Сети для систем хранения данных

Сетевое подключение современных систем хранения данных осуществляется с помощью сетей SAN. SAN - это централизованная высокопроизводительная специализированная сеть с высокой степенью масштабируемости, объединяющая серверы, системы хранения, сетевые устройства, программное обеспечение и сетевые сервисы. Эти ресурсы связанны между собой и с серверами, которые действуют как точки доступа в сеть SAN. Решения SAN предлагаются в виде готовых конфигураций, однако в некоторых случаях для их развертывания может потребоваться дополнительная ИТ-поддержка.
Сеть SAN существенно отличается от традиционных сетей, поскольку в ее основе лежат интерфейсы систем хранения. SAN-решения используют выделенную сеть сервисов, базирующуюся в большинстве случаев (хотя и не обязательно) на архитектуре интерфейса Fibre Channel (FC). Схема систем хранения данных приведена на рис.5.54.

Рис.5.54 Сетевое подключение систем хранения данных

Существующая классическая схема хранения данных больших объемов использует набор серверов, количество которых зависит от объема обрабатываемых данных, количества пользователей, возможностей корпорации, для которой существуют такие системы. Серверы, как правило, имеют различную производительность и иерархичность. Каждый сервер имеет свой дисковый RAID - массив. Весь обмен данными осуществляются через локальную сеть. Со временем под каждую новую задачу или для лучшего решения старой, как правило, покупается новый сервер со своим дисковым массивом, расширение корпорации ставит новые задачи, покупается следующий сервер и процесс повторяется. Проблемы такой классической архитектуры построения сети корпорации, можно свести к следующим :

- сервер достаточно дорог, поскольку в его составе обязательно присутствует недешевый RAID массив;

-перенос программного обеспечения и данных со старого сервера на новый трудоемок и особенно сложен в случае невозможности остановки старого сервера;

-создание кластера (кластеров) требует покупки специального комплекта (комплектов) оборудования;

-весь обмен данными в организации идет через локальную сеть. Какие бы хорошими маршрутизаторы сети не были, с ростом объема данных сеть регулярно становится узким местом, и производительность всей компьютерной системы корпорации падает. Установка нового сервера (серверов) и новых коммутаторов позволяет на какое-то время ”расшить" узкие места, но с ростом информационных объемов, все повторяется сначала. К тому же реальная пропускная способность даже гигабитной сети невелика, поскольку даже дорогие сетевые коммутаторы не обеспечивают суммарную полосу пропускания равной сумме всех потоков через коммутатор.

-невозможно перераспределение ресурсов дисковой памяти между серверами. Такая задача равносильна замене целиком сервера, что, часто и делается.

- эффективность администрирования системы, состоящей из разнородного оборудования и не имеющей программных средств для управления всей системой в целом существенно зависит от квалификации конкретных людей.

-серверы устанавливаются в одной или нескольких комнатах, что при техногенной аварии (прорыв труб водо - и теплоснабжения, пожар) приводит к большим потерям: данные уничтожаются и серверы выходят из строя. Восстановление системы может потребовать значительных ресурсов.

Частично недостатки были устранены, когда начиная с 2003 года руководители корпораций стали использовать внешние системы хранения данных с интерфейсами SCSI и SATA. Позднее появились FC – системы. Это позволило”отвязать” дисковую память от конкретного сервера и в случае необходимости заменить только один компонент, которым как правило, является сервер, вычислительных возможностей которого часто не хватает. Такая схема построения сети предприятия показана на рис. 5.55.

Рис.5.55. Архитектура сети хранения данных с локализацией устройств хранения данных

Очевидно, такая архитектура более удобна, чем классическая, но она не ликвидирует главные проблемы - высокую нагрузку на сеть и проблемы с администрированием системы. С удешевлением интерфейса Fibre Channel (FC), стало возможным создавать высокоскоростные специализированные сети для передачи данных и позволило с его помощью принципиально изменить архитектуру вычислительной сети корпорации. Fibre Channel дает возможность отделить все потоки данных между серверами предприятия, архивирование данных и т.д. от локальной сети пользователей. Пример такой архитектуры показан на рис. 5.56.

