Как хранить данные в сети

Но задумываются ли эти люди о том, где разместить гигабайты данных, которые Web-магазин обрушит на сеть?

Сетевые системы хранения никогда не вызывали особого интереса у разработчиков корпоративных сетей, но от того, как и где хранятся данные, может существенно зависеть бизнес всей компании.

Для многих организаций информация приобретает все более важное значение. Объем хранящихся данных растет астрономически, чему в немалой степени способствуют появление новых Web-узлы, которые еженедельно проводят тысячи бизнес-транзакций, сети extranet, наводненные страницами с большим количеством графики, да еще вдобавок щедро украшенные звуком и видео, и сети intranet, содержащие электронные версии бланков и руководств, действующих в компании.

Усложняет задачу и то, что сотрудники компании должны иметь возможность обращаться ко всем этим гигабайтам данных, размещенных в сети. К примеру, изменить информацию в Web сразу по получении запроса или открыть файл с данными пользователя, чтобы разобраться с его жалобой.

Но простого поиска в централизованном и открытом для доступа хранилище информации, захламляющей сеть, явно недостаточно - необходимо иметь возможность легко управлять и устройствами хранения, и данными, которые на них размещаются.

Два-три года назад оптимальным решением для организации сети хранения считались подключаемые к сети устройства хранения (network attached storage, NAS). NAS представляет собой платформенно-независимый сервер (или пул серверов), предназначенный для хранения данных. Его наличие позволяет подключить к сети диски емкостью в несколько гигабайт так же просто, как подсоединить новый сетевой принтер.

Но поскольку каждым устройством NAS приходится управлять отдельно, такой подход может оказаться слишком сложным для хранения данных быстро растущей организации; подобное решение хорошо подходит для рабочих групп и подразделений и рассчитано на сети с числом серверов не более пяти.

В 1998 году была предложена новая концепция - сети хранения (storage area network, SAN), позволяющие преодолеть ограничения, присущие NAS.

SAN представляет собой сеть, отделенную от локальной сети, с возможностью хранить неограниченный объем данных. Такой подход можно назвать идеальным для организации централизованного хранения данных на предприятии. В основу SAN положен очень простой принцип: любой сервер может напрямую обмениваться данными с любым устройством хранения без ограничений, характерных для архитектуры NAS. Более того, SAN позволит управлять всеми корпоративными данными централизованно, с одной консоли.

Как это работает

Поскольку SAN - это отдельная сеть, она включает в себя самые разнообразные устройства, такие как серверы и дисковые массивы; быстрые сетевые соединения, в основном на базе Fibre Channel; концентраторы и коммутаторы для организации оптимального управления трафиком; маршрутизаторы для взаимодействия между устройствами хранения и серверами; наконец, программное обеспечение для связи всех этих компонентов в единое целое.

Так как устройства хранения в этой архитектуре подключаются непосредственно к сети SAN (формируя пул хранения, из которого каждый сервер может получать данные), вся подсистема хранения может управляться централизованно, что позволяет упростить задачу администрирования корпоративных данных и снизить соответствующие затраты.

Основу сети SAN обычно составляет кольцо Fibre Channel, связывающее устройства хранения и серверы. Организовав несколько таких колец, можно создать избыточную и отказоустойчивую инфраструктуру. Два сервера могут обращаться к одним и тем же устройствам хранения по различным кольцам; если в одном из серверов произойдет сбой, пользователи смогут по-прежнему получать доступ к данным с помощью другого.

Основное различие между SAN и NAS состоит в способе организации обмена данными между устройствами хранения и серверами. Архитектура NAS основывается на соединениях SCSI типа "точка-точка" между сервером и устройствами хранения. Каждый из серверов NAS взаимодействует с локальной сетью с помощью стандартных сетевых протоколов, таких как TCP/IP, и полностью контролирует передачу данных между подключенными к нему устройствами хранения и другими узлами в сети.

Доступ к данным осуществляется только через выделенный сервер NAS. В случае, когда другим узлам необходимо обратиться к серверу, данные должны передаваться по локальной сети, что существенно увеличивает трафик в ней.

SAN, со своей стороны, допускает взаимодействие между любыми системами в сети, что позволяет избежать проблем, вызванных избыточной загрузкой сети. В отличие от архитектуры NAS, сеть хранения не использует существующую локальную сеть для передачи данных между серверами и устройствами хранения; данные перемещаются по самой сети хранения, не вызывая в локальной сети избыточного трафика.

