Đề tài Tìm hiểu về công nghệ mạng storage area network (san)

Sinh viên thực hiện Nguyễn Viết Cầu Trần Quốc Quý Trần Sỹ Sương Giáo viên hướng dẫn Võ Thanh Tú TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG Storage Area Network (SAN) Nội dung trình bày Sơ lược về mạng Storage Area Network (SAN) - Khái niệm về mạng Storage Area Network(SAN) - Lợi ích khi sử dụng Storage Area Network - Các dạng Storage Area Network (SAN) - Môi trường làm việc của Storage Area Network (SAN) Xây dựng trung tâm cơ sở dữ liệu với mạng Storage Area Network - DAS (direct-attached storage) - SAN (Storage Area Network) Cấu trúc mạng Storage Area Network - Tính tương thích và các tiêu chuẩn mạng Storage Area Network (SAN) - Topology mạng Storage Area Network Kết Luận Sơ lược về mạng Storage Area Network Sơ lược về mạng Storage Area Network (SAN) Khái niệm về mạng Storage Area Network(SAN) Storage Area Network (SAN) là một mạng được thiết kế cho việc thêm các thiết bị lưu trữ cho máy chủ một cách dễ dàng như: Disk Aray Controllers, hay Tape Libraries. Storage Area Network (SAN) là một cách để chia sẻ một thiết bị lưu trữ tới nhiều máy chủ. Hay còn được gọi là hệ thống mạng lưu trữ, thường được sử dụng ở những nơi lưu trữ nhiều dữ liệu như ngân hàng, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông,...các dữ liệu này cần độ an toàn, dự phòng rất cao và có thể truy xuất nhanh. SAN giúp việc sử dụng tài nguyên lưu trữ hiệu quả hơn, dễ dàng hơn trong công việc quản trị, quản lý tập trung các thao tác tăng độ an toàn, sao lưu, khôi phục khi có sự cố.  Sơ lược về mạng Storage Area Network(tiếp) Có hai sự khác nhau cơ bản trong các thành phần của SAN  1. Mạng (network) có tác dụng truyền thông tin giữa thiết bị lưu trữ và hệ thống máy tính. Một SAN bao gồm một cấu trúc truyền tin, nó cung cấp kết nối vật lý, và quản lý các lớp, tổ chức các kết nối, các thiết bị lưu trữ, và hệ thống máy tính sao cho dữ liệu truyền trên đó với tốc độ cao và tính bảo mật. Giới hạn của SAN thường được nhận biết với dịch vụ Block I/O đúng hơn là với dịch vụ File Access. 2. Một hệ thống lưu trữ bao gồm các thiết bị lưu trữ, hệ thống máy tính, hay các ứng dụng chạy trên nó, và một phần rất quan trọng là các phần mềm điều khiển, quá trình truyền thông tin qua mạng Sơ lược về mạng Storage Area Network(tiếp) Theo truyền thống phương pháp truy cập vào file như SMB/CIFS hay NFS, một máy chủ sử dụng các yêu cầu cho một file như một thành phần của hệ thống file trên máy, và được quản lý bình thường với máy chủ. Quá trình điều khiển đó được quyết định từ tầng vật lý của dữ liệu, truy cập vào nó như một ổ đĩa bên trong máy chủ và được điều khiển và sử dụng trực tiếp trên máy chủ. Chỉ khác một điều dữ liệu bình thường thông qua hệ thống bus còn SAN dựa trên nền mạng. Mô hình hoạt động của Storage Area Network   Sơ lược về mạng Storage Area Network(tiếp) Trong hệ thống SAN có 3 thành phần chính:- Thiết bị lưu trữ: là các tủ đĩa có dung lương lớn, khả năng truy xuất nhanh, có hỗ trợ các chức năng RAID, local Replica,...tủ đĩa này là nơi chứa dữ liệu chung cho toàn bộ hệ thống.- Thiết bị chuyển mạch SAN: đó là các SAN switch thực hiện việc kết nối các máy chủ đến tủ đĩa.