Корпоративное хранение информации

Введение

Именно информация является движущей силой современного бизнеса  и в настоящий момент считается  наиболее ценным стратегическим активом  любого предприятия. Объем информации растет в геометрической прогрессии вместе с ростом глобальных сетей  и развитием электронной коммерции. Для достижения успеха в информационной войне необходимо обладать эффективной  стратегией хранения, защиты, совместного  доступа и управления самым важным цифровым имуществом — данными — как сегодня, так и в ближайшем будущем.

Управление ресурсами  хранения данных стало одной из самых  животрепещущих стратегических проблем, стоящих перед сотрудниками отделов  информационных технологий. Вследствие развития Интернета и коренных изменений  в процессах бизнеса информация накапливается с невиданной скоростью. Кроме насущной проблемы обеспечения  возможности постоянного увеличения объема хранимой информации, не менее  остро на повестке дня стоит и  проблема обеспечения надежности хранения данных и постоянного доступа  к информации. Для многих компаний формула доступа к данным «24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в  году» стала нормой жизни.

В случае отдельного ПК под  системой хранения данных (СХД) можно  понимать отдельный внутренний жесткий  диск или систему дисков. Если же речь заходит о корпоративной  СХД, то традиционно можно выделить три технологии организации хранения данных: Direct Attached Storage (DAS), Network Attach Storage (NAS) и Storage Area Network (SAN).

1. DIRECT ATTACHED STORAGE (DAS)

Технология DAS подразумевает  прямое (непосредственное) подключение  накопителей к серверу или  к ПК. При этом накопители (жесткие  диски, ленточные накопители) могут  быть как внутренними, так и внешними. Простейший случай DAS-системы — это один диск внутри сервера или ПК. Кроме того, к DAS-системе можно отнести и организацию внутреннего RAID-массива дисков с использованием RAID-контроллера.

Стоит отметить, что, несмотря на формальную возможность использования  термина DAS-системы по отношению  к одиночному диску или к внутреннему  массиву дисков, под DAS-системой принято  понимать внешнюю стойку или корзину  с дисками, которую можно рассматривать  как автономную СХД (рис. 1). Кроме независимого питания, такие автономные DAS-системы имеют специализированный контроллер (процессор) для управления массивом накопителей. К примеру, в качестве такого контроллера может выступать RAID-контроллер с возможностью организации RAID-массивов различных уровней.  

Следует отметить, что автономные DAS-системы могут иметь несколько  внешних каналов ввода-вывода, что  обеспечивает возможность подключения  к DAS-системе нескольких компьютеров  одновременно.

В качестве интерфейсов для  подключения накопителей (внутренних или внешних) в технологии DAS могут  выступать интерфейсы SCSI (Small Computer Systems Interface), SATA, PATA и Fibre Channel. Если интерфейсы SCSI, SATA и PATA используются преимущественно для подключения внутренних накопителей, то интерфейс Fibre Channel применяется исключительно для подключения внешних накопителей и автономных СХД. Преимущество интерфейса Fibre Channel заключается в данном случае в том, что он не имеет жесткого ограничения по длине и может использоваться в том случае, когда сервер или ПК, подключаемый к DAS-системе, находится на значительном расстоянии от нее. Интерфейсы SCSI и SATA также могут использоваться для подключения внешних СХД (в этом случае интерфейс SATA называют eSATA), однако данные интерфейсы имеют строгое ограничение по максимальной длине кабеля, соединяющего DAS-систему и подключаемый сервер.

К основным преимуществам DAS-систем можно отнести их низкую стоимость (в сравнении с другими решениями  СХД), простоту развертывания и администрирования, а также высокую скорость обмена данными между системой хранения и сервером. Собственно, именно благодаря  этому они завоевали большую  популярность в сегменте малых офисов и небольших корпоративных сетей. В то же время DAS-системы имеют  и свои недостатки, к которым можно  отнести слабую управляемость и  неоптимальную утилизацию ресурсов, поскольку каждая DAS-система требует  подключения выделенного сервера.

В настоящее время DAS-системы  занимают лидирующее положение, однако доля продаж этих систем постоянно  уменьшается. На смену DAS-системам постепенно приходят либо универсальные решения  с возможностью плавной миграции с NAS-системам, либо системы, предусматривающие  возможность их использования как  в качестве DAS-, так и NAS- и даже SAN-систем.