Рис. 5.56. Архитектура сети хранения данных с использованием коммутируемой FC – матрицы (коммутатора)

Здесь возможности по конфигурированию системы значительно расширены - любой сервер может обращаться к любому разрешенному администратором системы дисковому ресурсу, возможен доступ к одному и тому же диску нескольких устройств одновременно, причем с высокой скоростью, не идущей ни в какое сравнение со скоростью передачи данных по Ethernet. При этом, для каждого компьютера, подключенного к дисковому ресурсу этот ресурс представляется как локальный. В этом варианте и восстановление данных становится легкой и прозрачной задачей. В любой момент можно создать кластер, высвободив под него ресурсы на любой из FC- систем хранения. Масштабирование также наглядно и понятно - в зависимости от того, нехватка каких ресурсов возникла, можно либо включить сервер, который приобретается исходя из его вычислительных возможностей, либо добавляется новая система хранения.

Программное обеспечение позволяет управлять всеми системами хранения как единым массивом и обеспечивать администрирование, в результате чего реализуется специализированная сеть SAN (Storage Area Network).

В рассматриваемой схеме есть элемент ненадежности - единственная коммутируемая матрица для всех серверов и систем хранения. Этот недостаток устраняется установкой дублирующей матрицы. Благодаря продуманной архитектуре Fibre Channel, вторая матрица может работать ”параллельно” с первой и в случае выхода любой матрицы из строя система в целом этого просто не заметит. Сами системы хранения, в свою очередь, имеют 2 канала Fibre Channel (4 порта), что также делает возможным распараллеливание процессов с помощью второй матрицы.

Отметим еще одну важную особенность интерфейса Fibre Channel - возможности сегментирования или ”зонирования” системы. Разделение на зоны подобно разделению на виртуальные сети (VLAN) в локальной сети – устройства, находящиеся в разных зонах, не могут "видеть" друг друга. Разделение на зоны возможно либо с помощью коммутируемой матрицы (Switched Fabric) или на основе указания адреса WWN (World Wide Name). Адрес WWN подобен MAC - адресу в сетях Ethernet, каждый FC - котроллер имеет свой уникальный WWN - адрес, который присваивает ему производитель, а любая правильно спроектированная система хранения данных позволяет ввести адреса тех контроллеров или портов матриц, с которыми этому устройству разрешено работать. Разделение на зоны предназначено в первую очередь для повышения безопасности и производительности сетей хранения данных. В отличии от обычной сети, из внешнего мира нельзя ”взломать” зоны и получить доступ к закрытому для данной зоны устройству.

Сфера применения систем хранения на базе Fibre Channel не ограничивается только серверными системами корпораций. Одно из направлений использования - работа с видео и цифровым кино (Digital Cinema).

С ростом рынка кино и телевидения возросла специализация сотрудников, занимающихся компьютерной обработкой кино- видеоматериалов и возникла серьезная проблема - как обрабатывать материал последовательно нескольким специалистам? Либо надо пересаживать их с одной рабочей станции на другую и тем самым пропустить всех необходимых людей через станцию, к которой подключен внешний дисковый массив с конкретным фильмом, либо передавать материал по сети с одного массива на другой, либо физически переносить систему хранения от одного компьютера к другому. Все эти способы заметно увеличивают время работы над проектом, поскольку передача по сети с одной рабочей станции на другую терабайта данных процесс длительный. Поэтому для компаний, занимающихся post-production, применение Fibre Channel является самым логичным выходом из этой ситуации и ряд компаний успешно применяют в своей работе такие системы. Структура системы в этом случае не отличается от ранее рассмотренной, просто вместо серверов в систему входят рабочие станции. В этом варианте все проблемы отпадают - по завершении очередного этапа другой сотрудник начинает заниматься тем же самым фильмом, никуда не перемещая файлы и нисколько не теряя в скорости доступа к данным. Используя специализированное программное обеспечение, вполне возможна и одновременная работа нескольких пользователей над одним проектом, что существенно ускоряет процесс.