- Các máy chủ hoặc máy trạm cần lưu trữ, được kết nối đến SAN switch bằng cáp quang thông qua HBA card. Sơ lược về mạng Storage Area Network(tiếp) Lợi ích khi sử dụng Storage Area Network - Dễ dàng chia sẻ lưu trữ và quản lý thông tin, mở rộng lưu trữ dễ dàng thông qua quá trình thêm các thiết bị lưu trữ vào mạng không cần phải thay đổi các thiết bị như máy chủ hay các thiết bị lưu trữ hiện có. - SAN cung cấp giải pháp khôi phục dữ liệu một cách nhanh chóng bằng cách thêm và các thiết bị lưu trữ và có khả năng khôi phục cực nhanh dữ liệu khi một thiết bị lưu trữ bị lỗi hay không truy cập được (secondary aray). Sơ lược về mạng Storage Area Network(tiếp) Lợi ích khi sử dụng Storage Area Network - Các hệ thống SAN mới hiện nay cho phép (duplication) sao chép hay một tập tin được ghi tại hai vùng vật lý khác nhau (clone) cho phép khôi phục dữ liêu cực nhanh. - Một ứng dụng khác của SAN là khả năng cho phép máy tính khởi động trực tiếp từ SAN mà chúng quản lý. Điều này cho phép dễ dàng thay các máy chủ bị lỗi khi đang sử dụng và có thể cấu hình lại cho phép thay đổi hay nâng cấp máy chủ một cách dễ dàng và dữ liệu không hề ảnh hưởng khi máy chủ bị lỗi. Sơ lược về mạng Storage Area Network(tiếp) Các dạng Storage Area Network (SAN) - Hầu hết các công nghệ SAN là mạng cáp quang (Fiber Channel Networking) với các thiết bị lưu trữ sử dụng các ổ địa SCSI - Một dạng khác của SAN là sử dụng giao thức iSCSI nó sử dụng giao thức SCSI trên nền tảng TCP/IP. - SAN chủ yếu có hai dạng chính sau: + Centralized storage are networks (CSAN) Tập trung các mạng lưu trữ + Distributed storage area network (DSAN) phân bố mạng lưới khu vực lưu trữ. Sơ lược về mạng Storage Area Network(tiếp) Môi trường làm việc của Storage Area Network - SAN được sử dụng trong môi trường yêu cầu mở rộng nhanh chóng các thiết bị lưu trữ, và yêu cầu đáp ứng công việc cao (truyền dữ liệu với tốc độ lớn). - SAN như các mạng bình thường của các thiết bị lưu trữ với dung lượng lớn. Sơ lược về mạng Storage Area Network(tiếp) Môi trường làm việc của Storage Area Network Công nghệ iSCSI SAN là giải pháp đáp ứng được với yêu cầu giá cả của SAN, nhưng không như công nghệ sử dụng cho mạng doanh nghiệp lớn Data Center. Các máy con có thể sử dụng giao thức NAS như CIFS hay NFS. Với khả năng truy cập từ xa và khôi phục dữ liệu nhanh chóng khi xảy ra lỗi. Đáp ứng tốt cho giải pháp Data Center. Và khả năng của iSCSI đáp ứng với các môi trường ứng dụng không đòi hỏi khả năng đáp ứng cực lớn. Với FC SAN đáp ứng các yêu cầu khắt khe nhất về ứng dụng.  Xây dựng trung tâm cơ sở dữ liệu với Storage Area Network (SAN) Hai công nghệ chính được dùng để kết nối server tới hệ thống lưu trữ dữ liệu: - DAS (direct-attached storage) - SAN (Storage Area Network) Xây dựng trung tâm cơ sở dữ liệu với Storage Area Network (SAN) DAS (direct-attached storage) Direct Attached Storage ( DAS ) là hệ thống lưu trữ mà trên đó các HDD , thiết bị nhớ được lưu trữ trực tiếp vào Server , nó thích hợp cho mọi nhu cầu nhỏ đến cao cấp nhất và khả năng chạy cũng cực nhanh .  