Сеть хранения данных ( SAN ) или сеть хранения данных — это компьютерная сеть , которая обеспечивает доступ к консолидированному хранилищу данных на уровне блоков . Сети SAN в основном используются для доступа к устройствам хранения данных , таким как дисковые массивы и ленточные библиотеки, с серверов , так что эти устройства отображаются в операционной системе как хранилища с прямым подключением . SAN обычно представляет собой выделенную сеть устройств хранения данных, недоступную через локальную сеть (LAN).
Хотя SAN обеспечивает доступ только на уровне блоков, файловые системы, построенные на основе SAN, обеспечивают доступ на уровне файлов и известны как файловые системы с общими дисками .
Новые конфигурации SAN позволяют использовать гибридную SAN [1] и использовать традиционное блочное хранилище, которое выглядит как локальное хранилище, а также объектное хранилище для веб-сервисов через API.
Сети хранения данных (SAN) иногда называют сетью за серверами [2] : 11 и исторически развивались на основе модели централизованного хранения данных, но с собственной сетью передачи данных . Проще говоря, SAN — это выделенная сеть для хранения данных. Помимо хранения данных, сети SAN позволяют автоматически выполнять резервное копирование данных, а также контролировать хранилище, а также процесс резервного копирования. [3] : 16–17 SAN представляет собой комбинацию аппаратного и программного обеспечения. [3] : 9 Он вырос из архитектур мэйнфреймов, ориентированных на данные , где клиенты в сети могут подключаться к нескольким серверам , хранящим различные типы данных. [3] : 11 Для масштабирования емкости хранилища по мере роста объемов данных было разработано хранилище с прямым подключением (DAS), где к серверам подключались дисковые массивы или просто группа дисков (JBOD). В этой архитектуре можно добавлять устройства хранения для увеличения емкости хранилища. Однако сервер, через который осуществляется доступ к устройствам хранения данных, представляет собой единую точку отказа , и большая часть пропускной способности сети локальной сети используется для доступа, хранения и резервного копирования данных. Чтобы решить проблему единой точки отказа, была реализована архитектура общего хранилища с прямым подключением , в которой несколько серверов могли получить доступ к одному и тому же устройству хранения. [3] : 16–17
DAS была первой сетевой системой хранения данных и до сих пор широко используется там, где требования к хранению данных не очень высоки. На его основе была разработана архитектура сетевого хранилища (NAS), в которой один или несколько выделенных файловых серверов или устройств хранения данных доступны в локальной сети. [3] : 18 Таким образом, передача данных, особенно для резервного копирования, по-прежнему происходит по существующей локальной сети. Если одновременно хранилось более терабайта данных, пропускная способность локальной сети становилась узким местом. [3] : 21–22 Поэтому были разработаны сети SAN, в которых выделенная сеть хранения была подключена к локальной сети, а терабайты данных передаются по выделенной сети с высокой скоростью и пропускной способностью. В сети SAN устройства хранения данных взаимосвязаны. Передача данных между устройствами хранения, например, для резервного копирования, происходит за серверами и должна быть прозрачной. [3] : 22 В архитектуре NAS данные передаются с использованием протоколов TCP и IP через Ethernet . Для сетей SAN были разработаны отдельные протоколы, такие как Fibre Channel , iSCSI , Infiniband . Поэтому сети SAN часто имеют собственную сеть и устройства хранения данных, которые необходимо покупать, устанавливать и настраивать. Это делает сети SAN более дорогими, чем архитектуры NAS. [3] : 29
Сети SAN имеют свои собственные сетевые устройства, такие как коммутаторы SAN. Для доступа к SAN используются так называемые серверы SAN, которые, в свою очередь, подключаются к хост-адаптерам SAN . В сети SAN могут быть соединены различные устройства хранения данных, такие как дисковые массивы с поддержкой SAN, JBODS и ленточные библиотеки . [3] : 32, 35–36.
Говорят, что серверы, которые обеспечивают доступ к SAN и ее устройствам хранения, образуют хост-уровень SAN. Такие серверы имеют хост-адаптеры, которые представляют собой карты, которые подключаются к слотам на материнской плате сервера (обычно слотам PCI) и работают с соответствующей прошивкой и драйвером устройства . Через хост-адаптеры операционная система сервера может взаимодействовать с устройствами хранения данных в сети SAN. [4] : 26
При развертывании оптоволоконного канала кабель подключается к хост-адаптеру через преобразователь гигабитного интерфейса (GBIC). GBIC также используются в коммутаторах и устройствах хранения данных в сети SAN и преобразуют цифровые биты в световые импульсы, которые затем могут передаваться по кабелям Fibre Channel. И наоборот, GBIC преобразует входящие световые импульсы обратно в цифровые биты. Предшественник GBIC назывался Gigabit Link Module (GLM). [4] : 27
Уровень структуры состоит из сетевых устройств SAN, включая коммутаторы SAN , маршрутизаторы, мосты протоколов, шлюзовые устройства и кабели. Сетевые устройства SAN перемещают данные внутри SAN или между инициатором , например портом HBA сервера, и целевым объектом , например портом устройства хранения данных.
