane dotyczące zarządzania ze wszystkich urządzeń pamięci masowej w warstwie pamięci masowej. Obejmuje to informacje o błędach odczytu i zapisu, wąskich gardłach pojemności pamięci masowej i awariach urządzeń pamięci masowej. Oprogramowanie do zarządzania SAN może integrować się z Prosty protokół zarządzania siecią (SNMP).

W 1999 roku wprowadzono otwarty standard Common Information Model (CIM) do zarządzania urządzeniami pamięci masowej i zapewniania interoperacyjności. Internetowa wersja CIM nosi nazwę Web-Based Enterprise Management (WBEM) i definiuje obiekty urządzeń pamięci masowej SAN oraz przetwarza transakcje . Korzystanie z tych protokołów obejmuje menedżera obiektów CIM (CIMOM) do zarządzania obiektami i interakcjami oraz umożliwia centralne zarządzanie urządzeniami pamięci masowej SAN. Podstawowe zarządzanie urządzeniami w sieciach SAN można również osiągnąć za pomocą specyfikacji interfejsu zarządzania pamięcią masową (SMI-S), w której obiekty i procesy CIM są rejestrowane w katalogu. Aplikacje i podsystemy oprogramowania mogą następnie korzystać z tego katalogu. Dostępne są również aplikacje do zarządzania, które umożliwiają konfigurowanie urządzeń pamięci masowej SAN, umożliwiając na przykład konfigurację stref i jednostek LUN.

Ostatecznie urządzenia sieciowe i pamięci masowej SAN są dostępne u wielu dostawców, a każdy dostawca sieci SAN ma własne oprogramowanie do zarządzania i konfiguracji. Wspólne zarządzanie w sieciach SAN obejmujących urządzenia różnych dostawców jest możliwe tylko wtedy, gdy dostawcy udostępniają interfejs programowania aplikacji (API) dla swoich urządzeń innym dostawcom. W takich przypadkach oprogramowanie do zarządzania siecią SAN wyższego poziomu może zarządzać urządzeniami SAN innych dostawców.

Obsługa systemów plików

W sieci SAN dane są przesyłane, przechowywane i dostępne na poziomie bloków. W związku z tym sieć SAN nie zapewnia abstrakcji plików danych , a jedynie przechowywanie i operacje na poziomie bloków . Serwerowe systemy operacyjne utrzymują własne systemy plików na własnych dedykowanych, niewspółdzielonych jednostkach LUN w sieci SAN, tak jakby były one lokalne dla siebie. Gdyby wiele systemów próbowało po prostu współdzielić jednostkę LUN, kolidowałyby one ze sobą i szybko uszkodziłyby dane. Każde planowane udostępnianie danych na różnych komputerach w ramach jednostki LUN wymaga oprogramowania. Systemy plików zostały opracowane do współpracy z oprogramowaniem SAN w celu zapewnienia dostępu na poziomie plików. Są one znane jako system plików dysku współdzielonego .

W mediach i rozrywce

edycji wideo wymagają bardzo dużych szybkości przesyłania danych i bardzo małych opóźnień. Sieci SAN w mediach i rozrywce są często określane jako bezserwerowe ze względu na charakter konfiguracji, w której przepływ pracy wideo (pobieranie, edytowanie, odtwarzanie) klientów stacjonarnych jest umieszczany bezpośrednio w sieci SAN, a nie podłączany do serwerów. Sterowanie przepływem danych jest zarządzane przez rozproszony system plików. Kontrola wykorzystania przepustowości przez węzeł, czasami nazywana jakością usług (QoS), jest szczególnie ważna w przypadku edycji wideo, ponieważ zapewnia sprawiedliwe i priorytetowe wykorzystanie przepustowości w całej sieci.

Jakość usługi

SAN Storage QoS umożliwia obliczenie i utrzymanie pożądanej wydajności pamięci masowej dla klientów sieciowych uzyskujących dostęp do urządzenia. Niektóre czynniki wpływające na SAN QoS to:

Przepustowość — szybkość przepustowości danych dostępna w systemie.
Opóźnienie — opóźnienie czasowe wykonania operacji odczytu/zapisu.
Głębokość kolejki — liczba zaległych operacji oczekujących na wykonanie na dyskach bazowych ( dyskach tradycyjnych lub półprzewodnikowych ).

Alternatywnie, nadmiarowa alokacja może być wykorzystana do zapewnienia dodatkowej przepustowości w celu zrekompensowania szczytowego obciążenia ruchem sieciowym. Jednak tam, gdzie obciążenie sieci nie jest przewidywalne, nadmiarowa alokacja może ostatecznie spowodować całkowite wykorzystanie przepustowości i znaczny wzrost opóźnień, co skutkuje pogorszeniem wydajności sieci SAN.