Еще одна серьезная причина для перехода на системы Fibre Channel - это шум. Системы хранения данных включают в себя, как правило, до 16 жестких дисков, несколько блоков питания и вентиляторы охлаждения. Все это создает заметный шум. Особенно это актуально для людей, занимающихся творчеством весь рабочий день, шум дл я них является серьезной проблемой. Применение же систем с FC ликвидирует проблему шума. Допустимого для FC - интерфейса расстояния в сотни метров от компьютера хватает для удаления систем хранения от рабочей станции в любом здании.

Рассмотрим коротко вопросы управления системами хранения. Стратегическую задачу управления можно сформулировать: как, сохраняя огромные скорости обмена данными, возможности гибкой аппаратной настройки, масштабирования, эффективно управлять SAN, как локальной сетью. Проблема в том, что FC - дисковая система хранения с точки зрения компьютера есть обычный внутренний локальный диск, подключенный через обычный дисковый контроллер. Соответственно, если к этому FC - диску будет иметь доступ несколько компьютеров, то непонятно, каким образом и кто будет следить за тем, чтобы один компьютер не записывал в одни и те же места диска одновременно с другим компьютером. Решение вопроса разделения ресурсов зависит от сферы применения.

Например, в бизнес - применениях не требуется разделение одного локального дискового пространства между несколькими компьютерами или такое разделение штатно поддерживается операционной системой (типичный пример - кластер). Во многих бизнес - применениях администраторы удовлетворены гибкими возможностями FC - систем по перераспределению дискового пространства между компьютерами, легкостью конфигурирования, широкимивозможностями по масштабированию. И в бизнес - применениях зачастую ограничиваются штатными возможностями администрирования, которые предоставляют как FC - матрицы, так и сами системы хранения.

Для кинематографа и телевидения тоже часто применяется простой подход - виртуальное переназначение дисков от одного пользователя к другому в зависимости от этапов работы над проектом, либо элементарное жесткое закрепление определенного дискового пространства за конкретным компьютером (пользователем).

Задачи первого типа позволяет решить технология QLogic SAN Express Программное обеспечение работает только под управлением Windows 2003 Server, но позволяет администрировать SAN с помощью штатных средств Windows. Достоинства - низкая стоимость решения, требуется невысокий уровень квалификации администратора. Недостатки - можно использовать только FC - матрицы (не задействующие стек), всего на 10 портов каждая; FC - системы хранения должны распознаваться программным обеспечением. Иными словами, главный недостаток - жесткая привязка к аппаратной реализации и Windows 2003 Server, причем QLogic SAN Express обладает довольно скромными возможностями управления аппаратными ресурсами.

Второй способ решения задач управления системами хранения данных FC

- применение специализированного программного обеспечения, не привязанного к конкретному оборудованию. Одна из наиболее известных программ - MetaSAN от швейцарской фирмы Tiger Technology. Эта программа позволяет настраивать и управлять практически всеми возможностями SAN, добавляя к ним такие полезные вещи как переключение трафика на LAN в случае обрыва кабеля или выхода из строя FC – контроллера, управление полосой пропускания и т.п. Достоинства - большие возможности по администрированию, отсутствие выделенного сервера метаданных, хорошая защита от сбоев, нет привязки к конкретным типам матриц - систем хранения FC - контроллеров.

К достоинствам следует отнести поддержку кроме Windows также Mac OS и Linux Red Hat. Недостатки - относительно высокая стоимость решения (около $1000) на компьютер, подключенный к SAN. Кроме этого, для доступа по локальной сети к SAN - дискам, управляемым MetaSAN, с компьютеров на которых MetaSAN не установлена, требуется приобрести программу MetaLAN (стоимость около $300 за одно рабочее место). Однако, с увеличением количества сетей SAN стоимость оборудования и программного обеспечения неуклонно снижается и за такими системами большое будущее. Более подробно информацию о сетях SAN на базе интерфейса FC можно получить в [29].

Поиск по сайту: