×

Что такое СХД, и какими они бывают

Опубликовано 04 сентября 2018
#Бизнес-аналитика #Железо #Новости IT #Облака #Серверы, IBM #Хранение данных

Что такое СХД?

Это программно-аппаратная платформа, предназначенная для хранения больших объемов информации и предоставления гарантированного доступа к ней.

У СХД есть три основных преимущества – большое дисковое пространство с широкими возможностями масштабирования, отказоустойчивость для безопасного хранения данных, высочайшая скорость доступа к данным (выше, чем к локальным дискам сервера).

Где используются СХД?

СХД применяются повсеместно: хранение образов виртуальных машин, архивов видеонаблюдения, массивов данных в госструктурах, банках, на предприятиях. Везде, где постоянно идет прирост информации и есть необходимость в ее консолидации.

Вам подойдет тот или иной тип системы хранения данных в зависимости от решаемой задачи.

В сегодняшней статье поговорим об аппаратной части — типах СХД, интерфейсах подключения, жестких дисках. В последующих материалах разберем стандартный функционал и постараемся добраться до гиперконвергента. Но, обо всем по порядку.

Типы систем (сетей) хранения данных

Direct Attached Storage (DAS)

Существуют три типа СХД, которые отличаются по своей архитектуре.

Direct Attached Storage (DAS);

Network Attach Storage (NAS);

Storage Area Network  (SAN).

Direct Attached Storage

DAS – дисковый массив, который подключается непосредственно к серверу по протоколу SAS. Наиболее недорогой, но вместе с тем несовременный и неэффективный вариант.

Плюсы:

Высокая скорость обмена данными, минимум инфраструктуры, отсюда и низкая стоимость, быстрое развертывание и внедрение. Решение пользуется популярностью в малом бизнесе.

Минусы.

Вместе с тем это тупиковый вариант для дальнейшего развития инфраструктуры.

Невозможность дальнейшего масштабирования – количество подключений к DAS-хранилищу, в большинстве случаев, ограничено имеющимися портами на СХД. Для консолидации всех ресурсов придется докупать серверы и СХД. Низкая надежность – как правило, это системы хранения начального уровня с одним контроллером.

 

Network Attached Storage

Network Attached Storage – дисковый массив, выполняющий функцию файлового сервера. Основная задача – предоставление доступа к данным и файлам другим устройствам в сети. Это своего рода локальное офисное облако, к которому может обращаться каждый авторизованный пользователь.

Чаще всего для подключения к хранилищу используется протокол iSCSI c поддержкой технологии Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet). Используемые файловые протоколы —  CIFS, NFS и DAFS.

Устройства работают на специализированных операционных системах. Наиболее распространенные — MS Windows Storage Server, FreeNAS. Как правило, производители NAS разрабатывают собственную OС. QNAP управляется операционной системой QTS. Synology – Synology DSM и т.д.

Основные плюсы использования решения.

  • несомненно – это возможность быстрого совместного доступа к корпоративным ресурсам, простота развертывания и администрирования;
  • существенная экономия дискового пространства на сервере в условиях растущих данных;
  • плюс экономия от использования специализированных дисков для NAS, которые всегда дешевле оригинальных серверных накопителей.

Минусы:

  • скорость доступа к данным на файловом уровне всегда меньше, чем на уровне блоков – когда серверы обращаются к части дисковой емкости (SAN-системы).
  • поэтому NAS устройства используются только для решения одной конкретной задачи – коллективного доступа пользователей к файлам и папкам.

В связи с этим переходим к наиболее эффективной и востребованной архитектуре  хранения данных — SAN-системам.

 

Storage Area Network

Storage Area Network (SAN) – другая модель работы СХД. Серверы и хранилища взаимодействуют по локальной сети c помощью адаптеров и коммутаторов по протоколам Fibre Channel, iSCSI, SAS и FCoE.

Но главное, в основе модели лежит блочный доступ, когда серверы обращаются не к файлам напрямую, а к блокам данных, на которые разделен дисковый массив СХД. Это обеспечивает высокую скорость обмена информацией, что является явным преимуществом по сравнению с рассмотренной ранее NAS-архитектурой.

