Lagringsområde nätverk - Storage area network

Inte att förväxla med nätverksansluten lagring .

Datornätverk typer
av spatial omfattning
Datanätverksklassificering efter spatialt omfång.svg
Fiber Channel
Lager 4. Protokollkartläggning
LUN -maskering
Skikt 3. Gemensamma tjänster
Skikt 2. Nätverk
Fiber Channel -tyg
Fiber Channel -zonering
Registrerat tillstånd Ändra meddelande
Lager 1. Datalänk
Fiber Channel 8B/10B -kodning
Lager 0. Fysiskt

Ett lagringsområdesnätverk ( SAN ) eller lagringsnätverk är ett datornätverk som ger åtkomst till konsoliderad datalagring på blocknivå . SAN används främst för att komma åt datalagringsenheter , till exempel hårddiskmatriser och bandbibliotek från servrar så att enheterna visas för operativsystemet som direktkopplad lagring . Ett SAN är vanligtvis ett dedikerat nätverk av lagringsenheter som inte är tillgängliga via det lokala nätverket (LAN).

Även om ett SAN endast tillhandahåller åtkomst på blocknivå ger filsystem som är byggda ovanpå SAN-filer åtkomst på filnivå och kallas filsystem med delad disk .

Förvaringsarkitekturer

Fiber Channel SAN ansluter servrar till lagring via Fiber Channel -switchar.

Lagringsområdesnätverk (SAN) kallas ibland för nätverk bakom servrarna och har historiskt utvecklats ur en centraliserad datalagringsmodell , men med ett eget datanätverk . Ett SAN är på sitt enklaste sätt ett dedikerat nätverk för datalagring. Förutom att lagra data, tillåter SAN: er automatisk säkerhetskopiering av data, och övervakning av lagring samt säkerhetskopieringsprocess. Ett SAN är en kombination av hårdvara och programvara. Det växte fram från datacentriska stordatorarkitekturer , där klienter i ett nätverk kan ansluta till flera servrar som lagrar olika typer av data. För att skala lagringskapaciteten när datamängderna växte, utvecklades direktkopplad lagring (DAS), där diskmatriser eller bara ett gäng diskar (JBOD) kopplades till servrar. I denna arkitektur kan lagringsenheter läggas till för att öka lagringskapaciteten. Servern genom vilken lagringsenheterna nås är dock en enda felpunkt , och en stor del av LAN -nätverkets bandbredd används för åtkomst, lagring och säkerhetskopiering av data. För att lösa problemet med en enda felpunkt implementerades en direktkopplad delad lagringsarkitektur , där flera servrar kunde komma åt samma lagringsenhet.

DAS var det första nätverkslagringssystemet och används fortfarande i stor utsträckning där datalagringskraven inte är särskilt höga. Utifrån det utvecklade den nätverksanslutna lagringsarkitekturen (NAS), där en eller flera dedikerade filserver eller lagringsenheter görs tillgängliga i ett LAN. Därför sker överföringen av data, särskilt för säkerhetskopiering, fortfarande över det befintliga LAN. Om mer än en terabyte data lagrades vid något tillfälle blev LAN -bandbredd en flaskhals. Därför utvecklades SAN, där ett dedikerat lagringsnätverk var anslutet till LAN, och terabyte med data överfördes över ett dedikerat höghastighets- och bandbreddsnätverk. Inom SAN är lagringsenheter sammankopplade. Överföring av data mellan lagringsenheter, till exempel för säkerhetskopiering, sker bakom servrarna och är tänkt att vara transparent. I en NAS -arkitektur överförs data med hjälp av TCP- och IP -protokollen över Ethernet . Särskilda protokoll utvecklades för SAN, till exempel Fiber Channel , iSCSI , Infiniband . Därför har SAN ofta sina egna nätverk och lagringsenheter som måste köpas, installeras och konfigureras. Detta gör SAN i sig dyrare än NAS -arkitekturer.

Komponenter

Dubbelport 8 Gb FC värdbussadapterkort

SAN har egna nätverksenheter, till exempel SAN -switchar. För att komma åt SAN används så kallade SAN-servrar, som i sin tur ansluter till SAN- värdadaptrar . Inom SAN, kan ett område av datalagringsanordningar vara sammankopplade, såsom SAN-kapabla diskarrayer, JBODS och bandbibliotek .

Värdlager

Servrar som tillåter åtkomst till SAN och dess lagringsenheter sägs bilda värdlagret för SAN. Sådana servrar har värdadaptrar, som är kort som kopplas till kortplatser på serverns moderkort (vanligtvis PCI -kortplatser) och körs med motsvarande firmware och enhetsdrivrutin . Via värdadaptrarna kan serverns operativsystem kommunicera med lagringsenheterna i SAN.

