Технологии и протоколы, применяемые при построении систем хранения данных

Fibre Channel
Наиболее часто используемая технология при построении сетей хранения данных. Fibre Channel это открытый промышленный стандарт высокоскоростного последовательного интерфейса. Применение этой технологии дает возможность использовать серверы и дисковые системы на расстоянии до 10 км при скорости передачи более 100 Мб/с. Поддержка ряда стандартных протоколов при использовании одного физического носителя позволяет упростить построение сетевой инфраструктуры и уменьшить стоимость инсталляции системы хранения.
В стандарте Fibre Channel возможно использование нескольких топологий:
• Точка-точка (point-to-point). При подключении одиночного дискового массива к серверу скорость обмена данными составляет 100200 Мб/с.
• Fibre Channel Arbitrated концентратор (Loop или Hub FC-AL). Возможно подключение до 127 систем хранения данных и серверов к FC-концентратору. Полоса пропускания делится между всеми устройствами.
• Коммутируемое подключение. Накопители и серверы (до 16млн единиц) подключаются к FC-коммутатору, в результате чего полоса пропускания будет доступна для каждого подключенного устройства. Коммутаторы используются для обеспечения максимального быстродействия и отказоустойчивости для сложных, больших и разветвленных систем.
• Смешанное подключение. Используются и коммутаторы, и концентраторы. При этом каждый FC-концентратор может иметь только один порт, подключенный к порту коммутатора. Каждый FC-концентратор может быть назначен или частным (private), или общедоступным (public). Устройства, подключенные к частным FC-концентраторам, могут взаимодействовать только с устройствами, подключенными к тому же FC-концентратору. Устройства, подключенные к общедоступному FC-концентратору, могут взаимодействовать с устройствами, подключенными к другим FC-концентраторам и коммутаторам.
Характеристики сетей хранения данных, построенных на базе протокола FC:
• высокие скорости передачи данных;
• возможность выбора оптимального протокола (03 уровни);
• большие расстояния между точками;
• низкие задержки при передаче коротких пакетов;
• высокая надежность передачи данных;
• практически неограниченное масштабирование;
• многоточечные топологии.

iSCSI (Internet SCSI)
Технология, построенная по стандартам IETF, которая заключает блоки SCSI в Ethernet-пакеты. Формально говоря, протокол iSCSI это протокол транспортировки с низкими задержками блоков SCSI по IP-сетям.
Используя протокол iSCSI, пользователь может создавать сети хранения данных на базе протокола IP, используя при этом локальную сеть Ethernet. Таким образом, появляется возможность обходить ограничения при использовании хранилищ данных с прямым подключением, в том числе и невозможность совместного использования ресурсов через серверы, и невозможность подключения дополнительных устройств расширения емкости без отключения приложений.
Характеристики сетей хранения данных, построенных на базе протокола iSCSI:
• Высокая доступность наличие нескольких путей между серверами и хранилищами данных обеспечивает возможность постоянного подключения, даже при отказе ряда каналов.
• Масштабируемость расширение емкости хранилищ данных без необходимости отключения приложений.
• В рамках гетерогенных платформ возможность использования дисковых и ленточных накопителей.
• Использование хорошо известной технологии Ethernet;
• Использование стандартных коммутаторов.

Обзорная характеристика рынка систем хранения данных
В связи с повышающимся интересом к системам хранения данных, повышаются и требования к оборудованию, наблюдается развитие и расширение рынка. Если сейчас более 20 % рынка приходится на долю систем хранения DAS, то, по прогнозам аналитиков IDC, в 2005 году будет повышаться роль SAN- и NAS-систем.
Сейчас на рынке оборудования присутствует небольшое число основных фирм-производителей, среди которых ETC, HP, IBM, Hitachi, Dell, на долю которых приходится около 70 % рынка, причем эти фирмы-производители
делают основной упор на продвижение систем хранения среднего класса.
Производители NAS- и SAN-решений прекрасно понимают, что несовместимость только мешает распространению их продуктов. Поэтому они создают различные отраслевые организации для разработки стандартов, тестовые лаборатории, и сертифицируют свои продукты на совместимость с аппаратными и программными решениями других вендоров; практически у каждого производителя есть своя программа обеспечения открытых стандартов и обеспечения совместимости. Благодаря этому, появилась единая концепция сетевого хранения данных (Network Storage), в пределах которой использование систем SAN и NAS равноправно.