В сети SAN можно запустить процедуру полного резервного копирования, не опасаясь негативного воздействия на трафик приложений - что само по себе является огромным преимуществом для организаций, работающих ежедневно и круглосуточно. Кроме того, поскольку SAN использует очень быстрый сетевой протокол, значительно сокращается время, требуемое для создания резервной копии.

Вдобавок использование соединений SCSI в системах NAS не позволяет подключать к серверу через SCSI-контроллер больше 16 устройств. Чтобы еще больше нарастить вместимость системы хранения, потребуется добавить новый контроллер или вообще установить новый сервер. А из-за невысокой производительности SCSI в системах NAS данные передаются, как правило, со скоростью 80 Мбайт/с. В то же время использование нового стандарта Fibre Channel в сетях SAN - Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL) - позволяет связывать до 128 устройств и передавать данные на скорости 200 Мбайт/с, то есть намного опережают NAS. Сейчас FC-AL уже значительно быстрее, чем Fast Ethernet, и новые версии, как предполагается, позволят увеличить скорость передачи еще в четыре раза.

Еще один недостаток систем NAS, от которого избавлены сети SAN, - наличие жестких ограничений на расстояние между сервером и устройствами хранения. Организации часто предпочитают изолировать свои данные в помещении, куда доступ ограничен, но 25 м (а именно такое максимальное расстояние допускает SCSI) не всегда достаточно для реализации такого решения. Оборудование SAN благодаря стандарту FC-AL допускает увеличение длины кольца сети до 10 км, что позволяет расположить серверы и устройства хранения достаточно далеко друг от друга, обеспечив необходимую безопасность корпоративной информации.

Роль предприятия

Для компаний, требования которых к емкости систем хранения постоянно растут, использование технологии NAS безусловно имеет смысл - ее просто установить, она не так дорого стоит, а кроме того, при ее реализации применяются проверенные технологии. Однако поскольку управлять системами NAS крайне сложно, особенно при увеличении их масштаба, лучше всего использовать их для организации хранения данных на уровне подразделения. Если же предприятию необходимо хранить терабайты информации, ему следует "доверить" свои данные сетям SAN, которыми проще управлять и которые можно расширять независимо от основных локальных сетей.

Если же у пользователя уже есть система NAS, ее можно превратить в сеть SAN, модернизировав имеющееся оборудование. В сетях SAN для управления соединениями с различными устройствами используется маршрутизация. Маршрутизация позволяет подключить вновь развертываемую сеть SAN к существующим сетям и системам NAS; SAN может преобразовывать трафик данных из одного протокола в другой с помощью маршрутизатора, связывать устройство Fibre Channel с устройствами SCSI и т.д.

К примеру, за счет использования моста между Fibre и SCSI можно "обновить" имеющееся устройство хранения SCSI и включить его к пул, которым управляет сеть SAN. Маршрутизаторы - важные компоненты сетей SAN, которые позволяют задействовать ранее приобретенные устройства хранения и обеспечить интероперабельность с существующими сетями. К тому же они позволяют сетям SAN взаимодействовать по различным протоколам, используемым на предприятии, в том числе ATM и Ethernet.

Кроме того, наличие отдельной сети, предназначенной для хранения данных, дает возможность снять с локальной сети нагрузку, возникающую при обслуживании приложений, работающих только с данными, таких как резервное копирование. Что более важно, SAN должна управлять только трафиком, возникающим при передаче данных, и не заниматься взаимодействием с пользователями, так что ее можно оптимизировать в соответствии с требованиями к пропускной способности и гибкости, возникающими в организациях, сети которых характеризуются интенсивным трафиком.

Каждой технологии - свое время

Если вы пришли к выводу, что NAS наилучшим образом соответствует вашим требованиям к системе хранения, то реализация самого решения затруднений у вас не вызовет. Процесс подключения к сети оборудования NAS по затратам и усилиям не намного отличается от подсоединения сетевого принтера. Самое трудоемкое - перенести в новую систему уже накопленные данные. Кроме того, может возникнуть желание использовать для резервного копирования систему NAS, оснащенную накопителем на магнитной ленте.

С другой стороны, развертывание SAN - дело нелегкое, поскольку нужно создавать сеть устройств хранения и серверов и связывать ее с уже имеющейся инфраструктурой. Кроме того, при организации сети SAN потребуется приобретать ряд дополнительных компонентов, которые должны вписываться в технологическую парадигму компании.

