Сети хранения данных в корпоративных информационных системах

Статья посвящена роли и месту средств и сетей хранения данных в информационных системах предприятий. Помимо обоснования необходимости сетей хранения для эффективного обслуживания всевозрастающего объема деловой информации называются современные технологии и топологии реализации таких сетей.

Сети хранения данных
в корпоративных информационных системах

Для начала представим корпоративную информационную систему в виде уровневой модели.

На переднем плане модели располагаются «толстые» и «тонкие» клиенты – персональные компьютеры, рабочие станции, ноутбуки и терминалы. Уровень клиентов иногда еще называют “Front Office”, поскольку именно им доверена ответственная роль представлять информацию всем пользователям организации. Клиенты информационной системы отвечают всем современным представлениям об эстетике и эргономике, оснащаются соответствующими программами и периферией.

Объединение компьютеров между собой осуществляет локальная вычислительная сеть (ЛВС, LAN). Этот уровень включает в себя сотни и тысячи метров медного или оптического сетевого кабеля, проложенного по всем этажам здания, пассивное и активное сетевое оборудование или аппаратуру беспроводного доступа.

Все остальные уровни нашей модели образуют “Back Office” – скрытый от глаз пользователя сложный механизм хранения, переработки и представления информации, размещенный в центре обработки данных (серверной комнате).

Клиенты посредством ЛВС связываются с серверами – файловыми и почтовыми, контроллерами доменов, терминальными, серверами баз данных, серверами интранет и брандмауэрами. Даже небольшая организация может иметь несколько серверов, собранных в так называемую «серверную ферму». Серверы предприятия различаются не только назначением, но и конфигурацией. Всем им присуща наряду с высочайшей производительностью исключительная надежность, ведь от их работоспособности зависит функционирование информационной системы в целом.

Специализированная сеть хранения SAN (Storage Area Network) обеспечивает серверам не файловый, как сеть LAN, а блочный доступ к хранилищам данных. SAN предоставляет информационным потокам гарантированную полосу пропускания, позволяет исключить возникновение единой точки отказа системы, допускает практически неограниченное масштабирование, как со стороны серверов, так и со стороны информационных ресурсов. Для реализации сетей хранения наряду с популярной технологией Fiber Channel в последнее время все чаще используется интерфейс iSCSI.

Расположенные в самом дальнем эшелоне нашей модели системы хранения данных (СХД, Storage) обладают высокой устойчивостью к отказам и способны продолжать работу даже при выходе из строя одного из компонентов. Системы хранения могут быть реализованы на базе жестких дисков, магнитных лент, магнитооптических и лазерных дисков. Каждый сервер получает необходимую ему долю общего хранилища информации, а сеть хранения связывает его с назначенным ресурсом. Консолидация или централизация данных организации в одном месте намного упрощает управление и доступ к ним. Эти законченные самодостаточные решения содержат все необходимое для независимого хранения, управления и выдачи данных.

Современный бизнес основан на получении, хранении, переработке и предоставлении информации. Уникальная информация становится все дороже, а ее хранение требует немалых затрат. Подсчитано, что объем такой информации в организациях ежегодно увеличивается в среднем вдвое, что дает в течение 5 лет рост от одного до 32 терабайт!

Специфика бизнес-процессов предъявляет очень жесткие требования к качеству используемой информации. Следует упомянуть такие критерии, как достоверность и актуальность, доступность и скорость доступа. Доступность, один из показателей качества информации, определяет долю времени, в течение которого информация готова к использованию, и выражается в процентном виде: например, 99,999% («пять девяток») означает, что в течение года допускается простой информационной системы по любой причине не более 5 минут.

Для решения поставленных непростых требований информационным подразделениям предприятий и организаций «Компания «ТИМ» предлагает целый ряд как проверенных годами, так и революционных технологий.