Vid distribution av fiberkanaler ansluts en kabel till värdadaptern via gigabit -gränssnittskonverteraren (GBIC). GBIC används också på switchar och lagringsenheter inom SAN, och de omvandlar digitala bitar till ljusimpulser som sedan kan överföras via Fiber Channel -kablarna. Omvänt omvandlar GBIC inkommande ljusimpulser tillbaka till digitala bitar. Föregångaren till GBIC kallades gigabit link module (GLM).

Tygskikt

QLogic San- byta med optiska Fibre Channel -kontakter installerade

Tygskiktet består av SAN -nätverksenheter som inkluderar SAN -switchar , routrar, protokollbryggor, gateway -enheter och kablar. SAN -nätverksenheter flyttar data inom SAN, eller mellan en initiator , till exempel en HBA -port på en server, och ett mål , till exempel porten på en lagringsenhet.

När SAN -enheterna först byggdes var hubbar de enda enheterna som kunde Fiber Channel , men Fiber Channel -switchar utvecklades och hubbar finns nu sällan i SAN -enheter. Switchar har fördelen jämfört med hubbar att de tillåter alla anslutna enheter att kommunicera samtidigt, eftersom en switch tillhandahåller en dedikerad länk för att ansluta alla dess portar med varandra. När SAN först byggdes måste Fiber Channel implementeras över kopparkablar, dessa dagar används multimod optiska fiberkablar i SAN.

SAN -nät är vanligtvis byggda med redundans, så SAN -switchar är anslutna med redundanta länkar. SAN-switchar ansluter servrarna till lagringsenheterna och är vanligtvis icke-blockerande så att data kan överföras över alla anslutna ledningar samtidigt. SAN -switchar är avsedda för redundans i en maskad topologi . En enda SAN -switch kan ha så få som 8 portar och upp till 32 portar med modulära tillägg. Så kallade switchar i direktörsklass kan ha upp till 128 portar.

I switchade SAN används Fiber Channel switched fabric protocol FC-SW-6 under vilket varje enhet i SAN har en hårdkodad World Wide Name (WWN) -adress i värdbussadaptern (HBA). Om en enhet är ansluten till SAN -enheten registreras dess WWN i SAN -switchnamnservern. I stället för ett WWN eller ett världsomspännande portnamn (WWPN) kan leverantörer av SAN Fibre Channel -lagringsenheter också hårdkoda ett globalt nodnamn (WWNN). Portarna på lagringsenheter har ofta ett WWN som börjar med 5, medan bussadaptrarna till servrar börjar med 10 eller 21.

Lagringslager

Fiber Channel är en skiktad teknik som börjar vid det fysiska lagret och går vidare genom protokollen till protokollen på översta nivån som SCSI och SBCCS.

Det seriella protokollet för små datorsystemgränssnitt (SCSI) används ofta ovanpå Fibre Channel -switchade tygprotokoll i servrar och SAN -lagringsenheter. Den Internet Small Computer Systems Interface (iSCSI) över Ethernet och Infiniband protokoll kan också hittas implementeras i SAN, men är ofta överbryggas till Fibre Channel SAN. Infiniband- och iSCSI -lagringsenheter, särskilt diskmatriser, är dock tillgängliga.

De olika lagringsenheterna i ett SAN sägs bilda lagringsskiktet . Den kan innehålla en mängd olika hårddisk- och magnettejpenheter som lagrar data. I SAN -enheter kopplas hårddiskmatriser samman via en RAID som får många hårddiskar att se ut och fungera som en stor lagringsenhet. Varje lagringsenhet, eller till och med partition på den lagringsenheten, har ett logiskt enhetsnummer (LUN) tilldelat den. Detta är ett unikt nummer inom SAN. Varje nod i SAN, vare sig det är en server eller en annan lagringsenhet, kan komma åt lagringen genom att referera till LUN. LUN: erna gör det möjligt att segmentera lagringskapaciteten för ett SAN och implementera åtkomstkontroller. En viss server, eller en grupp servrar, kan till exempel endast ges åtkomst till en viss del av SAN -lagringsskiktet, i form av LUN. När en lagringsenhet tar emot en begäran om att läsa eller skriva data, kommer den att kontrollera sin åtkomstlista för att fastställa om noden, identifierad av dess LUN, har åtkomst till lagringsområdet, också identifierat av en LUN. LUN -maskering är en teknik där värdbussadaptern och SAN -programvaran på en server begränsar LUN: erna för vilka kommandon accepteras. Därigenom maskeras LUN: er som aldrig bör nås av servern. En annan metod för att begränsa serveråtkomst till särskilda SAN-lagringsenheter är tygbaserad åtkomstkontroll, eller zonering, som tillämpas av SAN-nätverksenheterna och servrarna. Under zonering är serveråtkomst begränsad till lagringsenheter som finns i en viss SAN -zon.

