iSCSI как основа сетей хранения данных

По оценкам аналитиков, каж­дый год в мире создается до 2 млрд. ГБ новой информации. Информационные технологии оказывают все большее влияние на мир, изменяя способы ведения бизнеса. Следствием этого влияния стало накопление информации в корпоративных сетях и появление активно работающих с большими массивами данных систем: CRM, автоматизации продаж, обработки цифровых изображений, доставки мультимедийного содержимого в режиме online, совместной работы над проектами и др.

Глобализация бизнеса приводит к увеличению потребности корпоративных пользователей в увеличении емкости систем хранения данных, а также в обеспечении быстрого, надежного и разделяемого доступа к информации из географически удаленных точек. Стремление упростить и повысить эффективность доступа и управления корпоративной информацией приводит к появлению сетей хранение данных (СХД).

Обычно под термином SAN (Storage Area Network, СХД) понимают отдельную, высокопроизводительную, управляемую сеть, обеспечивающую взаимодействие серверов, подсистем хранения данных и устройств резервного копирования. Технология SAN позволяет организовать скоростной доступ к данным дисковых массивов на блочном уровне, а также предоставляет гибкие возможности для распределения прав внутри сети. Классические сети SAN строятся на основе технологии Fibre Channel (FC). Топологическое сходство с ними имеют сети IP SAN, созданные на дисковых массивах iSCSI и объединяемые по Ethernet.

Инфраструктура iSCSI

Несколько лет назад Марк Канепа, исполнительный вице-президент Sun Microsystems, который отвечает за средства хранения данных, заявил: “Непрактично применять TCP/IP для организации SAN из-за большей задержки в таких сетях. Даже если у сетей хранения на основе IP есть будущее, то наступит оно через три-пять лет, а возможно, не наступит никогда. Поток от систем хранения данных не может работать поверх стека протоколов общего назначения, у него есть особые потребности. Технологические трудности внедрения TCP/IP намного более велики, чем многие думают”. Это заявление безусловно имеет под собой основу, однако развитие протокола iSCSI и стандарта Ethernet сегодня позволяет использовать сети хранения данных на основе IP для все более широкого круга корпоративных приложений.

Протокол iSCSI позволяет передавать SCSI-команды в IP-сети. Благодаря использованию iSCSI рабочие станции и серверы могут получать доступ к дисковым ресурсам и другим устройствам на блочном (физическом) уровне по сети Gigabit Ethernet. Модель блочного доступа позволяет добиться более высокой скорости работы по сравнению с традиционной (файловой) моделью, а также обеспечить совместный доступ к данным для рабочих групп. Эти особенности позволяют рассматривать внешние дисковые массивы iSCSI в качестве недорогой и эффективной альтернативы SAN-сетям с интерфейсом FC. Переход к сетям Ethernet с пропускной способностью 10 Гбит/с и появление доступных по цене контроллеров и коммутаторов, поддерживающих новый стандарт, сделает технологию iSCSI еще более конкурентной и привлекательной.

Высокую пропускную способность сетей хранения данных можно обеспечить и на основе традиционного интерфейса Gigabit Ethernet путем агрегирования нескольких (до четырех) каналов в один транк. Это, впрочем, не устраняет основную проблему сетей iSCSI, связанную с тем, что сам по себе протокол IP не регламентирует время доставки пакета с данными. Поэтому для коммерческих сетей хранения данных на основе IP следует использовать выделенные Ethernet-каналы, исключающие пересечение с другим трафиком.
В отличие от сетей хранения данных FC, которые требуют создания дорогостоящей оптической инфраструктуры, сети IP SAN могут работать в существующей IP-сети. Поэтому сети хранения данных, построенные на базе IP, обладают меньшей стоимостью развертывания по сравнению с FC SAN. Основные средства экономятся на сетевой инфраструктуре и сетеобразующих устройствах.

Инициаторы iSCSI

Большинство существующих сегодня операционных систем нуждаются в дополнительном программном или аппаратном обеспечении для подключения к дисковым системам iSCSI. Программный инициатор для подключения iSCSI представляет собой специализированное ПО, которое принимает на себя все процедуры ввода-вывода из стека IP для взаимодействия с накопителем iSCSI. Для операционной системы подключенное по протоколу iSCSI устройство выглядят как обычные локальные накопители.

Программные инициаторы — самое простое и дешевое средство для организации доступа к iSCSI-устройствам. Однако они отнимают достаточно много ресурсов у центрального процессора, что ограничивает их применение в средах, интенсивно работающих с дисками. Кроме того, программный инициатор не может загрузить операционную систему с устройства iSCSI, т.к. он сам начинает работать уже после старта ОС.

Применение аппаратных инициаторов iSCSI делает технологию iSCSI неотличимой от FC с точки зрения операционной системы, т.к. все управление вводом-выводом передается специализированному микропроцессору на плате контроллера, полностью освобождая процессоры сервера. Аппаратные инициаторы iSCSI представляет собой отдельные платы, которые распознаются BIOS как SCSI-контроллеры. Некоторые аппаратные инициаторы позволяют загружать операционную систему с устройства iSCSI. К сожалению, аппаратные инициаторы достаточно дороги, что ограничивает их применение.