Когда сети SAN были впервые созданы, концентраторы были единственными устройствами, поддерживающими Fibre Channel, но были разработаны коммутаторы Fibre Channel, и концентраторы теперь редко встречаются в SAN. Коммутаторы имеют преимущество перед концентраторами в том, что они позволяют всем подключенным устройствам обмениваться данными одновременно, поскольку коммутатор обеспечивает выделенный канал для соединения всех своих портов друг с другом. [4] : 34 Когда сети SAN были впервые построены, Fibre Channel нужно было реализовать по медным кабелям, в наши дни в сетях SAN используются многомодовые оптоволоконные кабели . [4] : 40
Сети SAN обычно строятся с резервированием, поэтому коммутаторы SAN подключаются с помощью резервных каналов. Коммутаторы SAN соединяют серверы с устройствами хранения данных и обычно неблокируются, позволяя передавать данные по всем подключенным проводам одновременно. [4] : 29 коммутаторов SAN предназначены для резервирования и настроены в ячеистой топологии . Один коммутатор SAN может иметь от 8 портов до 32 портов с модульными расширениями. [4] : 35 Так называемые коммутаторы директорского класса могут иметь до 128 портов. [4] : 36
В коммутируемых сетях SAN используется протокол коммутируемой структуры Fibre Channel FC-SW-6, согласно которому каждое устройство в SAN имеет жестко закодированный адрес мирового имени (WWN) в адаптере главной шины (HBA). Если устройство подключено к SAN, его WWN регистрируется на сервере имен коммутатора SAN. [4] : 47 Вместо WWN или глобального имени порта (WWPN) поставщики устройств хранения данных SAN Fibre Channel также могут жестко запрограммировать глобальное имя узла (WWNN). Порты устройств хранения данных часто имеют WWN, начинающийся с 5, а шинные адаптеры серверов начинаются с 10 или 21. [4] : 47
Протокол последовательного интерфейса малых компьютерных систем (SCSI) часто используется поверх протокола коммутируемой структуры Fibre Channel на серверах и устройствах хранения данных SAN. Интерфейс малых компьютерных систем Интернета ( iSCSI) через Ethernet и протоколы Infiniband также могут быть реализованы в сетях SAN, но часто подключаются к сети Fibre Channel SAN. Однако доступны устройства хранения данных Infiniband и iSCSI, в частности дисковые массивы. [4] : 47–48
Говорят, что различные устройства хранения данных в сети SAN образуют уровень хранения . Он может включать в себя различные жесткие диски и магнитные ленты , на которых хранятся данные. В сетях SAN дисковые массивы объединяются посредством RAID , благодаря чему множество жестких дисков выглядят и работают как одно большое устройство хранения данных. [4] : 48 Каждому устройству хранения данных или даже разделу на этом устройстве хранения данных присвоен номер логического устройства (LUN). Это уникальный номер в сети SAN. Каждый узел в сети SAN, будь то сервер или другое устройство хранения данных, может получить доступ к хранилищу, обратившись к LUN. LUN позволяют сегментировать емкость хранилища SAN и осуществлять контроль доступа. Например, конкретному серверу или группе серверов может быть предоставлен доступ только к определенной части уровня хранения SAN в виде LUN. Когда устройство хранения получает запрос на чтение или запись данных, оно проверяет свой список доступа, чтобы определить, разрешен ли узлу, идентифицируемому его LUN, доступ к области хранения, также идентифицируемой LUN. [4] : 148–149 Маскирование LUN — это метод, при котором адаптер главной шины и программное обеспечение SAN сервера ограничивают LUN, для которых принимаются команды. При этом замаскируются LUN, к которым сервер никогда не должен иметь доступ. [4] : 354 Другим методом ограничения доступа сервера к конкретным устройствам хранения данных SAN является управление доступом на основе структуры или зонирование, которое обеспечивается сетевыми устройствами и серверами SAN. При зонировании доступ к серверу ограничен устройствами хранения, которые находятся в определенной зоне SAN. [5]
Уровень сопоставления с другими протоколами используется для формирования сети:
Сети хранения данных также могут быть построены с использованием технологий Serial Attached SCSI (SAS) и Serial ATA (SATA). SAS произошел от системы хранения данных с прямым подключением SCSI. SATA произошел от системы хранения данных с прямым подключением Parallel ATA . Устройства SAS и SATA можно объединить в сеть с помощью расширителей SAS .