Оборудование Qlogic
Компания предлагает интересное решение для организаций и компаний малого и среднего уровней, начинающих развивать систему сетевого хранения готовый набор для построения SAN-сети Qlogic SAN Connectivity Kit 3000. Данный продукт хорошо подходит для гетерогенных сред и включает в себя коммутатор Fibre Channel SANbox 5200 с последующей возможностью установки в стек, контроллер Fibre Channel SANblade 2340 HBAs с оптоволоконным интерфейсом, управляющее ПО для SAN и пятиметровый LC-to-LC оптоволоконный кабель. Стоимость этого комплекта составляет $7000.
Также компания производит линейку высокоскоростных коммутаторов FC SANbox, адаптеров FC Qlogic SANblade, адаптеров iSCSI, среди которых недавно представленный стекируемый коммутатор систем среднего уровня SANbox 5602 для высокопроизводительный SAN-сетей, построенных по технологии FC 4Gb.
Qlogic совместно с McDATA в настоящее время разрабатывают встраиваемый коммутатор для блэйд-серверов, который будет дополнять линейку решений фабричных коммутаторов уровня предприятий с поддержкой мультипротокольных маршрутизаторов SAN.
В настоящее время коммутаторы SANbox, контроллеры SANblade и ПО SANsurfer используются при построении HP StorageWorks MSA 1000 Small Business SAN Kit.

Оборудование McDATA
Линейка коммутаторов FC состоит из серии Sphereon Fabric на 12, 24, 32 порта для работы в сетях 2Gb FC с поддержкой протоколов FC-PH Rev 4.3, FC-PH-2, FC-PH-3, FC-GS-2, FC-FLA, FC-FG, FC-SW-2, скоростью передачи до 128 Гб/с, а также высокопроизводительных IP-коммутаторов с поддержкой FC, Gigabit Ethernet, iSCSI.

Оборудование IBM
Дисковые массивы IBM
Начальная цена использующего технологию iSCSI нового дискового массива IBM TotalStorage DS300 составляет менее $3000. DS300 VL с тремя дисками по 146 ГБ стоит $4642, модель DS300 Single Controller $6100, а DS300 Dual Controller с пятью дисками $8340. DS300 оборудуется накопителями Ultra320 SCSI общей емкостью до 2ТБ, кэш-памятью с резервным аккумулятором и источниками питания с горячей заменой.
Для построения сетей SAN на основе Fibre Channel предназначен еще один новый массив TotalStorage DS400 ценой от $5200 до $7000, масштабируемый до 5,8ТБ и поддерживающий двухгигабитный интерфейс. Массивы DS300 и DS400, выполненные в стоечном корпусе высотой 3U и способные обслуживать компьютеры с Windows и Linux, IBM позиционирует как системы хранения для стоечных моделей Intel-серверов eServer xSeries и блэйд-серверов BladeCenter. Эти дисковые массивы, в которых используются те же винчестеры Ultra320 SCSI, что и в xSeries, могут применяться как в рабочих группах, так и для баз данных, электронной почты и Web-сайтов.
Коммутатор IBM TotalStorage SAN Switch M14
Управляющий коммутатор нового поколения с высокой готовностью и повышенным уровнем масштабируемости для крупных корпоративных сетей хранения (SAN). Способен обеспечить наивысшую производительность с пропускной способностью до 2 Гб/с и объединение каналов по стандарту Inter-Switch Link (ISL) Trunking с суммарной скоростью до 8 Гб/с. Есть возможность смешанного использования технологий Fibre Channel/FICON и каскадирования FICON.

Оборудование HP
HP предлагает широкую линейку продуктов для организации сетевого хранения как для малого и среднего бизнеса, так и для уровня предприятий и больших организаций.

Организация NAS-инфраструктуры
HP ProLiant DL100 Storage Server система для начального уровня NAS-решений, которая поддерживает ряд широко используемых протоколов (SMB/CIFS, NFS, NCP, AppleTalk, HTTP и FTP), обслуживание серверов печати и репозиторий данных Microsoft Exchange. Вэтом NAS-решении предустановлена ОС Windows Storage Server 2003 и специфические HP-средства управления. DL100 Storage Server оборудован процессором Intel Pentium 4 и включает в себя RAID-массив из SATA жестких дисков. К серверам HP ProLiant опционально поставляется iSCSI Feature Pack, благодаря чему возможна работа по протоколу iSCSI.

