Párhuzamos rendszerek architektúrája

Párhuzamos rendszerek architektúrája Tárolók

Schubert Tamás

2012.

Óbudai Egyetem

 Schubert Tamás, 2012

Tartalom

2

1. 2. 3. 4.

Bevezetés Elvárások, követelmények a tárolókkal szemben Szabványosítási szervezetek, egyesületek Tároló architektúrák 4.1 Direct Access Storage (DAS) 4.2 Storage Area Network (SAN) 4.3 Network Access Storage (NAS) 4.4 SAN vs. NAS? 5. Tároló eszközök 5.1 Just a Bunch of Disks (JBOD) 5.2 Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks (RAID) 5.3 Tape Drives és Tape Libraries 5.4 Egyéb Storage (Optikai, félvezető alapú)

Óbudai Egyetem


Tartalom

3

6. 7. 8. 9.

Párhuzamos vs. soros átvitel SCSI Architecture Model A SAN-ok használatának előnyei Fibre Channel SAN 9.1 A Fibre Channel rétegstruktúrája 9.2 Fibre Channel szolgáltatásosztályok 9.3 A Fibre Channel működése 9.4 Fibre Channel biztonság 9.5 A Fibre Channel technológia jövője 10. IP tároló hálózatok (IP Storage Networks) 10.1 Internet SCSI tároló hálózatok (iSCSI) 10.2 Fibre Channel over IP – FCIP 10.3 Internet Fibre Channel Protocol – iFCP 10.4 FCIP, iFCP vagy iSCSI?

Óbudai Egyetem


Tartalom

4

11. Fibre Channel over Ethernet (FCoE) 12. Network Access Storage (NAS) 12.1 Fájl rendszerek NAS és SAN környezetben 12.2 IBM Generalized Parallel File System (GPFS) 13. IBM System Storage N Series - Gateway model 14. Tároló virtualizáció – Storage Virtualization Irodalom

Óbudai Egyetem


5

1. Bevezetés

Óbudai Egyetem


1. Bevezetés (2)

6

Új technológiai megoldások a tárolás területén az utóbbi 10-15 évben • Fibre Channel hálózati technológia • Hálózat-alapú tárolás - Network-attached storage (NAS) • Szerver fürtözés - Server Clustering • Szerver nélküli adatmentés • Magas rendelkezésre állás duplikált adatútvonallal • Pillanatfelvétel-alapú adatmentés - Point-in-time data copy (snapshot) • Elosztott szalag hozzáférés - Shared tape access • Nagy távolságú tárolás - Storage over distance • iSCSI (Internet Small Computer System Interface) • Az adattárak és az adatátvitel Common Information Model (CIM)-alapú menedzsmentje • Tároló virtualizáció - Storage virtualization

Óbudai Egyetem


1. Bevezetés (2)

7

Új technológiai megoldások a tárolás területén az utóbbi 10-15 évben • A fenti újítások külön-külön és együttesen felforgatták a tárolásról alkotott korábbi képet és gyakorlatot • A gyártókat új fejlesztésekre és versenyre sarkallta • A fejlesztéseket a felhasználói igények is ösztönözték: o egyre nagyobb tömegű adat tárolása o gyors elérés o költséghatékony tárolás o egyszerű és olcsó felügyelet az adatok teljes életciklusában

Óbudai Egyetem


8

2. Elvárások, követelmények a tárolókkal szemben

Óbudai Egyetem


2. Elvárások, követelmények a tárolókkal szemben (1)

9

• A tárolásnak szolgáltatássá kell válnia a szerverek/állomások, operációs rendszerek és alkalmazások számára • Tároló erőforrások konszolidálása • Tároló hierarchia létrehozása különböző sebességű, kapacitású, megbízhatóságú, rendelkezésre állású és költségű tárolók együttes kezelésével • A tárolás centralizálásával a költségek csökkentése és a menedzselés/felügyelet egyszerűsödése, a hatékonyság növelése • Tároló rendszer változtatása és kezelése működő környezetben • Snapshot készítése és felhasználása backup/recovery környezetben • Másolatok készítése visszaállítás céljából az elsődleges tárolás helyétől elkülönítve • Másolatok készítésének lehetősége blokk módban a hatékonyság növelése érdekében • Másolatok készítése szerver használata nélkül • Különbségi másolat készítése a helytakarékosság érdekében • Az információ életciklusának menedzselése (ILM), az adatok tárolási helyének policy alapú megválasztása értékük és koruk alapján

