Многие заметили тенденции развития в окружающем нас компьютерном мире – переход от экстенсивной модели развития к интенсивной. Наращивание мегагерц процессоров уже не даёт видимого результата, а развитие накопителей не поспевает за объёмом информации.

Если в случае процессоров всё более или менее понятно – достаточно собирать многопроцессорные системы и/или использовать несколько ядер в одном процессоре, то в случае вопросов хранения и обработки информации так просто от проблем не избавиться.

Существующая на данный момент панацея от информационной эпидемии – СХД. Название расшифровывается как Сеть Хранения Данных (SAN) или Система Хранения Данных. В любом случае – это специализированное аппаратное обеспечение и ПО, предназначенное для работы с огромными массивами ценной информации.

Итак, какие же задачи призвана решить СХД?

 Рассмотрим типичные проблемы, связанные с растущими объёмами информации в любой организации.

 Предположим, что это хотя бы несколько десятков компьютеров и несколько разнесённых территориально офисов.

1. Децентрализация информации – если раньше все данные могли храниться буквально на одном жёстком диске, то сейчас любая функциональная система требует отдельного хранилища – к примеру, серверов электронной почты, СУБД, домена и так далее. Ситуация усложняется в случае распределённых офисов (филиалов).

2. Лавинообразный рост информации – зачастую количество жёстких дисков, которые вы можете установить в конкретный сервер, не может покрыть необходимую системе ёмкость.

Как следствие:

Невозможность полноценно защитить хранимые данные – действительно, ведь довольно трудно произвести даже backup данных, которые находятся не только на разных серверах, но и разнесены территориально.

Недостаточная скорость обработки информации – каналы связи между удалёнными площадками пока оставляют желать лучшего, но даже при достаточно «толстом» канале не всегда возможно полноценное использование существующих сетей, например, IP, для работы.

Сложность резервного копирования (архивирования) – если данные читаются и записываются небольшими блоками, то произвести полное архивирование информации с удалённого сервера по существующим каналам может быть нереально – необходима передача всего объёма данных. Архивирование на местах зачастую нецелесообразно по финансовым соображениям – необходимы системы для резервного копирования (ленточные накопители, например), специальное ПО (которое может стоить немалых денег), обученный и квалифицированный персонал.

3. Сложно или невозможно предугадать требуемый объём дискового пространства при развертывании компьютерной системы.

Как следствие:

Возникают проблемы расширения дисковых ёмкостей – довольно сложно получить в сервере ёмкости порядков терабайт, особенно если система уже работает на существующих дисках небольшой ёмкости – как минимум, требуется остановка системы и неэффективные финансовые вложения.

Неэффективная утилизация ресурсов – порой не угадать, в каком сервере данные будут расти быстрее. В сервере электронной почты может быть свободен критически малый объём дискового пространства, в то время как другое подразделение будет использовать всего лишь 20% объёма недешёвой дисковой подсистемы (например, SCSI).

4. Низкая степень конфиденциальности распределённых данных – невозможно проконтролировать и ограничить доступ в соответствии с политикой безопасности предприятия. Это касается как доступа к данным по существующим для этого каналам (локальная сеть), так и физического доступа к носителям – к примеру, не исключены хищения жёстких дисков, их разрушение (с целью затруднить бизнес организации). Неквалифицированные действия пользователей и обслуживающего персонала могут нанести ещё больший вред. Когда компания в каждом офисе вынуждена решать мелкие локальные проблемы безопасности, это не даёт желаемого результата.

5. Сложность управления распределёнными потоками информации – любые действия, которые направлены на изменения данных в каждом филиале, содержащем часть распределённых данных, создает определённые проблемы, начиная от сложности синхронизации раз-личных баз данных, версий файлов разработчиков и заканчивая ненужным дублированием информации.

6.Низкий экономический эффект внедрения «классических» решений – по мере роста информационной сети, больших объёмов данных и всё более распределённой структуры предприятия финансовые вложения оказываются не столь эффективны и зачастую не могут решить возникающих проблем.

7. Высокие затраты используемых ресурсов для поддержания работоспособности всей информационной системы предприятия – начиная от необходимости содержать большой штат квалифицированного персонала и заканчивая многочисленными недешёвыми аппаратными решениями, которые призваны решить проблему объёмов и скоростей доступа к информации вкупе с надёжностью хранения и защитой от сбоев.

 Рассмотрим типовые схемы подключения и виды систем хранения данных.

Мегабайты или транзакции?

Если раньше жёсткие диски находились внутри компьютера (сервера), то теперь им там стало тесно и не очень надёжно. Самое простое решение (разработанное достаточно дав-но и применяемое повсеместно) – технология RAID.

 

При организации RAID в любых системах хранения данных дополнительно к защите информации мы получаем несколько неоспоримых преимуществ, одно из которых – скорость доступа к информации.

При организации RAID в любых системах хранения данных дополнительно к защите информации одно из неоспоримых преимуществ, одно из которых – скорость доступа к информации. 

Скорость определяется не только пропускной способностью системы (Мбайт/с), но и числом транзакций – то есть числом операций ввода-вывода в единицу времени (IOPS).

Критичным фактором для жестких дисков является  число транзакций, которые способна обрабатывать система,  растущие объёмы информации и скоростями передачи данных.

Все эти проблемы призвана решить сама система хранения данных. 

Уровни защиты

Нужно понимать, что в основе всех систем хранения данных лежит практика защиты информации на базе технологии RAID – без этого любая технически продвинутая СХД будет бесполезна, потому что жёсткие диски в этой системе являются самым ненадёжным компонентом. Организация дисков в RAID – это «нижнее звено», первый эшелон защиты информации и повышения скорости обработки.