DAS (direct-attached storage) Trong kiểu kết nối này, các server trong một mạng cục bộ và thiết bị lưu trữ được tổ chức thành cặp. Do đó, không gian không dung tới trên một server không thể được dùng bởi các server khác. Đây chính là kiểu kết nối được dùng chủ yếu trong các hệ thống LAN truyền thống  Một Server với những HDD bên trong , 1 Client với các HDD bên trong và truy xuất trực tiếp đến HDD của nó thì đó chính là DAS  DAS (direct-attached storage) Mô hình mạng DAS Xây dựng trung tâm cơ sở dữ liệu với Storage Area Network (SAN) SAN (Storage Area Network) SAN là hệ thống trong đó các thiết bị lưu trữ được tổ chức thành một mạng riêng, tách rời khỏi hệ thống LAN. SAN là một mạng có tốc độ cao dành riêng cho việc lưu và quản trị dữ liệu, bao gồm các công nghệ phần cứng, phần mềm và các thành phần kết nối mang khác để cung cấp các kết nối giữa các server và thiết bị lưu trữ SAN (Storage Area Network) Mô hình kết nối mạng của SAN SAN (Storage Area Network) Mô hình phân cấp kết nối vật lý và các thành phần lưu trữ trong hệ thống mạng SAN SAN (Storage Area Network) Tùy theo nghi thức truyền tải dòng dữ liệu SCSI, có thể chia SAN thành 2 loại Fibre Channel SAN (FC-SAN): Fibre channel được thiết kế để dành riêng cho việc truyền tải dữ liệu dạng khối (tương phản với mạng IP truyền tải dữ liệu ở mức độ file). Fibre channel được dùng chủ yếu cho mục đích truyền tải dòng dữ liệu SCSI trong các hệ thống SAN và các hệ thống SAN dùng fibre channel được gọi là FC-SAN. IP-SAN: Người ta đã định nghĩa một giao thức mới gọi là iSCSI để cho phép dòng dữ liệu SCSI được đóng gói và truyền tải trên mạng TCP/IP truyền thống. Một mạng IP dành riêng cho mục đích này được gọi là IP-SAN. SAN (Storage Area Network) Thiết bị lưu trữ SAN storage cho phép khắc phục các nhược điểm đồng thời bổ sung và tăng cường nhiều tính năng cần thiết cho các hệ thống lưu trữ: - Tăng tính mở rộng - Tăng tính lưu động của hệ thống - LAN-free backups: Cho phép gửi dữ liệu trục tiếp đến các thiết bị sao lưu trong SAN mà không thông qua LAN - Server-free backups: Dòng dữ liệu trong quá trình sao lưu dữ liệu được truyền tải trực tiếp giữa các thiết bị sao lưu bên trong SAN - Khả năng quản trị không gian lưu trữ hiệu quả và mạnh mẽ SAN (Storage Area Network) Việc truyền dữ liệu từ Server đến hệ thống lưu trữ SAN được sử dụng dựa trên các cổng quang để truyền dữ liệu : 1 GBb/s Fiber Channel , 2 GBb/s Fiber Channel , 4 GBb/s Fiber Channer , 8 GBb/s Fiber Channer , 1 GBb/s iSCSI . Chi phí triển khai hệ thống SAN cực kỳ đắt , nó đòi hỏi phải dùng các thiết bị Fiber Chennel Networking, Fiber Channel Swich,... Các ổ đĩa chạy trong hệ thống lưu trữ SAN thường được dùng : FIBRE CHANNEL , SAS , SATA,.... SAN (Storage Area Network) Tính năng :- Lưu trữ được truy cập theo Block (khối) qua SCSI- Khả năng I/O với tốc độ cao- Tách biệt thiết bị lưu trữ và Server Một số ứng dụng chỉ chạy được trên DAS và SAN như : Micosoft SQL Server , Exchange Server, Windows, Linux,.... SAN (Storage Area Network)Mô hình mạng SAN SAN (Storage Area Network) SAN cũng như DAS,chỉ khác là SAN có khả năng mở rộng, đặt chổ khác và cho nhiều Server có thể truy xuất trưc tiếp đến chúng . Đặc biệt SAN thì khối dữ liệu sẽ hiện trong các máy chủ như là những HDD của chính nó. SAN cung cấp các phương pháp mới cho việc bổ sung thêm tài nguyên lưu