ISCSI можно назвать наиболее популярным и распространенным протоколом подключения СХД, потому что он базируется на использовании стандартных Ethernet кабелей, сетевых карт и коммутаторов.

Плюсы SAN:

  • Наличие СХД полностью решает задачу прироста данных. Недостающее дисковое пространство можно добавлять путем подключения дисковых полок, речь может идти о нескольких сотнях накопителей и петабайтах дисковой емкости.
  • Эффективное распределение ресурсов хранения. Когда СХД отдает каждому серверу часть необходимого дискового пространства для выполнения задач.
  • Высочайшая производительность – скорость доступа к данным на СХД всегда выше, чем к локальным дискам сервера.
  • Отказоустойчивость – наличие двух контроллеров, блоков питания, возможность быстрой репликации данных между СХД, объединенными в единый кластер.
  • Безопасность – централизованное, безопасное хранение данных, которые не распределены по локальным серверам.
  • Возможность управлять удаленными СХД, делать удаленный бэкап и восстановление данных.
  • Возможность строить отказоустойчивые кластерные решения.

И главное, вы получаете основу для модернизации и обновления IT-архитектуры вашей компании. Например, при создании виртуализированной инфраструктуры, когда СХД выступает в качестве единой площадки для хранения виртуальных машин. Наличие СХД позволяет гибко перераспределять виртуальные машины между серверами.

Из минусов – относительная высокая стоимость решения. Опять же на рынке появляются высокопроизводительные российские и китайские аналоги более известных брендов, которые часто не уступают по функционалу, но по цене являются более доступными.

Далее рассмотрим интерфейсы ввода-вывода.

Интерфейсы ввода-вывода

iSCSI – протокол, базирующийся на TCP/IP, поддерживающий Gigabit Ethernet, 10G Ethernet и наиболее современные редакции — 25/40/50GbE. Это позволяет легко разворачивать сети хранения данных на базе стандартного коммутационного оборудования, имеющего Ethernet-порты, а значит сокращать вложения в дополнительную инфраструктуру.

Главный недостаток этого варианта —  относительно большое время задержки, характерное для TCP/IP. Поэтому имеет смысл использовать iSCSI, если требуемая скорость не превышает 1 ГБ/c (чего в принципе достаточно для большинства корпоративных сетей). Если вам нужна высокая производительность и максимальная доступность без потери пакетов, необходимо приобретать дополнительные Ethernet-коммутаторы, организовывать отдельный контур сети, предназначенный только для SAN инфраструктуры — всё это делает решение более дорогим.

Fibre Channel – семейство протоколов для высокоскоростной передачи данных по оптоволокну (2/4/8/16/32 ГБ/сек), «эталон» организации работы СХД.

Основные преимущества решения – минимальные задержки при передаче пакетов, возможность развертывания многоуровневых схем, а также единой сети хранения данных на большие расстояния, независимо от географической распределенности устройств: серверов, систем хранения, коммутаторов. Ну и все вытекающие плюсы от использования оптических кабелей – помехозащищённость, надежность, резервирование, устойчивость к агрессивной внешней среде.

Для построения инфраструктуры используются – адаптеры в сервер (HBA, Host Bus Adapte), специализированные коммутаторы FC (наиболее распространенные фирмы Brocade — функциональные и недорогие), непосредственно в СХД устанавливаются платы расширения c портами Fibre Channel. Добавим, что FC является маршрутизируемым протоколом.

Основной недостаток – удорожание по сравнению с iSCSI за счет необходимого добавления устройств. Также это затраты на монтаж и обслуживание, если речь идет о прокладке кабелей на многие километры.

Коммутатор Brocade

SAS – интерфейс и протокол обмена данными, с помощью которого можно обеспечить прямое подключение системы хранения к нескольким серверам на небольшое расстояние в пределах серверной. В чем же плюс?

В небольших компаниях это экономически оправданная альтернатива iSCSI.

  • Нет необходимости в коммутаторах (хотя для серверов требуются HBA-адаптеры SAS, а на платах расширения СХД должны быть соответствующие порты);
  • Эффективная скорость передачи данных и пропускная способность выше, чем в iSCSI – до 12 ГБ/c.