Внешняя система хранения (External Storage Subsystem) подключается к серверу непосредственно или по сети SAN. Основные достоинства внешних систем хранения – непрерывная доступность данных, простота использования, легкость наращивания и ценовая эффективность. Высокая надежность реализуется наличием избыточных способных к замене в горячем режиме компонентов, к которым относятся жесткие диски, контроллеры, блоки питания, вентиляторы, кабели. Сохранность данных обеспечивается поддержкой уровней RAID (Redundant Array of Independent Disks) – 10, 5, 5Е, 6 и других. Гибкость компоновки позволяет выбирать между монтируемой в 19-дюймовый шкаф конфигурацией или настольной «башней». Расширяемость заключается в наличии нескольких портов ввода/вывода и возможности подключить от 3 до 100 или даже более дисков. Управляемость обеспечивают программное обеспечение управления хранилищем, инструменты конфигурирования и мониторинга данных.

Рассмотрим последовательно эволюцию решений хранения. Она начинается с установленных прямо в сервер контроллера RAID и жестких дисков. Такое решение отличается минимальной ценой и простотой настройки. Его недостатком является то, что избыточной защите подвергаются только жесткие диски, а компоненты питаются и охлаждаются из одного общего для всего сервера источника. Очевидно, что емкость такого хранилища ограничена количеством дисковых отсеков сервера.

Внешняя стойка RAID обеспечивает избыточное питание и охлаждение не только для дисков, но и для контроллеров RAID, которых может быть до двух. Решение не зависит от серверной операционной системы, позволяет организовать избыточные и дополнительные пути прохождения данных. Расширяемость и ремонтопригодность модульных компонентов повышают надежность.

Рассмотренные выше решения с внутренними дисками или внешними стойками JBOD и RAID называют непосредственно подключаемым хранилищем (Direct Attached Storage, DAS). Чтобы недостатком решения DAS не являлась незащищенность от краха или сбоя собственно сервера, внешняя стойка RAID обычно входит в состав кластера, что не только исключает сервер как единую точку отказа, но и увеличивает производительность.

Включение внешней стойки в сеть хранения SAN обеспечивает серверам блочный доступ к хранилищам, предоставляет данным гарантированную полосу пропускания, исключает возникновение единой точки отказа системы, допускает практически неограниченное масштабирование, как со стороны серверов, так и со стороны информационных ресурсов.

К сожалению, такое решение требует наивысших первоначальных затрат из-за необходимости приобретения дополнительного оборудования, например, – производительного коммутатора Fibre Channel. Для реализации сетей хранения в последнее время все чаще используется технология iSCSI.

Несколько особняком в линейке решений хранения стоят сетевые устройства хранения (Network Attached Storage, NAS). Другое название, используемое для подобных изделий, – автономное устройство хранения (Storage Appliance). Это – специализированные файловые серверы, установка которых заказчиком производится в течение получаса: устройство распаковывается, включается в локальную сеть, конфигурируется при помощи прилагаемой утилиты и немедленно начинает оказывать файловый доступ пользователям локальной сети организации.

При выборе системы хранения используется ряд критериев. Ответы, полученные на поставленные вопросы, позволяют определить вид оптимального решения. Насколько критичен доступ к информации? Критичность данных определяет размещение данных внутри или извне сервера (серверов) – если потеря доступа к данным может привести к пагубным последствиям для бизнеса, использование избыточной внешней системы хранения необходимо. Каков объем данных? Прогнозируемый объем данных, количество серверов, а также уже имеющееся оборудование определяют тип внешнего хранилища (SCSI-to-SCSI, FC-to-SATA или FC-to-SAS). Информация какого типа используется? Применяемые приложения задают необходимые характеристики устройства хранения: для размещения базы данных важно использование RAID, а для хранилища электронной почты важнее расширяемость.

При классификации дисковых систем хранения учитывают вид внешнего интерфейса стойки, интерфейс используемых дисков, наличие функциональности RAID. Так, например, продукты, имеющие внутренний интерфейс Serial ATA, способствуют снижению общей стоимости решения за счет использования недорогих компонентов. Продукты с внешним интерфейсом Fibre Channel обладают великолепными характеристиками производительности и масштабируемости, а решения iSCSI позволяют использовать сравнительно недорогую (по сравнению с Fibre Channel) инфраструктуру Gigabit Ethernet.

Дисковые хранилища отличаются высочайшей скоростью доступа к данным за счет распределения запросов чтения/записи между несколькими дисковыми накопителями. Применение избыточных компонентов и алгоритмов RAID предотвращает остановку системы из-за выхода из строя любого элемента – так повышается доступность. Удачным сочетанием большой емкости, высокой скорости и приемлемой стоимости в настоящее время являются решения с использованием накопителей Serial-ATA.