Ассоциация производителей сетей хранения данных (SNIA) определяет SAN как «сеть, основной целью которой является передача данных между компьютерными системами и элементами хранения». Но сеть SAN состоит не только из коммуникационной инфраструктуры, она также имеет уровень управления программным обеспечением . Это программное обеспечение организует серверы, устройства хранения и сеть таким образом, чтобы данные можно было передавать и хранить. Поскольку SAN не использует хранилище с прямым подключением (DAS), устройства хранения в SAN не принадлежат серверу и не управляются им. [2] : 11 SAN позволяет серверу получить доступ к большой емкости хранилища данных, и эта емкость хранения также может быть доступна другим серверам. [2] : 12 Более того, программное обеспечение SAN должно обеспечивать прямое перемещение данных между устройствами хранения внутри SAN с минимальным вмешательством сервера. [2] : 13
Программное обеспечение управления SAN установлено на одном или нескольких серверах, а клиенты управления — на устройствах хранения. В программном обеспечении управления SAN разработаны два подхода: внутриполосное и внешнее управление. Внутриполосный означает, что данные управления между сервером и устройствами хранения передаются в той же сети, что и данные хранилища. В то время как внеполосный означает, что данные управления передаются по выделенным каналам. [2] : 174 Программное обеспечение управления SAN будет собирать данные управления со всех устройств хранения на уровне хранения. Сюда входит информация об ошибках чтения и записи, узких местах памяти и отказах устройств хранения данных. Программное обеспечение управления SAN может интегрироваться с простым протоколом управления сетью (SNMP). [2] : 176
В 1999 году была представлена открытая стандартная общая информационная модель (CIM) для управления устройствами хранения данных и обеспечения совместимости. Веб-версия CIM называется Web-Based Enterprise Management (WBEM) и определяет объекты устройств хранения данных SAN и обрабатывает транзакции. . Использование этих протоколов предполагает использование диспетчера объектов CIM (CIMOM) для управления объектами и взаимодействиями, а также позволяет централизованно управлять устройствами хранения данных SAN. Базовое управление устройствами для сетей SAN также может быть реализовано с помощью спецификации интерфейса управления хранилищем (SMI-S), если объекты и процессы CIM зарегистрированы в каталоге. Программные приложения и подсистемы могут затем использовать этот каталог. [2] : 177 Программное обеспечение управления также доступно для настройки устройств хранения данных SAN, что позволяет, например, настраивать зоны и LUN. [2] : 178
В конечном счете, сетевые устройства и устройства хранения данных SAN доступны от многих поставщиков, и каждый поставщик SAN имеет собственное программное обеспечение для управления и настройки. Общее управление в сетях SAN, включающих устройства разных производителей, возможно только в том случае, если поставщики сделают интерфейс прикладного программирования (API) для своих устройств доступным другим поставщикам. В таких случаях программное обеспечение управления SAN верхнего уровня может управлять устройствами SAN других производителей. [2] : 180
В сети SAN данные передаются, хранятся и доступны на уровне блоков. Таким образом, SAN не обеспечивает абстракцию файлов данных , а только хранение и операции на уровне блоков . Серверные операционные системы поддерживают свои собственные файловые системы на собственных выделенных, не общих LUN-ах в сети SAN, как если бы они были локальными для самих себя. Если бы несколько систем просто попытались совместно использовать один LUN, они бы мешали друг другу и быстро испортили бы данные. Любое запланированное совместное использование данных на разных компьютерах внутри LUN требует программного обеспечения. Файловые системы были разработаны для работы с программным обеспечением SAN и обеспечения доступа на уровне файлов. Они известны как файловая система общего диска .
Системы видеомонтажа требуют очень высокой скорости передачи данных и очень низкой задержки. Сети SAN в сфере средств массовой информации и развлечений часто называют бессерверными из-за характера конфигурации, при которой настольные клиенты рабочего процесса видео (захват, редактирование, воспроизведение) размещаются непосредственно в SAN, а не подключаются к серверам. Управление потоком данных осуществляется распределенной файловой системой. Контроль использования полосы пропускания для каждого узла, иногда называемый качеством обслуживания (QoS), особенно важен при редактировании видео, поскольку он обеспечивает справедливое и приоритетное использование полосы пропускания в сети.
SAN Storage QoS позволяет рассчитывать и поддерживать желаемую производительность хранилища для клиентов сети, получающих доступ к устройству. Некоторые факторы, влияющие на качество обслуживания SAN:
В качестве альтернативы можно использовать избыточное выделение ресурсов для предоставления дополнительной емкости для компенсации пиковой нагрузки сетевого трафика. Однако там, где нагрузка на сеть непредсказуема, избыточное выделение ресурсов может в конечном итоге привести к полному использованию всей полосы пропускания и значительному увеличению задержки, что приведет к снижению производительности SAN.
Виртуализация хранилища — это процесс отделения логического хранилища от физического. Ресурсы физического хранилища объединяются в пулы хранения, из которых создается логическое хранилище. Он предоставляет пользователю логическое пространство для хранения данных и прозрачно обрабатывает процесс их сопоставления с физическим местоположением. Эта концепция называется прозрачностью местоположения . Это реализовано в современных дисковых массивах, часто с использованием запатентованной технологии производителя. Однако цель виртуализации хранения данных — сгруппировать несколько дисковых массивов разных производителей, разбросанных по сети, в одно устройство хранения данных. Таким образом, единственным устройством хранения можно будет управлять единообразно. [8]