Сети хранения данных

Электронная коммерция и растущий спрос на цифровую информацию требуют расширения памяти, а отделы ИТ должны обеспечивать круглосуточный доступ к данным даже в выходные дни. В этих условиях очень большое значение имеет возможность эффективно управлять ресурсами памяти. С увеличением числа серверов задача управления подключенными непосредственно к ним устройствами памяти становится все более сложной. Поэтому специалисты ИТ-подразделений обращаются к сетям хранения данных (Storage Area Network, SAN) и устройствам хранения, подключаемым к сети (Network Attached Storage, NAS). Как SAN, так и NAS упрощают процесс управления памятью, объединяя серверные устройства в централизованные массивы памяти, управляемые из единой административной консоли.

В отличие от систем NAS, которые подключаются к локальной сети и обеспечивают клиентским системам доступ на уровне файлов, SAN представляют собой специализированные работающие на скорости 1 или 2 Гбит/с сети хранения данных, соединяющие дисковые массивы, серверы, ленточные библиотеки и другие периферийные устройства с коммутирующей матрицей или коммутатором. SAN обеспечивают блочный доступ к данным, размещенным в общедоступных массивах памяти. Для пересылки данных используются выделенные скоростные соединения, и за счет снижения нагрузки на каналы локальной сети сокращается время архивирования и повышается производительность приложений. С помощью программ управления SAN можно выполнять различные задачи: например, перераспределять память между серверами без перерывов в доступе к данным. Кроме того, многие поставщики NAS предлагают продукты, совместимые с устройствами памяти на базе SAN.

Проверенный стандарт

Сети SAN построены на базе технологии Fibre Channel, которая значительно быстрее (до 2 Гбит/с) и надежнее сетей Ethernet. Такие компании, как Compaq, EMC, Hewlett-Packard (HP), IBM и Nishan Systems, предлагают полные решения SAN, часто вместе с сетевыми компонентами независимых производителей, в том числе Brocade Communications Systems, McDATA, Gadzoox Networks, QLogic, Adaptec и Emulex. Покупая SAN у крупного поставщика решений, можно быть уверенным, что программы и аппаратные средства будут работать корректно. Однако собрать SAN из продуктов различных поставщиков труднее, так как пока нет полной совместимости между компонентами Fibre Channel разных изготовителей.

Из-за высокой стоимости, а также сложности реализации и управления сети SAN с каналом Fibre Channel применяются в основном крупными компаниями с квалифицированным техническим персоналом и повышенными требованиями к среде управления памятью. Цена сравнительно крупной SAN для сотен пользователей с несколькими директорами (коммутаторами со многими портами и избыточной объединительной панелью) Fibre Channel и массивами памяти может превышать 1 млн долларов. Даже стоимость небольшой SAN с арбитражем и одним массивом памяти, рассчитанной на работу с 20 серверами, достигает нескольких сотен тысяч долларов.

Существует и проблема совместимости продуктов различных поставщиков. До недавнего времени собрать Fibre Channel SAN из компонентов разных изготовителей было чрезвычайно трудно, так как компании по-разному интерпретировали стандарты Fibre Channel и использовали собственные расширения в попытках добиться преимущества в конкурентной борьбе. Например, нельзя было полагаться на совместимость коммутаторов Fibre Channel от различных поставщиков, а программы управления SAN одной компании не обязательно работали с коммутаторами, хост-адаптерами шины (host bus adapter, HBA) и массивами памяти других фирм. Однако ситуация начинает меняться.

Решения на базе IP

Проблемы несовместимости продуктов разных компаний, стоимость технологии Fibre Channel и потребность в высококвалифицированном персонале и специализированных инструментах сетевого управления Fibre Channel породили интерес к сетям хранения данных на базе IP, особенно после снижения цен на коммутаторы Gigabit Ethernet. Поставщики единодушно поддержали ожидаемые в скором времени дополнительные протоколы, предложенные рабочей группой IETF: Internet SCSI (iSCSI), Fibre Channel over IP (FCIP) и Internet Fibre Channel Protocol (iFCP).

Протокол iSCSI обеспечивает передачу команд SCSI и данных по сетям IP; в результате можно построить SAN на базе IP. FCIP устанавливает правила передачи кодов управления и данных Fibre Channel по сетям IP и позволяет связать соединениями IP удаленные сети хранения данных SAN (см. Рисунок 1). Протокол iFCP связывает компоненты Fibre Channel SAN и сети IP через упрощенный шлюз.