Nätverksprotokoll

Ett mappningsskikt till andra protokoll används för att bilda ett nätverk:

Lagringsnätverk kan också byggas med Serial Attached SCSI (SAS) och Serial ATA (SATA) -teknologi. SAS utvecklades från SCSI direktankopplad lagring. SATA utvecklades från parallell ATA direktankopplad lagring. SAS- och SATA -enheter kan anslutas via SAS Expanders .

Exempel på staplade protokoll med SCSI
Ansökningar
SCSI -lager
FCP FCP FCP FCP iSCSI iSER SRP
FCIP iFCP
TCP RDMA Transport
FCoE IP IP- eller InfiniBand -nätverk
FC Ethernet Ethernet eller InfiniBand Link

programvara

Den Storage Networking Industry Association (SNIA) definierar ett SAN som "ett nätverk vars primära syfte är att överföra data mellan datasystem och lagringselement". Men ett SAN består inte bara av en kommunikationsinfrastruktur, det har också ett lager för mjukvaruhantering . Denna programvara organiserar servrar, lagringsenheter och nätverk så att data kan överföras och lagras. Eftersom ett SAN inte använder direkt ansluten lagring (DAS) ägs och hanteras inte lagringsenheterna i SAN av en server. Ett SAN tillåter en server att komma åt en stor datalagringskapacitet och denna lagringskapacitet kan också vara tillgänglig för andra servrar. Dessutom måste SAN -programvara se till att data flyttas direkt mellan lagringsenheter inom SAN, med minimal serverintervention.

SAN -hanteringsprogramvara är installerat på en eller flera servrar och hanteringsklienter på lagringsenheterna. Två tillvägagångssätt har utvecklats i SAN-hanteringsprogramvara: in-band och out-of band management. In-band innebär att hanteringsdata mellan server och lagringsenheter överförs på samma nätverk som lagringsdata. Medan out-of-band betyder att hanteringsdata överförs över dedikerade länkar. SAN -hanteringsprogramvara samlar in hanteringsdata från alla lagringsenheter i lagringsskiktet. Detta inkluderar information om läs- och skrivfel, flaskhalsar för lagringskapacitet och fel på lagringsenheter. SAN -hanteringsprogram kan integreras med Simple Network Management Protocol (SNMP).

År 1999 infördes en öppen standard för hantering av lagringsenheter och för driftskompatibilitet, den gemensamma informationsmodellen (CIM). Den webbaserade versionen av CIM kallas WBEM (Web-Based Enterprise Management) och definierar objekt för SAN-lagringsenheter och bearbetar transaktioner. Användning av dessa protokoll innebär en CIM -objekthanterare (CIMOM), för att hantera objekt och interaktioner, och möjliggör central hantering av SAN -lagringsenheter. Grundläggande enhetshantering för SAN kan också uppnås genom Storage Management Interface Specification (SMI-S), om CIM-objekt och processer är registrerade i en katalog. Programvara och delsystem kan sedan dra nytta av denna katalog. Hanteringsprogramvara är också tillgängliga för att konfigurera SAN -lagringsenheter, vilket tillåter till exempel konfiguration av zoner och logiska enhetsnummer (LUN).

Slutligen är SAN -nätverks- och lagringsenheter tillgängliga från många leverantörer. Varje SAN -leverantör har sin egen hanterings- och konfigurationsprogramvara. Gemensam hantering i SAN -enheter som inkluderar enheter från olika leverantörer är endast möjlig om leverantörer gör applikationsprogrammeringsgränssnittet (API) för sina enheter tillgängliga för andra leverantörer. I sådana fall kan SAN-hanteringsprogramvara på högre nivå hantera SAN-enheterna från andra leverantörer.

Filsystems stöd

I ett SAN överförs, lagras och öppnas data på blocknivå. Som sådan SAN inte ger datafil abstraktion, bara blocknivå lagring och drift. Men filsystem har utvecklats för att fungera med SAN-programvara för att ge filnivååtkomst . Dessa är kända som filsystem med delad disk (SAN-filsystem). Serveroperativsystem underhåller sina egna filsystem på sina egna dedikerade, icke-delade LUN, som om de var lokala för sig själva. Om flera system helt enkelt skulle försöka dela en LUN skulle dessa störa varandra och snabbt skada data. All planerad delning av data på olika datorer inom en LUN kräver programvara, till exempel SAN -filsystem eller grupperad dator .

Inom media och underhållning

Videoredigeringssystem kräver mycket höga dataöverföringshastigheter och mycket låg latens. SAN i media och underhållning kallas ofta för serverlös på grund av konfigurationens karaktär som placerar video -arbetsflödet (intag, redigering, uppspelning) stationära klienter direkt på SAN istället för att ansluta till servrar. Kontroll av dataflödet hanteras av ett distribuerat filsystem som StorNext by Quantum. Kontroll av användning av bandbredd per nod, ibland kallad tjänstkvalitet (QoS), är särskilt viktigt vid videoredigering eftersom det säkerställer rättvis och prioriterad bandbreddsanvändning i nätverket.

Service kvalitet

SAN Storage QoS gör det möjligt att beräkna och underhålla önskad lagringsprestanda för nätverkskunder som får åtkomst till enheten. Några faktorer som påverkar SAN QoS är:

  • Bandbredd  - Datahastigheten som är tillgänglig på systemet.
  • Latency  - Tidsfördröjningen för en läs-/skrivoperation att utföra.
  • Ködjup-Antalet utestående operationer som väntar på att köra till de underliggande diskarna (traditionella eller SSD-enheter ).

QoS kan påverkas i ett SAN -lagringssystem av en oväntad ökning av datatrafik (användningsökning) från en nätverksanvändare som kan orsaka att prestanda minskar för andra användare i samma nätverk. Detta kan kallas "den bullriga granneffekten". När QoS -tjänster är aktiverade i ett SAN -lagringssystem kan den "bullriga granneffekten" förhindras och prestanda för nätverkslagring kan förutsägas exakt.

Att använda SAN-lagring QoS står i kontrast till att använda disköverprovisionering i en SAN-miljö. Överförsörjning kan användas för att tillhandahålla ytterligare kapacitet för att kompensera för högsta nätverkstrafikbelastning. Men där nätverksbelastningar inte är förutsägbara kan överadministration så småningom få all bandbredd att förbrukas fullt ut och latensen öka väsentligt, vilket resulterar i försämring av SAN-prestanda.

Lagringsvirtualisering

Huvudartikel: Lagringsvirtualisering

Lagringsvirtualisering är processen att abstrahera logisk lagring från fysisk lagring. De fysiska lagringsresurserna aggregeras i lagringspooler, från vilka den logiska lagringen skapas. Det presenterar för användaren ett logiskt utrymme för datalagring och hanterar på ett transparent sätt processen med att kartlägga det till den fysiska platsen, ett koncept som kallas platstransparens . Detta implementeras i moderna hårddiskuppsättningar, ofta med hjälp av leverantörsskyddad teknik. Målet med lagringsvirtualisering är emellertid att gruppera flera diskuppsättningar från olika leverantörer, spridda över ett nätverk, till en enda lagringsenhet. Den enda lagringsenheten kan sedan hanteras enhetligt.

Se även

Referenser

  1. ^ a b c d e f g h i Jon Tate, Pall Beck, Hector Hugo Ibarra, Shanmuganathan Kumaravel & Libor Miklas (2017). "Introduktion till lagringsområdesnät" (PDF) . Red Books, IBM.CS1 maint: använder författarens parameter ( länk )
  2. ^ a b c d e f g h i NIIT (2002). Specialutgåva: Använda lagringsområdesnätverk . Que Publishing. ISBN 9780789725745.CS1 maint: använder författarens parameter ( länk )
  3. ^ a b c d e f g h i j k l m Christopher Poelker; Alex Nikitin, red. (2009). Lagringsområde nätverk för dummies . John Wiley & Sons. ISBN 9780470471340.
  4. ^ Richard Barker & Paul Massiglia (2002). Storage Area Network Essentials: En komplett guide för att förstå och implementera SAN . John Wiley & Sons. sid. 198 . ISBN 9780471267119.CS1 maint: använder författarens parameter ( länk )
  5. ^ "TechEncyclopedia: IP -lagring" . Hämtad 9 december 2007 .
  6. ^ "TechEncyclopedia: SANoIP" . Hämtad 9 december 2007 .
  7. ^ "StorNext Storage Manager - Snabb fildelning, datahantering och digital arkiveringsprogramvara" . Quantum.com . Hämtad 8 juli 2013 .

externa länkar