Системы DAS следует использовать при необходимости увеличения дискового  пространства одного сервера и вынесения  его за корпус. Также DAS-системы можно  рекомендовать к применению для  рабочих станций, обрабатывающих большие  объемы информации (например, для станций  нелинейного видеомонтажа).

2. NETWORK ATTACHED STORAGE (NAS)

NAS-системы — это сетевые системы хранения данных, непосредственно подключаемые к сети точно так же, как и сетевой принт-сервер, маршрутизатор или любое другое сетевое устройство (рис. 2). Фактически NAS-системы представляют собой эволюцию файл-серверов:  разница между традиционным файл-сервером и NAS-устройством примерно такая же, как между аппаратным сетевым маршрутизатором и программным маршрутизатором на основе выделенного сервера. 

Для того чтобы понять разницу  между традиционным файл-сервером и NAS-устройством, давайте вспомним, что  традиционный файл-сервер представляет собой выделенный компьютер (сервер), на котором хранится информация, доступная  пользователям сети. Для хранения информации могут использоваться жесткие  диски, устанавливаемые в сервер (как правило, они устанавливаются  в специальные корзины), либо к  серверу могут подключаться DAS-устройства. Администрирование файл-сервера  производится с использованием серверной  операционной системы. Такой подход к организации систем хранения данных в настоящее время является наиболее популярным в сегменте небольших  локальных сетей, однако он имеет  один существенный недостаток. Дело в  том, что универсальный сервер (да еще в сочетании с серверной  операционной системой) — это отнюдь не дешевое решение. В то же время большинство функциональных возможностей, присущих универсальному серверу, в файл-сервере просто не используется. Идея заключается в том, чтобы создать оптимизированный файл-сервер с оптимизированной операционной системой и сбалансированной конфигурацией. Именно эту концепцию и воплощает в себе NAS-устройство. В этом смысле NAS-устройства можно рассматривать как «тонкие» файл-серверы, или, как их иначе называют, файлеры (filers).

Кроме оптимизированной ОС, освобожденной от всех функций, не связанных  с обслуживанием файловой системы  и реализацией ввода-вывода данных, NAS-системы имеют оптимизированную по скорости доступа файловую систему. NAS-системы проектируются таким способом, что вся их вычислительная мощь фокусируется исключительно на операциях обслуживания и хранения файлов. Сама операционная система располагается во флэш-памяти и предустанавливается фирмой-производителем. Естественно, что с выходом новой версии ОС пользователь может самостоятельно «перепрошить» систему. Подсоединение NAS-устройств к сети и их конфигурирование представляет собой достаточно простую задачу и по силам любому опытному пользователю, не говоря уже о системном администраторе.

Таким образом, в сравнении  с традиционными файловыми серверами NAS-устройства являются более производительными  и менее дорогими. В настоящее  время практически все NAS-устройства ориентированы на использование  в сетях Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) на основе протоколов TCP/IP. Доступ к устройствам NAS производится с помощью специальных протоколов доступа к файлам. Наиболее распространенными протоколами файлового доступа являются протоколы CIFS, NFS и DAFS.

CIFS (Common Internet File System System — общая файловая система Интернета) — это протокол, который обеспечивает доступ к файлам и сервисам на удаленных компьютерах (в том числе и в Интернет) и использует клиент-серверную модель взаимодействия. Клиент создает запрос к серверу на доступ к файлам, сервер выполняет запрос клиента и возвращает результат своей работы. Протокол CIFS традиционно используется в локальных сетях с ОС Windows для доступа к файлам. Для транспортировки данных CIFS использует TCP/IP-протокол. CIFS обеспечивает функциональность, похожую на FTP (File Transfer Protocol), но предоставляет клиентам улучшенный  контроль над файлами. Он также позволяет разделять доступ к файлам между клиентами, используя блокирование и автоматическое восстановление связи с сервером в случае сбоя сети.

Протокол NFS (Network File System — сетевая файловая система) традиционно применяется на платформах UNIX и представляет собой совокупность распределенной файловой системы и сетевого протокола. В протоколе NFS также используется клиент-серверная модель взаимодействия. Протокол NFS обеспечивает доступ к файлам на удаленном хосте (сервере) так, как если бы они находились на компьютере пользователя. Для транспортировки данных NFS использует протокол TCP/IP. Для работы NFS в Интернeте был разработан протокол WebNFS.

Протокол DAFS (Direct Access File System — прямой доступ к файловой системе) — это стандартный протокол файлового доступа, который основан на NFS. Данный протокол позволяет прикладным задачам передавать данные в обход операционной системы и ее буферного пространства напрямую к транспортным ресурсам. Протокол DAFS обеспечивает высокие скорости файлового ввода-вывода и снижает загрузку процессора благодаря значительному уменьшению количества операций и прерываний, которые обычно необходимы при обработке сетевых протоколов.