Организация SAN-инфраструктуры
Для организации SAN-сети с нуля предлагается высокопроизводительная масштабируемая система хранения HP StorageWorks MSA1000 Small Business SAN Kit, основанная на технологии 2Gb Fibre Channel. В комплекте поставляется ПО для управления. При дальнейшем расширении система способна хранить и управлять до 12,8 ТБ данных, при подключенных 42 жестких дисках емкостью 300ГБ, размещающихся в корпусе 10U. Работа с MSA1000 возможна под управлением ОС Windows 2000, 2003 32-bit и Linux 32-bit. Производительность составляет 30000 IOPS. Стоимость этого комплекта составляет $10000.
НР также предлагает ряд одно- и двухпортовых контроллеров, работающих на шине 2Gb PCI-X to Fibre Channel, обеспечивающих скорость передачи до 400 Мб/с и совместимых как с OS Windows, так и с Linux-системами и NetWare. Коммутаторы HP для сетей SAN состоят из трех серий: B-Series Fabric, C-Series Fabric и M-Series Fabric, в каждой из которых предлагаются устройства для систем хранения различного уровня.

Оборудование EqualLogic
EqualLogic, один из ведущих поставщиков оборудования, основанного на базе протокола iSCSI, представил семейство устройств SAN-памяти PeerStorage. Новая серия PeerStorage соответствует широкому диапазону требований потребителей, предлагая для малого и среднего бизнеса шесть различных конфигураций, обеспечивающих надежность работы вкупе с интеллектуальным автоматизированным управлением. Новые системы PeerStorage это высокопроизводительные модели, состоящие из новых 400-ГБ дисков со скоростью вращения 10000rpm, оборудованных двухядерным 64-битным RISC-процессором. Подсистема памяти семейства PeerStorage Array легко расширяется с ростом объемов информации. Объем хранимых данных может достигать 44 ТБ.
EqualLogic учитывает, что ИТ-специалистам большинства организаций больше знакомы IP-сети и управление ими, нежели SAN с технологией Fibre Channel, поэтому, если высокая производительность не является критичным фактором, это решение является достаточно привлекательным.
Для достижения максимальной производительности EqualLogic рекомендует использовать Gigabit Ethernet в режиме jumbo frames (укрупненных пакетов). Скорость работы устройств семейства достигает 480000 IOPS. Для аутентификации iSCSI-клиентов при обращении к дискам PeerStorage Array по протоколу CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol) возможно использование возможностей группы PeerStorage или внешнего RADIUS-сервера (Remote Authentication Dial-In User Service).
Стоимость массива PS Array 100E со сдвоенными (рабочими и резервными) контроллерами и блоками питания и общей вместимостью дисков 3,5 ТБ составляет $40000.

Оборудование Emulex
Компания специализируется на производстве одно- и двухпортовых контроллеров FC HBA для сетей 2Gb Fibre Channel, для различных шин PCI-X, PCI-X/PCI, PCI, cPCI и sBUS, с поддержкой ОС Windows, Linux, NetWare, Solaris; адаптеров 32/64 bit iSCSI HBA, работающих на шине PCI v2.2 и предназначенных для работы в сетях стандарта IEEE 802.3z Gigabit Ethernet 1000BaseSX с полным дуплексом и поддержкой TCP/IP-стека; коммутаторов FC и встраиваемых коммутаторов FC, работающих в полнодуплексном режиме со скоростью передачи до 400 Мб/с.

Оборудование EMC
Система сетевого хранения данных CX300 новый продукт серии CLARiiON CX. CX300 отличается большими функциональными возможностями, достаточно большим объемом (до 13 ТБ) и высокой производительностью. Оптимизированная для работы в UNIX, Windows, Linux и NetWare для рабочих групп, система CX300 может содержать от 5 до 60 жестких дисков. Обладает скоростью передачи данных 680 Mб/с и производительностью 50000 IOPS.
Система CX300 предлагает автоматизированное управление и оперативное расширение LUN (metaLUNs) с помощью пакета программ EMC Navisphere Management Suite. Возможна также локальная репликация с помощью программы SnapView, динамическое выравнивание нагрузки и несколько путей подключения с резервированием с помощью программы PowerPath.
Кроме того, в одном массиве можно совмещать диски ATA с дисками Fibre Channel при сохранении 100-процентной совместимости программного обеспечения. Программное и аппаратное обеспечение устройств этой серии полностью совместимо, что позволит в дальнейшем модернизировать систему до уровня CX700 и, соответственно, увеличивать объем хранимой информации до 60 ТБ.