Óbudai Egyetem


10

3. Szabványosítási szervezetek, egyesületek

Óbudai Egyetem


3. Szabványosítási szervezetek, egyesületek (1)

11

Szabványosítási szervezetek • InterNational Committee for Information Technology Standards (INCITS) • Internet Engineering Task Force (IETF) • Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) • American National Standards Institute (ANSI) • International Organization for Standardization (ISO) Egyesületek • Storage Networking Industry Association (SNIA) • Fibre Channel Industry Association (FCIA)

Óbudai Egyetem


12

4. Tároló architektúrák

Óbudai Egyetem


4. Tároló architektúrák (1)

13

A tárolás jellemzői • A tárolás alapvető építőelemei alig változtak az idők folyamán • Tartalmukban, megvalósításukban, technológiájukban sokat változtak • Változott az elhelyezésük: a számítógépen belül vagy kívül • Intelligens diszk tömbök, kapcsoló infrastruktúra és nagyteljesítményű átviteli hálózatok jelentősen megváltoztatták a tárolás tervezését • Számos architektúra közül lehet választani a tervezés során A tárolók alapvető építőelemei

Óbudai Egyetem



14

Fájl rendszerek (File Systems), Kötetek (Volumes) és Blokkok (Blocks) Elosztott tároló modell

Óbudai Egyetem



15

Fájl rendszerek (File Systems), Kötetek (Volumes) és Blokkok (Blocks) • A fizikai tároló (diszk) elérése lehet: o

Közvetlen a szerverről vagy az állomásról – DAS rendszerek

o

Tároló hálózaton keresztül (Fibre Channel, Infiniband, IP) – SAN rendszerek

o

Speciális eszközön keresztül: NAS head, NAS szerver (Network Access Storage ) – NAS rendszerek

• A fenti eszközök valamelyike végzi el a blokk aggregációt a felette lévő réteg számára

Elosztott tároló modell

Óbudai Egyetem



16

Elosztott tároló modell A különböző architektúrák egyetlen keretrendszerben láthatók A SNIA elosztott tároló modellje: DAS, NAS, SAN

Óbudai Egyetem


4.1 Direct Access Storage (DAS) (1)

17

A Direct Access Storage jellemzői • Blokk tárolás • Állomások és szerverek közvetlenül csatlakoznak a diszkekhez a logikai kötetkezelő szoftver segítségével (logical volume management (LVM)) • Az állomás biztosítja a nagyobb rendelkezésre állást hardver vagy szoftver RAID (Redundant Array of Independent Disks) kialakításával • A diszkek intelligenciával nem rendelkeznek (just a bunch of disks JBOD) • A kötet-kezelés és a fájl rendszer feladatait az állomás/szerver látja el

Szerverek Nagy sebességű SCSI vagy Fibre Channel összeköttetés (SCSI protokoll) Tárolóeszközök Óbudai Egyetem


4.1 Direct Access Storage (DAS) (2)

18

A Direct Access Storage előnyei és hátrányai • Előnyei: o o o

Könnyű konfigurálhatóság Külső tárolás könnyű bővíthetőséget tesz lehetővé SCSI vagy Fibre Channel összeköttetés

• Hátrányai o o o

Óbudai Egyetem

Korlátozott méretezhetőség Erőforrás megosztás nehézkes Egypontos hibaforrás


4.2 Storage Area Network (SAN) (1)

19


Óbudai Egyetem



20

A Storage Area Network jellemzői • Az állomások tároló hálózaton keresztül csatlakoznak a diszk tömbhöz • A tároló elérési mechanizmus: blokk alapú. A szerverek közvetlenül hozzáférnek az adatblokkokhoz a tároló hálózaton keresztül • A fájl rendszert az állomások/szerverek, a NAS vagy egyéb eszközök biztosítják • Az állomás ellátja a kötet menedzselést, de a RAID feladatait a tároló látja el, a blokk aggregáció feladata megoszlik az állomás és az eszközök között

Fibre Channel szerverek

A SAN hálózati technológia lehet: • Fibre Channel • InfiniBand • Ethernet • Myrinet

Fibre Channel Storage Area Network Tárolóeszközök

Óbudai Egyetem



21

Fibre Channel SAN (FC SAN) • A Fibre Channel (FC) lényegében egy soros, SCSI-re épülő protokoll • Az Initiator és a Target közötti műveletek SCSI parancsokra (read, write, acknowledge) épülnek • Az áthidalható távolság és az eszközök száma a parallel SCSI-hoz képest megnövekedett