DAFS проектировался с ориентацией  на использование в кластерном  и серверном окружении для  баз данных и разнообразных Интернет-приложений, ориентированных на непрерывную работу. Он обеспечивает наименьшие задержки доступа к общим файловым ресурсам и данным, а также поддерживает интеллектуальные механизмы восстановления работоспособности системы и данных, что делает его привлекательным для использования в NAS-системах.

Резюмируя вышеизложенное, NAS-системы можно рекомендовать для использования в мультиплатформенных сетях в случае, когда требуется сетевой доступ к файлам и достаточно важными факторами являются простота установки администрирования системы хранения данных. Прекрасным примером является применение NAS в качестве файл-сервера в офисе небольшой компании.

3. STORAGE AREA NETWORK (SAN)

Собственно, SAN — это уже не отдельное устройство, а комплексное решение, представляющее собой специализированную сетевую инфраструктуру для хранения данных. Сети хранения данных интегрируются в виде отдельных специализированных подсетей в состав локальной (LAN) или глобальной (WAN) сети.

По сути, SAN-сети связывают  один или несколько серверов (SAN-серверов) с одним или несколькими устройствами хранения данных. SAN-сети позволяют  любому SAN-серверу получать доступ к  любому устройству хранения данных, не загружая при этом ни другие серверы, ни локальную сеть. Кроме того, возможен обмен данными между устройствами хранения данных без участия серверов. Фактически SAN-сети позволяют очень  большому числу пользователей хранить  информацию в одном месте (с быстрым  централизованным доступом) и совместно  использовать ее. В качестве устройств хранения данных могут использоваться RAID-массивы, различные библиотеки (ленточные, магнитооптические и др.), а также JBOD-системы (массивы дисков, не объединенные в RAID).

Сети хранения данных начали интенсивно развиваться и внедряться лишь с 1999 года.

Подобно тому как локальные сети в принципе могут строиться на основе различных технологий и стандартов, для построения сетей SAN также могут применяться различные технологии. Но точно так же, как стандарт Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) стал стандартом де-факто для локальный сетей, в сетях хранения данных доминирует стандарт Fibre Channel (FC). Собственно, именно развитие стандарта Fibre Channel привело к развитию самой концепции SAN. В то же время необходимо отметить, что все большую популярность приобретает стандарт iSCSI, на основе которого тоже возможно построение SAN-сетей.

Наряду со скоростными  параметрами одним из важнейших  преимуществ Fibre Channel является возможность работы на больших расстояниях и гибкость топологии. Концепция построения топологии сети хранения данных базируется на тех же принципах, что и традиционные локальные сети на основе коммутаторов и маршрутизаторов, что значительно упрощает построение многоузловых конфигураций систем.

Стоит отметить, что для  передачи данных в стандарте Fibre Channel используются как оптоволоконные, так и медные кабели. При организации доступа к территориально удаленным узлам на расстоянии до 10 км используется стандартная аппаратура и одномодовое оптоволокно для передачи сигнала. Если же узлы разнесены на большее расстояние (десятки или даже сотни километров), применяются специальные усилители.

1. Топология SAN-сети

Типичный вариант SAN-сети на основе стандарта Fibre Channel показан на рис. 3. Инфраструктуру такой SAN-сети составляют устройства хранения данных с интерфейсом Fibre Channel, SAN-серверы (серверы, подключаемые как к локальной сети по интерфейсу Ethernet, так и к SAN-сети по интерфейсу Fiber Channel) и коммутационная фабрика (Fibre Channel Fabric), которая строится на основе Fibre Channel-коммутаторов (концентраторов) и оптимизирована для передачи больших блоков данных. Доступ сетевых пользователей к системе хранения данных реализуется через SAN-серверы. При этом важно, что трафик внутри SAN-сети отделен от IP-трафика локальной сети, что, безусловно, позволяет снизить загрузку локальной сети. 

2. Преимущества SAN-сетей

К основным преимуществам  технологии SAN можно отнести высокую  производительность, высокий уровень  доступности данных, отличную масштабируемость и управляемость, возможность консолидации и виртуализации данных.

Коммутационные фабрики  Fiber Channel с неблокирующей архитектурой позволяют реализовать одновременный доступ множества SAN-серверов к устройствам хранения данных.