В последние годы для расширения возможности SAS-подключения стали появляться SAS-коммутаторы до 6/12 ГБ/сек. Но нам представляется более логичным использование протокола Fibre Channel для построения многоуровневых конфигураций, FC дает практически неограниченные возможности по дальнейшему масштабированию.

FCoE (Fibre Channel over Ethernet) – компромиссный протокол, позволяющий организовать совместную работу TCP/IP и Fibre Channel на недорогом оборудовании Ethernet. Основная цель использования протокола – экономия на инфраструктуре, унификация оборудования для организации трафика. Затраты уменьшаются за счет сокращения числа кабелей, коммутаторов, адаптеров и др. При этом сохраняются все функциональные преимущества Fibre Channel.

Итак, мы перечислили наиболее востребованные стандарты архитектуры ввода-вывода. Конечно же вершиной айсберга является протокол InfiniBandплатформа коммутации с высочайшей производительностью. Решение востребовано в банках, среди телекоммуникационных компаний и интернет провайдеров, везде, где требуется минимальное время отклика и высокая пропускная способность. Но это тема для отдельной статьи, поэтому не будем на ней подробно останавливаться.

Последний блок на сегодня – типы жестких дисков для СХД.

 

Жесткие диски для СХД

Выбирая жесткие диски для систем хранения данных, нужно опять же исходить из задач.

  • SATA-диски лучше подходят для задач архивного хранения данных, не требующих постоянного доступа. Скорость вращения шпинделя в SATA ограничивается величинами в пределах 5200 – 7200 об/мин.
  • SAS-диски более быстрые – 10-15К, поэтому лучше подходят для задач чтения/записи данных.
  • NL-SAS – диски с дублированными портами, которые по функционалу соответствуют недорогим и емким SATA-дискам.

Обычно наши заказчики предпочитают гибридные конфигурации дисков, которые позволяют им гибко управлять данными, повышать эффективность доступа к ним. В этом здорово помогает Tiering – технология перемещения данных между дисками, с медленных на более быстрые и наоборот.

Также диски выбирают в зависимости от форм-фактора

Емкость дисков LFF HDD (Large Form Factor, крупный форм-фактор, 3,5 дюйма) может достигать 12 ТБ.  Поэтому для архивов хранения с низким приоритетом доступа к данным лучше использовать недорогие 3.5-дюймовые диски.

Для данных, с которыми вы интенсивно работаете, подойдут SFF HDD (Small Form Factor, малый форм-фактор, 2,5 дюйма). Дело в том, что производительность дисковой подсистемы растет вместе с увеличением числа жестких дисков, входящих в RAID группу. Небольшие габариты позволяют добавлять больше 2.5-дюймовых дисков в стойку. Как правило, СХД позволяющие устанавливать диски на 3,5 дюйма имеют 12 отсеков для HDD, на 2,5 дюйма – 24 отсека.

HDD vs SSD

Третий критерий выбора – тип диска. Сейчас все более востребованными и доступными по цене становятся твердотельные накопители: высочайшая скорость чтения и записи данных — до десятков тысяч IOPS с одного накопителя, отсутствие шума, высокая наработка на отказ.

Для снижения стоимости можно выбрать компромиссное решение на основе гибридной конфигурации. Например, задействовать SSD-диски только под самые требовательные подсистемы – программу 1С, базы данных, высоконагруженные приложения. Либо, как уже было сказано выше, выбрать СХД которая сама может распределять данные между различными типами дисков.
Вы сразу же почувствуете многократный прирост производительности.

Что нужно знать, выбирая СХД?

Итак, мы коротко рассмотрели основные типы СХД.

На какие вопросы нужно ответить, чтобы выбрать систему хранения данных?

На наш взгляд это:

  • Объем данных для хранения
  • Количество серверов
  • Типы подключения к СХД
  • Типы накопителей
  • Данные — базы данных, приложения, виртуальные машины
  • Функционал на программном уровне – tiering, дедупликация, компрессия (в следующем материале).

 

А что на ваш взгляд главное при выборе СХД?

Мне необходимо решение


×