Как известно, у жёстких дисков с интерфейсом IDE существует технология SMART, призванная предсказывать возможные проблемы в работе диска, которая зачастую работает очень неточно, что сводит её ценность практически к нулю. У дисков же, использующихся в серьёзных СХД (диски SCSI и FibreChannel), изначально не было технологии SMART – по-этому оценка целостности и верификация данных каждого конкретного сектора – большой плюс, позволяющий дополнительно защитить данные и уведомить администратора системы о возможных проблемах задолго до момента их реального наступления.

Жёсткий диск может быть и исправен, но обладать так называемыми проблемами «мягких ошибок» («soft errors») – когда данные в секторе записаны корректно, но чтение их может давать различный результат. Такой вариант неприемлем, но «remap» (подмена) такого сектора средствами самого жёсткого диска не происходит – в этом случае и спасает технология анализа каждого сектора, применяемая у EMC.

Элементы, характерные для систем хранения данных – функциональность СХД, протоколы, топологии подключения хранилищ к серверам.

Ранее, повсеместно применялась стандартная схема – сервер с дисками внутри, на которых хранятся основные данные; локальная сеть и компьютеры-клиенты. И вот наконец-то свершилось – системы хранения данных выделяются в отдельный «пласт». Теперь данные хранятся на специализированном оборудовании, обеспечивающем высочайшую надёжность хранения и уровень сервиса. Собственно, ради этих составляющих – надёжности хранения и сервиса, которые предоставляет хранилище для управления информацией – в основном и строятся сети хранения данных (Storage Area Network, SAN).

В данной лекции разберемся с элементами, характерными именно для сетей хранения данных – функциональностью СХД, протоколами, топологиями подключения хранилищ к серверам. Одной из самых «продвинутых» и распространённых топологий и является SAN, хотя хранилища можно подключать по разными схемам.

Итак – сети хранения и системы хранения данных. Системы хранения данных, или, на профессиональном жаргоне, дисковые стойки, в первую очередь легко различать по внешним интерфейсам, которые и обеспечивают подключения серверов (хостов), и по типу используемых внутри накопителей. Наряду с терминами СХД (система хранения данных) будем также упоминать синонимы – к примеру, «дисковая стойка».

Внешние интерфейсы подключения – это, как мы помним, в основном SCSI или FibreChannel, а также довольно молодой стандарт iSCSI. Также не стоит сбрасывать со счетов небольшие интеллектуальные хранилища, которые могут подключаться даже по USB или FireWire и просто неудачные в том или ином плане интерфейсы, как SSA от IBM или интерфейсы, разработанные для мейнфреймов – к примеру, FICON/ESCON. Особняком стоят хранилища NAS, подключаемые в сеть Ethernet. Под словом «интерфейс» в основном понимается внешний разъём, но не стоит забывать, что разъём не определяет протокол связи двух устройств. На этих особенностях мы остановимся чуть ниже.

 

Расшифровывается как Small Computer System Interface (читается «скази») – полудуплексный параллельный интерфейс. В современных системах хранения данных чаще всего представлен разъёмом SCSI:

   …и группой протоколов SCSI, а конкретнее – SCSI-3 Parallel Interface. Отличие SCSI от знакомого нам IDE – бОльшее число устройств на канал, бОльшая длина кабеля, бОльшая скорость передачи данных, а также «эксклюзивные» особенности типа high voltage differential signaling, command quequing и некоторые.

Если говорить об основных производителях компонент SCSI, например SCSI-адаптеров, RAID-контроллеров с интерфейсом SCSI, то любой специалист сразу вспомнит два названия – Adaptec и LSI Logic. Думаю, этого достаточно, революций на этом рынке не было уже давно и, вероятно, не предвидится.

Полнодуплексный последовательный интерфейс. Представлен внешними оптически-ми разъёмами типа LC или SC (LC – меньше по размерам):

  

…и протоколами FibreChannel Protocols (FCP). Существует несколько схем коммутации устройств FibreChannel:

•Point-to-Point – точка-точка, прямое соединение устройств между собой:

 

•Crosspoint Switched – подключение устройств в коммутатор FibreChannel (аналогичное реализации сети Ethernet на коммутаторах):

 

•Arbitrated loop – FC-AL, петля с арбитражным доступом – все устройства связаны друг с другом в кольцо, схема чем-то напоминает Token Ring. Также может использоваться коммутатор – тогда физическая топология будет реализована по схеме «звезда», а логическая – по схеме «петля» (или «кольцо»):

 

Подключение по схеме FibreChannel Switched является самой распространённой схемой, 

Адресация устройств FibreChannel осуществляется по 64-битовому адресу WorldWideName (WWN), простой пример записи WWN-адреса – 90:06:F1:60:00:60:03:b4. Применимо к пор-там FibreChannel можно сказать, что WWN этих портов – аналог MAC-адреса в LAN.

Компоненты, позволяющие объединять хосты и системы хранения данных в единую сеть, принято обозначать термином «connectivity». Connectivity – это, конечно же, дуплекс-ные соединительные кабели (обычно с интерфейсом LC), коммутаторы (switches) и адаптеры FibreChannel (HBA, Host Base Adapters) – то есть те платы расширения, которые, будучи установленными в хосты, позволяют подключить хост в сеть SAN. HBA обычно реализованы в виде плат стандарта PCI-X или PCI-Express. На фотографии – PCI-X адаптер FibreChannel от компании QLogic с двумя внешними портами FC 2Gb и дуплексным интерфейсом подключения LC: