Наик Дайлип - Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003
Таблица 4.1. Сравнение технологий NAS и SAN
Окончание табл. 4–1
4.3 Преимущества Fibre Channel
Рассмотрим преимущества использования SAN на базе Fibre Channel. Хотя возможности, описанные в разделах 4.3.1–4.3.7, все еще широко применяются, не забывайте, что такая ситуация может измениться в любой момент, так как технологический прогресс не стоит на месте..
4.3.1 Масштабируемость
Сети хранения данных обладают способностью к масштабированию в аспекте объема и скорости передачи данных. Можно добавить коммутатор и расширить кольцо отдела до магистрали, которая каскадом соединяет иерархии коммутаторов. Конечно, сети IP также поддерживают масштабирование, что является основной причиной такого быстрого развития технологии IP Storage (см. главу 8).
4.3.2 Сегрегация хранилищ
При корректной настройке и управлении SAN предоставляет налучшие возможности обоих вариантов построения хранилищ данных: хранилище отделено от сервера приложений и в то же время обеспечивает защиту и целостность данных. Например, можно разделить данные отделов, которые физически будут находиться в одном пуле устройств хранения данных.
4.3.3 Централизация и управление хранилищем
Сети хранения данных позволяют консолидировать устройства хранения, оптимизировать их использование и управление. Речь идет о том, что дублировать данные, которые размещены вне инфраструктуры SAN, нет необходимости. Еще одним преимуществом является возможность распределения хранилищ. Это позволяет избежать ситуации, когда у одного сервера объем хранилища избыточен, а второму серверу объема не хватает. Эффективное распределение объема хранилища позволяет сократить накладные расходы, связанные с добавлением устройств хранения к определенному серверу. Например, если управление дисками проводится централизованно, хранилище одного сервера может быть передано в использование другому серверу, которому не хватает свободного дискового пространства. Еще одним примером может служить хранилище, необходимое для создания «моментального снимка» в процессе резервного копирования. В классической схеме каждый сервер имеет для этих целей собственный жесткий диск. В технологии SAN все серверы совместно используют несколько дисков для создания временных моментальных снимков.
4.3.4 Поддержка устаревших устройств
Сети хранения данных позволяют защитить инвестиции в устаревшие устройства, например в устройства хранения SCSI, или, с ультрасовременной точки зрения, в кольцевые концентраторы. Устройства-мосты, которые обеспечивают взаимодействие между старыми устройствами и интерфейсом Fibre Channel, часто являются основой для поддержки устаревших устройств. Конечно, такая схема позволяет использовать далеко не все устаревшие устройства.
4.3.5 Поддержка большего количества устройств
Сети хранения данных предоставляют доступ к большему количеству устройств. Кольцо с разделяемым доступом поддерживает теоретический максимум, равный 127 портам (обычно подключается до 15 устройств, а значительные задержки в работе возникают после подключения 50 устройств).
Сеть хранения данных на основе связной архитектуры теоретически поддерживает около 15 млн. (224) портов.
4.3.6 Расстояние
Сети хранения данных позволяют размещать устройства хранения гораздо дальше от узлов (серверов и рабочих станций), чем другие интерфейсы. Шина SCSI поддерживает расстояния порядка десятков метров, a Fibre Channel – десятков километров.
4.3.7 Новые возможности
Интерфейс Fibre Channel позволяет использовать совершенно новые функции. Один из примеров – резервное копирование данных без использования локальной сети, когда резервная копия передается по сети хранения данных, а локальная сеть остается свободной для запросов клиентов и серверов к устройствам хранения. Еще одним примером является перенос данных между двумя подсистемами хранения без участия сервера. Кроме того, файловые системы SAN (они рассматриваются в главе 6) позволяют нескольким серверам получить одновременный доступ к одним и тем же томам.
4.4 Топологии Fibre Channel
В разделах 4.4.1–4.4.3 рассматриваются различные топологии подключения устройств, которые формируют сеть хранения данных на базе Fibre Channel. Топологии «точка-точка» (point to point), кольцо с разделяемым доступом (arbitrated loop) и коммутируемая связная архитектура (switched fabric) перечислены в порядке возрастания их сложности.