trữ cho các server. Các phương pháp mới này cũng giúp tăng cường hiệu suất và nâng cao tính sẳn sang của toàn bộ hệ thống. SAN được dung chủ yếu để kết nối các hệ thống lưu trữ và hệ thống sao lưu dư phòng cho nhiều server và được dung bởi các cluster server cho mục đích nâng cao tính chịu lỗi và tính sẳn sang của hệ thống thông tin của doanh nghiệp  SAN (Storage Area Network) Mô hình của một hệ thống SAN đang được áp dụng phổ biến tại các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Việt Nam. Tính tương thích và các tiêu chuẩn mạng Storage Area Network - Thiết lập tiêu chuẩn mạng cho chuyển dịch dữ liệu và thiết lập các sơ đồ đặt tên (naming) cho các thành phần và thiết bị - Phát hiện (discovery) thiết bị và topology trong mạng SAN - Trong bước thứ ba và cuối cùng, tiêu chuẩn cho các tài nguyên của mạng SAN được thể hiện dưới thuật ngữ hoàn tất gán thiết bị tự động cho các ứng dụng như dự phòng không có server (serverless backup) và phục hồi sau thảm họa (disaster recovery).  Cấu trúc mạng Storage Area Network (SAN) Topology mạng Storage Area Network (SAN) Quy mô của mạng lưu trữ Đường truyền dữ liệu và nhu cầu truyền dữ liệu. Dự phòng dữ liệu từ xa. Các topology mạng SAN có thể được thiết lập bằng hai cách: a. Kiểu tập trung: Các hệ thống lưu trữ được nối tới một chuyển mạch trung tâm có số lượng cổng lớn trong mạng SAN. b. Kiểu mạng: Các chuyển mạch được liên kết với nhau tạo thành một mạng tuyến tính hoặc mạng lưới (mesh) nối các server và thiết bị lưu trữ. Topology điểm-điểm Topology điểm-điểm là cấu hình đơn giản nhất có thể có cho mạng SAN. Cấu hình (hình 3) bao gồm một server được nối với một thiết bị lưu trữ đứng một mình   Topology Arbitrated Loop Topology Arbitrated Loop bao gồm một hub đường trục và các thiết bị trong mạng được nối với hub tạo thành một mạng hình sao vật lý (h.4). Topology Arbitrated loop chỉ được sử dụng cho các mạng SAN có quy mô nhỏ và lưu lượng dữ liệu hạn chế. Topology SAN Fabric Trong Fibre Channel, thuật ngữ “chuyển mạch nối giữa các thiết bị” được gọi là Fabric. Topology SAN Fabric là topology có chỉ tiêu cao nhất và được sử dụng cho các mạng SAN có quy mô và lưu lượng dữ liệu lớn. Các fabric rất lớn có thể được xây dựng bằng cách liên kết nhiều chuyển mạch với nhau. Do đó, mạng SAN dựa trên fabric có thể được mở rộng bằng cách thêm các chuyển mạch vào mạng. Topology SAN fabric có các kiểu topology sau: Director-Based Fabric Director-Based Fabric đưa ra một kiểu lưu trữ tập trung với tất cả thiết bị lưu trữ nối tới điểm duy nhất. Nếu chuyển mạch chủ gặp sự cố, toàn mạng sẽ gặp sự cố. Kết quả, tất cả các server và thiết bị lưu trữ bị mất các kết nối. Topology Director-Based Fabric không có tính khả thi cao, một chuyển mạch chủ lớn không phải luôn luôn là một giải pháp đạt hiệu quả về chi phí   Topology chuyển mạch nối tầng (Cascaded Switch Topology) Topology mạng đa chuyển mạch ít phức tạp nhất là topology chuyển mạch nối tầng (hình 5). Topology này bao gồm một số lượng tương đối nhỏ các chuyển mạch được liên kết với nhau theo kiểu tuyến tính.  