Óbudai Egyetem



22

Fibre Channel SAN (FC SAN) • Előnyei: o o o o

Gigabit sebesség A tároló hálózat kiterjedése MAN-méretű (~100km) A tároló hálózat jól méretezhető (több ezer csomópont) A tárolókapacitás könnyen megosztható a szerverek között

• Hátrányai o o o o

Óbudai Egyetem

Fibre Channel inkompatibilitási hibák előfordulhatnak (több gyártó eszközei között) Kevés képzett szakember Kettős hálózat létrehozása (tároló- és adathálózat) Kettős menedzsment rendszer


4.3 Network Access Storage (NAS) (1)

23


Óbudai Egyetem



24

A Network Access Storage jellemzői • A tároló elérési mechanizmus változik: fájl alapú (ellentétben a DAS és a SAN blokk-szintű hozzáférési mechanizmust biztosít a diszkekhez (SCSI alapú hozzáférési mechanizmus: SCSI, Fibre Channel, iSCSI)) • LAN kapcsolja össze az állomásokat a NAS head/szerverrel (Ethernet+IP) • A fájl rendszer és a kötetkezelés feladata a NAS szerverre kerül • A NAS funkciója átfedi a File/record réteget • A kommunikációs kérés az állomás részéről fájlra vonatkozik • Fájl hozzáférés leggyakrabban: NFS és CIFS segítségével • Fájl megosztás lehetséges • A NAS eszköz gyakran SAN-on tárolja a blokk szintű adatokat

Óbudai Egyetem



25

A Network Access Storage előnyei és hátrányai • Előnyei: o o o o

Szabványos Ethernet és IP protokoll használata Kiterjedése: korlátlan (az IP irányítható protokoll) Fájl kezelés optimális teljesítménnyel A DAS-hoz képest sokkal jobban méretezhető

• Hátrányai o o o o

Óbudai Egyetem

LAN túlterhelés/torlódás előfordulhat A tárolóval a NAS fájlkezelő rendelkezik Általában speciális operációs rendszert alkalmaz A központosított fájlkezelés nem felel meg bizonyos blokk szintű hozzáférést igénylő alkalmazásoknak


4.4 SAN vs. NAS (1)

26

A SAN és a NAS összehasonlítása

Óbudai Egyetem


4.4 SAN vs. NAS (2)

27

A SAN és a NAS összehasonlítása SAN

NAS

•

Blokk szintű hozzáférés

•

Fájl szintű hozzáférés

•

Fájl rendszert az állomás/szerver, NAS tároló biztosítja

•

Fájl megosztás

•

Elérés: NFS, CIFS segítségével

•

Elérés tároló hálózaton keresztül: FC, Infiniband, stb.

•

Elérés adathálózaton keresztül (Ethernet, IP)

•

Kiterjedése: ~100km

•

•

Elérés lehetséges adathálózaton keresztül is: iSCSI

Kiterjedése: korlátlan (késleltetéssel számolni kell)

•

Teljesítmény korlát

•

Nagy átviteli teljesítmény

•

Speciális OS

•

Jól méretezhető

Óbudai Egyetem


28

5. Tároló eszközök

Óbudai Egyetem


5. Tároló eszközök (1)

29

Belső tárolás/Szerver alapú tárolás • A tárolók a szerver vagy a munkaállomás szekrényében/dobozában helyezkednek el • A fájl rendszer kezelés, a kötet menedzsment és a tárolás feladatait a számítógép látja el • Egyszerű felépítés, alacsony költség • Diszk meghajtó interfészek: o SCSI (Small Computer System Interface) o IDE (Integrated Device Electronics) o ATA (Advanced Technology Attachment) • Méretezhetősége rossz • Méretezhetősége csak külső tárolással javítható

Óbudai Egyetem


5. Tároló eszközök (2)

30

Külső tárolás • Just a Bunch of Disks (JBOD) • Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks (RAID) • Tape Drives és Tape Libraries • Egyéb Storage (Optikai, félvezető alapú)

Óbudai Egyetem


31

5.1 Just a Bunch of Disks

Óbudai Egyetem


5.1 Just a Bunch of Disks (1)

32

A JBOD jellemzői • Olcsó diszkek különösebb intelligencia nélkül • A redundanciát és az intelligenciát az architektúrát alkotó más eszközökben adják hozzá (Pl. állomás vagy hálózat) • A diszkeket Daisy-chain mechanizmussal kapcsolják össze: párhuzamos SCSI busz, Fibre Channel loop JBOD: Fibre Channel loop

Óbudai Egyetem


33

5.2 Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks

Óbudai Egyetem


5.2 Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks (1)