В зависимости от требований к производительности, бюджета компании и особенностей существующей сети, можно добавить массив памяти к имеющейся магистрали Gigabit Ethernet (после инсталляции iSCSI-хост адаптеров в каждом сервере) и организовать iSCSI SAN или же построить отдельную сеть с обслуживающим устройством. Собственно, так и поступают на большинстве предприятий при внедрении технологии Fibre Channel. Компании, располагающие Fibre Channel SAN, могут организовать iSCSI SAN и связать две SAN с помощью маршрутизатора, поддерживающего оба протокола (см. Рисунок 2).

Три новых протокола должны быть приняты в 2002 г., и компании IBM, Nishan Systems, Cisco Systems и другие уже выпустили решения на их основе. Пока неизвестно, удастся ли добиться безупречной совместимости iSCSI-продуктов первого поколения, но поставщики утверждают, что зрелость технологии TCP/IP и работа по тестированию продуктов, проведенная компаниями, которые являются членами ассоциации Storage Networking Industry Association (SNIA) IP Storage Forum, гарантируют высокий уровень совместимости.

Технология IP SAN — достойная замена Fibre Channel. Однако поставщикам еще предстоит решить проблему служебных сигналов TCP/IP и iSCSI. В настоящее время процессоры серверов обрабатывают служебные данные в сегментах локальной сети Gigabit Ethernet, но интенсивный поток блочных данных SAN увеличивает издержки и может существенно снизить производительность сервера.

Чтобы уменьшить остроту проблемы, некоторые поставщики выпустили хост-адаптеры iSCSI с процессорами разгрузки TCP/IP. Одни продукты, такие, как ASA-7211 iSCSI Adapter компании Adaptec, берут на себя все издержки; другие, например Alacritech 1000x1 Single-Port Server и Storage Accelerator, частично снижают нагрузку и оставляют задачи управления и обработки ошибок процессору сервера. Различия в подходах объясняются расхождением во мнениях относительно того, каким будет процент пропущенных пакетов и соответствующее увеличение нагрузки на центральный процессор, связанное с их повторной передачей, при интенсивном трафике SAN. Пока неясно, какой подход лучше. На данный момент стоимость платы Adaptec неизвестна, а рекомендуемая изготовителем цена продукта Alacritech — 999 долларов, примерно такая же, как у Fibre Channel HBA. Большинство таких плат дополнены сетевыми функциями Gigabit Ethernet. В зависимости от ориентации поставщика на рынок устройств памяти или сетевых продуктов, эти платы называются хост-адаптерами шины (HBA) или сетевыми интерфейсными платами (NIC).

Fibre Channel — в массы

Хотя малые и некоторые средние предприятия, скорее всего, приобретут решения SAN на базе IP, ряд поставщиков Fibre Channel SAN предлагают новые продукты, доступные для многочисленных потребителей этой категории. Например, компания Compaq недавно выпустила массив памяти Modular SAN Array 1000 (MSA1000), предназначенный для компаний, использующих серверы Compaq ProLiant. Он стоит не так дорого и проще в установке и обслуживании, чем большинство других массивов памяти Fibre Channel. В этом массиве Fibre Channel, работающем на скорости 2 Гбит/с, можно использовать диски SCSI от серверов ProLiant, поэтому потребителю не придется покупать много дополнительных запоминающих устройств. Диски из серверов ProLiant можно переместить в MSA1000 вместе со всеми данными, в результате чего при изменении конфигурации не придется создавать резервные копии и восстанавливать данные. Начальная цена MSA1000 без дисков — 9995 долларов; емкость встроенной памяти — 1 Тбайт, ее можно расширить до 3 Тбайт, подключив внешние блоки памяти. Заплатив дополнительно 5295 долларов, можно купить массив памяти со встроенным шестипортовым коммутатором Fibre Channel, поддерживающим скорость работы 2 Гбит/с.

Фирма QLogic также предлагает упрощенное, недорогое решение Fibre Channel SAN для малых и средних предприятий — SAN Connectivity Kit 1000 (9999 долларов), состоящее из совместимых компонентов и программного обеспечения. В набор входят восьмипортовый коммутатор Fibre Channel 1 Гбит/с, четыре волоконно-оптических хост-адаптера 1 Гбит/с, волоконно-оптические кабели, четыре устройства Gigabit Interface Converters (GBIC) 1 Гбит/с, служащие для преобразования электрических сигналов в оптические, программа управления коммутатором и хост-адаптером, а также программа управления SAN. Комплект совместим с разнообразными массивами памяти, в том числе компаний EMC, Hitachi и Compaq. Компания QLogic предлагает модернизацию индивидуальных компонентов. Потребитель должен иметь массив памяти, который, по-видимому, окажется самым дорогостоящим компонентом, но набор сокращает расходы и снижает сложность реализации Fibre Channel SAN.