Topology fabric lưới (Mesh Fabric Topology) Tất cả các chuyển mạch trong fabric được liên kết với nhau. Fabric cung cấp các đường nối dự phòng để đảm bảo mạng SAN vẫn sẽ hoạt động ngay cả khi một chuyển mạch đơn lẻ trong mạng gặp sự cố. Topology SAN Building-Block Fabric Topology này dễ dàng thực hiện các mạng SAN có quy mô và số lượng cổng lớn. Mỗi building-block gồm các đường dẫn dự phòng và được cung cấp các kết nối chính xác với các chuyển mạch đường trục. Toàn bộ fabric có thể được thiết lập theo kiểu dự phòng. Topology SAN Building-Block Fabric  Topology SAN Island(đơn) Topology SAN Island được thiết lập bằng cách sử dụng một chuyển mạch đường trục kết nối mạng SAN của các phòng trong trung tâm với nhau  Mạng Metropolitan và Wide Area SAN Mạng Metropolitan Area SAN sử dụng để kết nối các mạng SAN ở phạm vi vùng (khoảng cách tới 100km). Khi thực hiện mạng Metropolitan SAN, tiêu chuẩn Fibre channel được áp dụng bằng cách sử dụng bộ ghép kênh quang theo bước sóng (DWDM - Dense Wavelength Division Multiplexer). Mạng Wide Area SAN sử dụng để kết nối các mạng lưu trữ trong các trung tâm lưu trữ ở phạm vi quốc gia (nationwide). Phương pháp phổ biến để thực hiện mạng Wide Area SAN là sử dụng Fibre Channel qua ATM (Assynchronous Transfer Mode) được truyền tải trên SONET (Synchronous Optical Network) Topology dự phòng Dự phòng cơ bản: - Thực hiện dự phòng ở mức thiết bị: Các thành phần thiết bị quan trọng trong mạng SAN có khả năng chuyển đổi nóng (hot-swappable) để quá trình thay thế thiết bị không phải tắt nguồn trên thành phần hỏng. - Thực hiện dự phòng ở mức mạng: Các server được trang bị với các HBA kép để mỗi server có thể được nối với hai chuyển mạch khác nhau trong fabric. Topology Remote mirroring (Nhân bản từ xa) Các cấu hình dự phòng đơn giản ở mức thiết bị và mức mạng cho dù hoạt động tốt nhưng vẫn nhạy cảm với một số thảm họa như lửa, động đất và các thiên tai khác. Những thảm hoạ này có thể làm tê liệt mạng và có thể phá hủy dữ liệu. Cấu hình Remote Mirroring (h.12) cung cấp khả năng chịu được thảm hoạ hoàn toàn bằng cách thiết lập một bản sao (duplicate) của mạng SAN tại vị trí cách xa Topology Remote mirroring: Một lựa chọn khác để thực hiện cấu hình remote mirroring là cung cấp kết nối từ xa qua mạng WAN (Wide Area Network). Khi đó, khoảng cách giữa hai mạng sẽ còn lớn hơn. Một số các tuỳ chọn khác nhau cho đường nối từ xa WAN gồm có ATM hoặc IP qua SONET.  Kết Luận Trong quá trình phát triển nhanh chóng các dữ liệu của doanh nghiệp hay tổ chức vừa và nhỏ đều yêu cầu có một thiết bị lưu trữ với dung lượng lớn và độ an toàn thông tin cao và SAN là một giải pháp đáp ứng các yêu cầu khắt khe nhất của doanh nghiệp. Nhu cầu này càng trở nên cấp thiết khi tốc độ tăng trưởng theo từng năm của dữ liệu rất nhanh, cả về dung lượng (đến 30-70%) và cả về độ phức tạp. Những yếu tố đó là tiền đề dẫn đến các hướng phát triển công nghệ nhằm mục đích nâng cao giá trị và hiệu quả sử dụng của hệ thống lưu trữ. Mạng Storage Area Network (SAN) Với tốc độ truyền dữ liệu từ 300Mbit/s đến 4Gbit/s sẽ đáp ứng được các ứng dụng về ghi và cung cấp dữ liệu cho nhu cầu hiện nay và trong tương lai. Mô hình mạng mà nhóm đã thiết kế trên packet tracer Bao gồm: -16 computer-3 Printer-4 router-1 Hub-6 switch-7 LAN Mô hình mạng mà nhóm đã thiết kế trên packet tracer