Wirtualizacja pamięci masowej

Wirtualizacja pamięci masowej to proces oddzielania pamięci logicznej od pamięci fizycznej. Fizyczne zasoby pamięci masowej są agregowane w pule pamięci masowej, z których tworzona jest pamięć logiczna. Przedstawia użytkownikowi logiczną przestrzeń do przechowywania danych i w przejrzysty sposób obsługuje proces mapowania ich do fizycznej lokalizacji, koncepcja zwana przezroczystością lokalizacji . Jest to realizowane w nowoczesnych macierzach dyskowych, często przy użyciu technologii zastrzeżonej przez producenta. Jednak celem wirtualizacji pamięci masowej jest zgrupowanie wielu macierzy dyskowych pochodzących od różnych dostawców, rozproszonych w sieci, w jednym urządzeniu pamięci masowej. Pojedyncze urządzenie pamięci masowej może być następnie zarządzane w sposób jednolity.

Zobacz też

^ „Seria Water Panther Expanse SAN | Dyski twarde i dyski SSD dla korporacyjnych centrów danych” . Wodna Pantera . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 18 lipca 2022 r . Źródło 18 lipca 2022 r .
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^{hi Jon Tate, Pall Beck, Hector Hugo Ibarra,}^{Shanmuganathan} Kumaravel & Libor Miklas (2017). „Wprowadzenie do sieci pamięci masowej” (PDF) . Czerwone księgi, IBM. Zarchiwizowane (PDF) od oryginału w dniu 1 stycznia 2020 r . Źródło 15 września 2011 r . {{ cite web }} : CS1 maint: używa parametru autorów ( link )
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ^ja NIIT (2002). Wydanie specjalne: Korzystanie z sieci pamięci masowej . Wydawnictwo Que. ISBN 9780789725745 . {{ cite book }} : CS1 maint: używa parametru autorów ( link )
^; ^ ^A ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^hi ^j ^k ^l ^m Christopher Poelker Alex Nikitin, wyd. (2009). Sieci pamięci masowej dla bystrzaków . John Wiley & Synowie. ISBN 9780470471340 .
^ Richard Barker i Paul Massiglia (2002). Podstawy sieci pamięci masowej: kompletny przewodnik po zrozumieniu i wdrażaniu sieci SAN . John Wiley & Synowie. P. 198 . ISBN 9780471267119 . {{ cite book }} : CS1 maint: używa parametru autorów ( link )
^ „TechEncyklopedia: przechowywanie IP” . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 9 kwietnia 2009 r . . Źródło 9 grudnia 2007 .
^ „TechEncyklopedia: SANoIP” . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 9 kwietnia 2009 r . . Źródło 9 grudnia 2007 .
^ Magazyn PC. „Pamięć wirtualna” . Encyklopedia magazynu PC . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 30 sierpnia 2019 r . Źródło 17 października 2017 r .

Linki zewnętrzne

[1] „Seria Water Panther Expanse SAN | Dyski twarde i dyski SSD dla korporacyjnych centrów danych” . Wodna Pantera . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 18 lipca 2022 r . Źródło 18 lipca 2022 r .

[Tate-2] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^{hi Jon Tate, Pall Beck, Hector Hugo Ibarra,}^{Shanmuganathan} Kumaravel & Libor Miklas (2017). „Wprowadzenie do sieci pamięci masowej” (PDF) . Czerwone księgi, IBM. Zarchiwizowane (PDF) od oryginału w dniu 1 stycznia 2020 r . Źródło 15 września 2011 r . {{ cite web }} : CS1 maint: używa parametru autorów ( link )

[NIIT-3] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ^ja NIIT (2002). Wydanie specjalne: Korzystanie z sieci pamięci masowej . Wydawnictwo Que. ISBN 9780789725745 . {{ cite book }} : CS1 maint: używa parametru autorów ( link )

[Dummies-4] ; ^ ^A ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^hi ^j ^k ^l ^m Christopher Poelker Alex Nikitin, wyd. (2009). Sieci pamięci masowej dla bystrzaków . John Wiley & Synowie. ISBN 9780470471340 .

[5] Richard Barker i Paul Massiglia (2002). Podstawy sieci pamięci masowej: kompletny przewodnik po zrozumieniu i wdrażaniu sieci SAN . John Wiley & Synowie. P. 198 . ISBN 9780471267119 . {{ cite book }} : CS1 maint: używa parametru autorów ( link )

[6] „TechEncyklopedia: przechowywanie IP” . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 9 kwietnia 2009 r . . Źródło 9 grudnia 2007 .

[7] „TechEncyklopedia: SANoIP” . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 9 kwietnia 2009 r . . Źródło 9 grudnia 2007 .

[8] Magazyn PC. „Pamięć wirtualna” . Encyklopedia magazynu PC . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 30 sierpnia 2019 r . Źródło 17 października 2017 r .