Резервное копирование

Способы и приемы защиты информации в сетях IP SAN аналогичны используемым в традиционных сетях FC SAN. Чтобы воспользоваться всей пропускной способностью среды, сети FC SAN требуют наличия в ПО резервного копирования дорогостоящего программного модуля, обычно называемого сервером устройства. Эти серверы устройств служат “поднаборами” кодов, которыми пользуется сервер резервного копирования, и увеличивают стоимость клиента на 50–75%. Сюда же следует прибавить стоимость подключения сервера к сети FC SAN (стоимость контроллера и порта в коммутаторе FC). Для корректной реализации резервного копирования в среде FC SAN требуется серьезная переработка архитектуры.

Сети IP SAN обычно не нуждаются в серверах устройств, хотя и могут их использовать. Стандартный клиент резервного копирования будет функционировать с высокой производительностью, при этом необходимость в изменении процессов резервного копирования, выполняемых пользователем, чаще всего отсутствует.

Подключение к сети FC SAN библиотеки магнитных лент связано с большими материальными затратами, и в частности на FC–маршрутизаторы. Для сетей IP SAN существующие процессы резервного копирования менять практически не нужно.

При необходимости инсталляции ленточного устройства совместного доступа есть смысл обратить внимание на оборудованные IP-интерфейсом библиотеки, которые уже зарекомендовали себя в качестве надежных решений. Основное преимущество такого подхода — распределение нагрузки резервного копирования между несколькими серверами. Отдельный сервер резервного копирования с подключенной непосредственно к нему библиотекой может не справиться с потоком данных, приходящим одновременно от нескольких серверов.

Защиту удаленных систем хранения организовывают при помощи репликации данных в центр обработки данных по IP. Дополнительное управление хранением и защитой информации при таком подходе не потребуется.

Типичные применения iSCSI

Сети IP SAN наилучшим образом соответствуют потребностям небольших и средних корпоративных систем. Чаще всего заказчики ищут решение для создания первой сети хранения данных, стремясь минимизировать начальные затраты и реализовать расширенную функциональность. Современные реализации IP SAN соответствуют этим ожиданиям, предоставляя гибкие возможности для создания систем резервного копирования, разделения и управления доступом и т.п.

Сети хранения данных на основе iSCSI востребованы компаниями, которые специализируются в области работы с A/V-материалом, для создания разделяемых видеоархивов и резервных хранилищ быстрого доступа. Также они могут использоваться в системах корпоративного документооборота, баз данных, электронной почты.

Многие крупные компании уже имеют одну, а часто и несколько сетей хранения данных. Невысокая стоимость развертывания и владения открывает перспективы для сетей IP SAN в этом сегменте. Применение маршрутизирующих устройств для объединения участков FC и IP-сетей в общую инфраструктуру позволяет повысить эффективность уже сделанных вложений.

Применение IP в качестве транспортной среды для хранения данных может стать основой стратегии консолидации хранения информации. IP-сети могут удачно дополнять существующие FC SAN, обслуживая некритичные приложения, системы резервного копирования и т.п.

Выводы

Если главное условие — низкая стоимость системы хранения данных, то выбор в пользу iSCSI однозначен. Однако для систем, предполагающих гарантированный и высокоскоростной доступ к данным, более применим FC. В частности, в FC-конфигурациях предусмотрен ряд встроенных функций, гарантирующих оптимальную пропускную способность, заданный порядок реагирования на превышение пороговых значений параметров и максимальную безопасность. Такие функции вполне реализуемы и в сети TCP/IP, однако это требует дополнительных ресурсов и усложняет управление. В целом, экономия при внедрении iSCSI достигается за счет снижения расходов на развертывание и поддержание инфраструктуры, обучение персонала, а также благодаря возможности интеграции iSCSI-сетей с существующими инфраструктурами.

Вместо послесловия

Бурное развитие сетей хранения данных стало основой формирования концепции World Wide Strorage Area Network. WWSAN — всемирная сеть хранения данных, предусматривающая создание инфраструктуры, которая обеспечит высокоскоростной доступ и хранение данных, распределенных по всему миру. Концепция WWSAN очень близка к существующей сегодня WWW, но в ее основе лежат другие сервисы.

Одним из оригинальных примеров реализации концепции WWWSAN является работа менеджера, который ездит по всему миру с презентациями. WWWSAN предусматривает прозрачное перемещение “мобильных” данных вслед за перемещением их собственника. Таким образом, где бы ни находился менеджер, он всегда будет иметь возможность получить высокоскоростной доступ к нужным ему данным, работа с которыми не будет требовать сложной, временами очень неэффективной синхронизации через WWW. Можно с уверенностью утверждать, что концепция построения всемирной сети хранения данных идеально вписывается в развитие современных технологий IP Storage