Работаем вместе

Хотя проблема совместимости продуктов Fibre Channel до конца не решена, усилия поставщиков начинают приносить плоды. За прошедший год многие изготовители коммутаторов Fibre Channel выпустили модели, отвечающие требованиям стандарта FC-SW-2 (Fibre Channel Switch Fabric 2) организации ANSI. Типовой режим совместимости данного стандарта решает проблемы совместной работы коммутаторов. А соответствие изделий стандарту Fibre Channel API ассоциации SNIA облегчает согласование различных хост-адаптеров.

Многие поставщики сертифицируют программы управления SAN на совместимость с аппаратными средствами независимых производителей, а большинство крупных изготовителей проверяют свои продукты на совместимость с конкретными изделиями компаний по требованию заказчика. Но программы управления SAN часто обеспечивают лишь базовый уровень совместимости; чтобы воспользоваться всеми функциями программы, обычно приходится приобретать аппаратные средства той же фирмы.

EMC и Compaq — исключение из правил. Эти компании лицензируют свои SAN API друг у друга, добиваясь более полной совместимости продуктов.

В результате программа ESN Manager фирмы EMC (начальная цена 18 000 долларов) поддерживает зонирование массивов памяти Compaq StorageWorks, а также располагает функциями обнаружения и составления отчетов для массивов HP XP512, IBM Enterprise Storage Server (ESS) Shark, Hitachi Freedom Storage Lightning 9900 Series и Sun Microsystems StorEdge 9900. На момент подготовки данной статьи программа EMC не позволяла маскировать устройства в массивах Compaq, в отличие от собственных продуктов EMC. Представители EMC сообщили, что ведутся переговоры о согласовании API и с другими поставщиками, но конкретные компании названы не были.

Поставщики SAN и ассоциация SNIA совместно работают над сборкой, тестированием и поддержкой общих решений под эгидой форума Supported Solutions Forum (SSF). SSF был организован в июне 2001 г., и в настоящее время в него входит 32 компании. Получив подтверждение, что конфигурация SAN соответствует критериям SNIA, SSF публикует сообщение на Web-узле SNIA (http://www.snia.org). В такую конфигурацию должны входить продукты по крайней мере четырех поставщиков; во многих конфигурациях в каждой категории продуктов предоставляется на выбор несколько вариантов (например, в конфигурации можно указать массивы памяти двух изготовителей в одной зоне данных). Все поставщики продуктов для данной конфигурации должны поддерживать всю конфигурацию целиком. Таким образом, даже обладатели конфигурации, предоставленной несколькими поставщиками, могут обращаться со всеми своими вопросами по одному адресу. Если заказчик хочет построить SAN с использованием продуктов разных поставщиков или дополнить существующую сеть устройствами сторонних изготовителей, ему следует познакомиться с опубликованными конфигурациями SSF.

Еще один шаг на пути к единой программе управления аппаратными средствами SAN от разных поставщиков будет сделан, когда разработчики реализуют в продуктах версию 2.7 стандарта Common Information Model (CIM) рабочей группы Distributed Management Task Force (DMTF). Коммутаторы и массивы памяти, совместимые с CIM 2.7, должны появиться к концу 2002 г. Данные об их конфигурации и функциональности будут представлены в едином формате, понятном любым программам управления. После того как поставщики приведут свои изделия в соответствие со стандартом, программы управления будут совместимы с новыми аппаратными устройствами без дополнительной настройки. Стандарт CIM 2.7 должен завоевать широкое признание поставщиков программного обеспечения, так как с его появлением отпадет необходимость в составлении специализированных подпрограмм для поддержки новых аппаратных средств. Но пройдет не менее двух лет, прежде чем стандарт будет реализован в продуктах всех поставщиков.

На перепутье?

Вероятно, малые предприятия, которые не располагают ни тугим кошельком, ни квалифицированным ИТ-персоналом с опытом работы с технологиями Fibre Channel, будут первыми потребителями IP-сетей хранения данных. Крупные компании редко сразу начинают внедрять новые технологии, а те из них, кто уже располагает SAN на базе Fibre Channel, вероятно, будут расширять сети по мере необходимости, так как они отличаются превосходной производительностью и надежностью.

Но не все предприятия нуждаются в передаче данных со скоростью 2 Гбит/с, и если IP-продукты первого поколения будут совместимы друг с другом и надежны, то средним компаниям придется выбирать между Fibre Channel и iSCSI. Fibre Channel — проверенная технология, но внедрение iSCSI обходится дешевле, даже если компания строит совершенно самостоятельную сеть хранения данных. Более того, IP-сети обеспечивают высокое качество, надежность и возможности управления, пока недоступные пользователям Fibre Channel.