Ленточные системы хранения данных по-прежнему считаются самым экономичным и популярным решением создания резервной копии. Они изначально созданы для хранения данных, предоставляют практически неограниченную емкость (за счет добавления картриджей), обеспечивают высокую надежность, имеют низкую стоимость хранения, позволяют организовать ротацию любой сложности и глубины, архивацию данных, эвакуацию носителей в защищенное место за пределами основного офиса. Магнитные ленты на практике доказали свое преимущество и по праву являются основополагающим элементом практики резервного копирования.

SAN – это сфокусированная на хранении сеть, в которой системы RAID, подключенные с помощью Fibre Channel или iSCSI, обеспечивают емкости для хранения данных многим равноправным серверам. Гетерогенные платформы и файловые системы могут совместно использовать один и тот же RAID массив хранения данных, применяя зонирование (zoning) портов коммутатора и маскирование (LUN masking) самого массива.

Сети SAN высокой доступности созданы для устранения любой возможной точки отказа. В конфигурации из трех узлов, показанной на рисунке, каждый сервер оснащен двумя адаптерами Fibre Channel HBA. Один из адаптеров в каждом сервере подключен к одному из двух независимых коммутаторов Fibre Channel. Каждый массив хранения RAID также подсоединен к обоим коммутаторам. Программное обеспечение драйвера серверов обеспечивает единое представление о ресурсах, присоединенных по множественным путям (Dual Path). В случае отказа в работе одного из путей программное обеспечение драйвера разрешает доступ к ресурсам по альтернативному пути. В усовершенствованных системах Active/Active приложения, работающие на серверах, могут не замечать сбоя в работе пути, отмечая только снижение общей пропускной способности.

Виртуализация в сетях хранения разделяет представление носителей данных в серверной ОС и действительные физические устройства. Это позволяет упростить управление сложными системами и с большей эффективностью использовать имеющиеся устройства, позволяет получать автоматическое управление хранилищем, повысить отказоустойчивость за счет резервирования ресурсов, строить решения защиты от катастроф, а в результате – снизить стоимость владения (TCO). Сервисы виртуализации включают в себя мгновенные снимки, консолидацию, синхронную и асинхронную репликацию на уровне блоков данных.

В сетях SAN, обеспечивающих высокоскоростной режим передачи, становится возможным резервное копирование без использования сервера. Многопоточные операции резервного копирования без использования сервера – это способ, благодаря которому отделы информационных технологий могут справляться с постоянно возрастающими требованиями хранения и резервирования данных.

Сети хранения данных на основе протокола IP – еще одна популярная разновидность SAN. Важным преимуществом решений iSCSI является меньшая стоимость коммутаторов и всей инфраструктуры Gigabit Ethernet по сравнению с оборудованием Fibre Channel.

Помимо рассмотренных технологий применительно к КИС и SAN следует также упомянуть обеспечение физической защиты данных (разграничение и контроль доступа в помещения, видеонаблюдение, охранная и пожарная сигнализация), использование криптографических алгоритмов, применение брандмауэра, реализацию антивирусной защиты, организацию бесперебойного электроснабжения оборудования.

Основная цель корпоративной информационной системы – повышение прибыли компании за счет наиболее эффективного использования всех ресурсов компании и повышения качества принимаемых управленческих решений. При этом и сама корпоративная информационная система – это ресурс компании, и она также должна использоваться наиболее эффективно.

«Компания «ТИМ» имеет богатый опыт реализации корпоративных информационных систем в целом и сетей хранения данных в частности. У нашей компании близкие партнерские отношения с крупнейшими мировыми производителями оборудования SAN – компаниями QLogic, Brocade, Emulex, Adaptec, DotHill, BakBone, FalconStor, Overland, Quantum и многими другими. Наличие надежных каналов служит залогом оперативной и качественной реализации проектов и конкурентоспособных цен.

Андрей Егоров,
начальник отдела по работе с корпоративными клиентами компании «ТИМ»,
MCSE, Master CNE, CIA, ICIS, etc.

© При перепечатке указание авторства (Андрей Егоров, 2005) и ссылка на источник (www.timcompany.ru) обязательны!

Другие материалы на эту тему >>