Оборудование Adaptec
Объединив iSCSI и NAS в одном устройстве Snap Server 18000, Snap Appliance подразделение Adaptec, делает консолидацию хранения на основе IP доступной для малого и среднего бизнеса.
Для хранения данных в Snap Server 18000 служат восемь заменяемых в горячем режиме дисков SATA по 250 ГБ. Snap Server 18000 построен на базе двух процессоров Intel Xeon с тактовой частотой 3,06 ГГц и 2 ГБ RAM DDR. Управление системой осуществляется с помощью ОС GuardianOS версии 3.1, созданной в Snap Appliance на базе Linux.
Для обеспечения повышенной безопасности Snap Server Manager поддерживает протокол CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol).Кроме того, поддерживаются файловые системы CIFS и NFS и протокол AppleTalk. В дальнейшем объем хранимых данных можно увеличить до 30 ТБ, используя дисковые массивы Snap Disk 30SA.

Оборудование Brocade
Основную продукцию компании для сетей SAN составляют высокоскоростные коммутаторы серии SilkWorm, предназначенные как для систем начального уровня, так и для систем уровня предприятий. Недавно был представлен коммутатор SilkWorm 4100 Switch для сетей хранения среднего и высокого уровней с автоматическим определением сетей 1,2 и 4 Gb FC, в исполнении 1U, который работает в гетерогенных средах: Windows, Windows NT, UNIX, AIX, Linux и Solaris.

 

Уровни RAID — краткие теоретические сведения

короткая ссылка на новость:

 

Массивы RAID были разработаны в целях повышения надежности хранения данных, увеличения скорости работы с дисками и для обеспечения возможности объединения нескольких дисков в один большой диск. Разные типы RAID решают разные задачи, здесь мы рассмотрим несколько наиболее распространенных конфигураций RAID массивов из одинаковых по размеру дисков.

RAID 0

RAID 1

RAID 10

RAID 1E

RAID 5

RAID 5EE

RAID 6

RAID 50

RAID 60

Matrix RAID

JBOD

RAID0

 

RAID 0

 

RAID 0 (Stripe). Режим, при использовании которого достигается максимальная производительность. Данные равномерно распределяются по дискам массива, диски объединяются в один, который может быть размечен на несколько. Распределенные операции чтения и записи позволяют значительно увеличить скорость работы, поскольку несколько дисков одновременно читают/записывают свою порцию данных. Пользователю доступен весь объем дисков, но это снижает надежность хранения данных, поскольку при отказе одного из дисков массив обычно разрушается и восстановить данные практически невозможно. Область применения - приложения, требующие высоких скоростей обмена с диском, например видеозахват, видеомонтаж. Рекомендуется использовать с высоконадежными дисками.

RAID1

 

RAID 1

 

RAID 1 (Mirror). Несколько дисков (обычно 2), работающие синхронно на запись, то есть полностью дублирующие друг друга. Повышение производительности происходит только при чтении. Самый надежный способ защитить информацию от сбоя одного из дисков. Из-за высокой стоимости обычно используется при хранении очень важных данных. Высокая стоимость обусловлена тем, что лишь половина от общей емкости дисков доступна для пользователя.

RAID10

 

RAID 10

 

RAID 10, также иногда называется RAID 1+0 - комбинация двух первых вариантов. (Массив RAID0 из массивов RAID1). Имеет все скоростные преимущества RAID0 и преимущество надежности RAID1, сохраняя недостаток - высокую стоимость дискового массива, так как эффективная ёмкость массива равна половине ёмкости использованных в нём дисков. Для создания такого массива требуется минимум 4 диска. (При этом их число должно быть чётным).