Чтобы организовать на предприятии сеть SAN, необходимо учесть множество факторов, для чего, скорее всего, потребуется профессиональная помощь, которую может предоставить поставщик компонентов SAN. Вне зависимости от выбранного производителя следует выбирать устройства, совместимые с имеющейся на предприятии вычислительной инфраструктурой. К тому же их, скорее всего, придется адаптировать к очередным изменениям в технологии.

По мере увеличения объема накопленной информации, роста требований к гибкости и управляемости данных SAN может стать приемлемым решением в области хранения данных. Сети SAN позволяют отказаться от подхода, реализованного в NAS, то есть архитектуры, зависящей от серверов, превращая подсистему хранения в независимый компонент, который допускает дальнейшее увеличение масштабируемости и управляемости.

Ответить на вопрос, нужна ли организации сеть SAN, можно, тщательно проанализировав ее работу. Если организация ежедневно вынуждена приостанавливать свою деятельность в ожидании завершения процедуры резервного копирования, SAN позволит значительно сократить затраты. SAN снижает расходы на управление устройствами хранения. Если приходится наращивать пропускную способность локальной сети без видимых причин, выделенная сеть для работы с данными позволит обойтись без таких решений. Вдобавок SAN предлагает надежный метод поиска и устранения неисправностей. Даже тем, кто пока не столкнулся с такими проблемами, но наблюдает непрерывный рост объема хранимых на предприятии данных, стоит подумать об организации сети SAN в расчете на перспективу.

По мере того как все больше и больше производителей будут выпускать продукты, ориентированные на SAN, она станет технологически оправданным методом решения проблем хранения информации. Однако следует иметь в виду трудности, которые возникают при реализации новой технологии, в том числе необходимость интероперабельности программного обеспечения.

Терминология

Network attached storage (NAS) - устройство хранения, подключаемое к сети как любой другой узел. Серверы NAS могут обращаться к данным только непосредственно с устройств, которыми они управляют

Storage area network (SAN) - отдельная сеть устройств хранения и серверов, которая поддерживает обмен информацией практически безо всяких ограничений. Серверы SAN могут обращаться к данным напрямую с любого устройства и не требуют промежуточной передачи данных по локальной сети

Подводя черту

Network attached storage

Подключаемые к сети устройства хранения используются для обеспечения простого и надежного расширения подсистемы хранения в сетях небольших организаций и подразделений. Устройства NAS подключаются к уже имеющейся сети и обмениваются данными с сетевыми клиентскими приложениями по локальной сети. На рынке предлагается целый ряд соответствующих продуктов, в том числе сервер, оптимизированный для передачи данных, и необходимые накопители; некоторые из доступных продуктов допускают дополнительную установку системы резервного копирования на магнитных лентах.

Достоинства: легко устанавливаются; недороги; опираются на зрелые технологии, включая SCSI.

Недостатки: ограниченная производительность и емкость; рост затрат на управление из-за быстрого увеличения числа накопителей; ограниченное расстояние между контроллерами и накопителями; возможность доступа к данным только через выделенный сервер.

Storage area network

Сети хранения - новый подход к организации подсистемы хранения данных, позволяющий отделить управление устройствами хранения от управления сервером за счет использования отдельной сети, предназначенной только для работы с данными. Концепция SAN предполагает также использование разнородных сетевых протоколов, операционных систем и приложений. Большинство поставщиков решений SAN, в том числе компании StorageTek и Compaq, отдают предпочтение SAN на основе Fibre Channel. Однако IBM выбрала иной подход, воспользовавшись собственной архитектурой.

Достоинства: открытая архитектура, совместимая с уже существующей инфраструктурой; устранение избыточной нагрузки на локальную сеть, связанной с передачей данных; свободная передача данных между серверами и устройствами хранения; расширенная поддержка резервного копирования и восстановление после сбоев.

Недостатки: сложность установки; использование недостаточно опробованных технологий; высокая стоимость.

Сети, которые многое помнят

Для развертывания системы NAS необходимо лишь добавить один или несколько специализированных серверов к уже существующей локальной сети, подключая их так же, как любой другой узел. Тем же, кто хочет реализовать SAN, придется вновь построить дополнительную сеть, которая использует более быстрые соединения, специально оптимизирована для передачи данных между устройствами хранения и серверами и отделена от основной локальной сети.

SAN/Fibre Channel опережает NAS/SCSI

Одним из главных доводов в пользу выбора архитектуры SAN является то, что стандартный протокол Fibre Channel действует намного быстрее и гибче, чем интерфейс SCSI, который в основном используется в решениях NAS

*      Wide Ultra2 SCSI.

**    На один контроллер SCSI.

***  К одно кольцо (кольца могут образовывать цепочки).