4.4.1 Топология «точка-точка»
Технология Fibre Channel поддерживает подключение по топологии «точка-точка». В этом случае сервер обычно подключается к выделенной подсистеме хранения, причем данные не используются совместно. На рис. 4.1 показана сеть, построенная на основе этой топологии.
Для реализации топологии «точка-точка», как минимум, необходим сервер, адаптер Fibre Channel (адаптер шины) и устройство хранения (например, жесткий диск или накопитель на магнитной ленте), оснащенное интерфейсом Fibre Channel.
Рис. 4.1. Топология «точка-точка»
4.4.2 Кольцо с разделяемым доступом
Кольцо – это схема логического подключения устройств, при котором данные передаются по логически замкнутому контуру. В кольце с разделением доступа (arbitrated loop) протокол описывает порядок, в котором узел получает разрешение на передачу данных. Кольцо Fibre Channel с разделением доступа (Fibre Channel arbitrated loop – FC-AL) может быть реализовано на базе различных устройств хранения (жестких дисков, накопителей на магнитной ленте), серверов, адаптеров шины и устройств для их подключения. В качестве устройств подключения могут выступать концентраторы или коммутаторы Fibre Channel (см. раздел 4.7.4). На данный момент достаточно указать, что устройства подключения играют важную роль в организации инфраструктуры кольца, в его работе и управлении им.
На рис. 4.2 показан пример кольца Fibre Channel с разделением доступа. Конфигурация аналогична физической звезде и логическому кольцу, используемым в локальных сетях на базе технологии Token Ring. Кроме того, как и в сетях Token Ring, данные перемещаются по кольцу в одном направлении. Но, в отличие от Token Ring, устройство может запросить право на передачу данных, а не ждать получения пустого маркера от коммутатора.
Команды Fibre Channel поддерживают согласование и доступ к кольцу для передачи данных. Кроме того, предоставляются команды для назначения адресов портов кольца с разделением доступа (arbitrated-lo, op port addresses – AL-PA) различным узлам кольца. Каждый узел в управляемом кольце Fibre Channel имеет контур для собственного отключения от кольца и сохранения непрерывности кольца в случае ошибки.
Кольца Fibre Channel с разделением доступа могут адресовать до 127 портов, в частности типа NL (дополнительная информация приводится в разделе 4.5), что обусловлено методом указания адреса AL-PA. Один из этих портов зарезервирован для подключения к коммутатору связной архитектуры (см. раздел 4.7.4.3). Остальные 126 портов доступны для предоставления узлам. Практика показывает, что типичные кольца с разделением доступа содержат до 12 узлов, а после подключения 50 узлов производительность падает до такой степени, что имеет смысл перейти на коммутатор связной архитектуры. Кольца с разделяемым доступом позволяют использовать все преимущества Fibre Channel при значительно меньших денежных затратах. Однако стоимость коммутаторов Fibre Channel стремительно снижается, поэтому применение коммутируемых связных архитектур становится все более предпочтительным.
В разделах 4.4.2.1–4.4.2.3 описываются важные концепции, связанные с кольцом Fibre Channel с разделяемым доступом: инициализация кольца, управление кольцом и различные типы колец (закрытые и открытые кольца).
4.4.2.1 Инициализация кольца Fibre Channel
Протокол инициализации кольца Fibre Channel обладает четко определенной структурой. Инициализация выполняется в таких случаях:
при первой установке и запуске кольца;
при подключении нового устройства;
при отключении или перезапуске существующего устройства.
Кольца инициализируются с помощью специальных управляющих кадров. В процессе инициализации выполняются описанные ниже действия.
На время до следующей инициализации выбирается хозяин кольца (loop master). Одной из наиболее важных задач хозяина кольца является назначение адресов различным портам в кольце.
Выполняется назначение адресов в кольце. Значения адресов, присвоенных устройствам, используются для решения конфликтов, когда несколько устройств пытаются одновременно передавать данные. Коммутаторы связных архитектуры имеют наибольший приоритет; они могут выбрать любой произвольный адрес. Портам разрешается получать адрес, который использовался ранее.