RAID 0+1 - Массив RAID1 из массивов RAID0. Фактически не применяется из-за отсутствия преимуществ по сравнению с RAID10 и меньшей отказоустойчивости.

RAID1E

 

RAID 1E

 

RAID 1E - Похожий на RAID10 вариант распределения данных по дискам, допускающий использование нечётного числа дисков (минимальное количество - 3)

RAID 2, 3, 4 - различные варианты распределенного хранения данных с дисками, выделенными под коды четности и различными размерами блока. В настоящее время практически не используются из-за невысокой производительности и необходимости выделять много дисковой емкости под хранение кодов ЕСС и/или четности.

RAID5

 

RAID 5

 

RAID 5 - массив, также использующий распределенное хранение данных аналогично RAID 0 (и объединение в один большой логический диск) + распределенное хранение кодов четности для восстановления данных при сбоях. Относительно предыдущих конфигураций размер Stripe-блока еще больше увеличен. Возможно как одновременное чтение, так и запись. Плюсом этого варианта является то, что доступная для пользователя емкость массива уменьшается на емкость лишь одного диска, хотя надежность хранения данных ниже, чем у RAID 1. По сути, является компромиссом между RAID0 и RAID1, обеспечивая достаточно высокую скорость работы при неплохой надежности хранения данных. При отказе одного диска из массива данные могут быть восстановлены без потерь в автоматическом режиме. Минимальное количество дисков для такого массива - 3.

"Программные" реализации RAID5, встроенные в южные мосты материнских плат, не отличаются высокой скоростью записи, поэтому годятся далеко не для всех применений.

RAID5EE

 

RAID 5EE

 

RAID 5EE - массив, аналогичный RAID5, однако кроме распределенного хранения кодов четности используется распределение резервных областей - фактически задействуется жесткий диск, который можно добавить в массив RAID5 в качестве запасного (такие массивы называют 5+ или 5+spare). В RAID 5 массиве резервный диск простаивает до тех пор, пока не выйдет из строя один из основных жестких дисков, в то время как в RAID 5EE массиве этот диск используется совместно с остальными HDD все время, что положительно сказывается на производительность массива. К примеру, массив RAID5EE из 5 HDD сможет выполнить на 25% больше операций ввода/вывода за секунду, чем RAID5 массив из 4 основных и одного резервного HDD. Минимальное количество дисков для такого массива - 4.

RAID6

 

RAID 6

 

RAID 6 - аналог RAID5 c большим уровнем избыточности - информация не теряется при отказе двух любых дисков, соответственно, общая ёмкость массива уменьшается на ёмкость двух дисков. Минимальное количество дисков, необходимое для создания массива такого уровня - 4. Скорость работы в общем случае примерно аналогична RAID5. Рекомендуется для применений, где важна максимально высокая надёжность.

RAID50

 

RAID 50

 

RAID 50 - объединение двух(или более, но это крайне редко применяется) массивов RAID5 в страйп, т.е. комбинация RAID5 и RAID0, частично исправляющая главный недостаток RAID5 - низкую скорость записи данных за счёт параллельного использования нескольких таких массивов. Общая ёмкость массива уменьшается на ёмкость двух дисков, но, в отличие от RAID6, без потери данных такой массив переносит отказ лишь одного диска, а минимально необходимое число дисков для создания массива RAID50 равно 6. Наряду с RAID10, это наиболее рекомендуемый уровень RAID для использования в приложениях, где требуется высокая производительность в сочетании с приемлемой надёжностью.

RAID60

 

RAID 60

 

RAID 60 - объединение двух массивов RAID6 в страйп. Скорость записи повышается примерно в два раза, относительно скорости записи в RAID6. Минимальное количество дисков для создания такого массива - 8. Информация не теряется при отказе двух дисков из каждого RAID 6 массива.

Matrix RAID — технология, реализованная фирмой Intel в своих южных мостах, начиная с ICH6R, позволяющая организовать всего на двух дисках несколько массивов RAID0 и RAID1, одновременно создавая разделы как с повышенной скоростью работы, так и с повышенной надёжностью хранения данных.

JBOD (От английского "Just a Bunch Of Disks")- последовательное объединение нескольких физических дисков в один логический, не влияющее на производительность (надёжность при этом падает аналогично RAID0), при этом диски могут иметь разные размеры. В настоящее время практически не применяется.