34

A RAID jellemtői • Olcsó diszkek különösebb intelligencia nélkül • A RAID megvalósítható a tároló hardver eszközben, tároló vezérlőben (host bus adapter - HBAs), szoftverben • Számos redundanciát biztosító változat: tükrözés, paritás • Teljesítménynövelés: stripe • Menet közben cserélhető diszkek • 5.25-inch és 3.5-inch meghajtók • Tároló menedzsment szolgáltatás

Óbudai Egyetem



35

A RAID jellemtői http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_RAID_levels JBOD • Nem valódi RAID • Különböző méretű diszkek konkatenációja • A diszkterület jobb kihasználását teszi lehetővé

RAID 0 • Nem valódi RAID: stripe set vagy striped volume • Egyenletesen szétdarabolja az összefüggő adatblokkokat két vagy több diszkre • Nincs paritás, nincs redundancia • Teljesítmény növelést lehet elérni

Óbudai Egyetem



36

A RAID jellemtői

RAID 1 • Tükrözés, pontos másolat • Teljesítmény növelés, redundancia

RAID 2 • Nem használják • Bit szintű stripe • Hibajavítás (Hamming code)

Óbudai Egyetem



37

A RAID jellemtői

RAID 3 • Bájt szintű striping • Dedikált paritás diszk • Ritkán használják • Több kérés egyidejű kiszolgálását nem biztosítja

RAID 4 • Blokk szintű striping • Dedikált paritás diszk • Több kérés egyidejű kiszolgálását biztosítja • Legalább 3 diszk szükséges

Óbudai Egyetem



38

A RAID jellemtői

RAID 5 • Blokk szintű striping • Paritás elosztott a diszkek között • Alacsony költségű redundancia • Lehet hardver paritásszámítás támogatás • Legalább 3 diszk szükséges • Véletlenszerű írás-teljesítménye gyenge, főleg sok egyidejű kérés kiszolgálásakor RAID 6 • RAID 5 kiterjesztése további paritás diszkekkel • Nagyobb adatbiztonság • Kisebb tárolókapacitás kihasználás

Óbudai Egyetem



39

A RAID jellemtői RAID 6 (folytatás) •

According to SNIA (Storage Networking Industry Association), the definition of RAID 6 is: "Any form of RAID that can continue to execute read and write requests to all of a RAID array's virtual disks in the presence of any two concurrent disk failures. Several methods, including dual check data computations (parity and Reed Solomon), orthogonal dual parity check data and diagonal parity have been used to implement RAID Level 6."

Nem szabványos szintek (http://en.wikipedia.org/wiki/Non-standard_RAID_levels) •

RAID 5 és 6 kiterjesztései: 5E, 5EE és 6E extend RAID 5 and 6 (meleg tartalék meghajtók)

•

Egyéb: RAID 1.5, RAID 7, RAID-DP, RAID S vagy Parity RAID, Matrix RAID, RAID-K, RAID-Z, RAIDn, Linux MD RAID 10, IBM ServeRAID 1E és unRAID

Óbudai Egyetem


40

5.3 Tape Drives és Tape Libraries

Óbudai Egyetem


5.3 Tape Drives és Tape Libraries (1)

41

A Tape Drives és Tape Libraries jellemtői •

Mágneses elvű tárolás

•

Nagykapacitású, alacsony költségű tárolók (diszkekhez viszonyítva)

•

Cserélhető szalagegységek

•

A SAN lehetővé teszi a szalagkönyvtárak megosztását a szerverek között. Közvetlen kapcsolat a szerverek és a szalagkönyvtárak között. Ez tehermentesíti az adathálózatot

•

Megfelelő szoftver támogatással gazdaságos, könnyen kezelhető backup rendszer

•

Többféle média típus: digital linear tape (DLT), linear tape-open (LTO), és advanced intelligent tape (AIT)

•

A szalagkönyvtárnak a vállalati tárolási architektúrába kell illeszkednie

•

A média öregedésével is számolni kell

•

Hosszú távú tárolás esetén évenkénti adatfelújítás szükséges

Óbudai Egyetem


42

5.4 Egyéb Storage

Óbudai Egyetem


5.4 Egyéb Storage (optikai, félvezető alapú) (1)

43

Az optikai és félvezető alapú tárolók jellemtői Optikai tárolók •

Elektromágneses elvű tárolás

•

A mágnesszalagénál nagyobb élettartam

•

CD/DVD, 5.25” WORM (write once, read many) és 12” optikai diszk

•

Független meghajtók vagy könyvtár (jukebox)

Félvezető alapú tárolók •

Tárolás memória chipekben

•

Nagy teljesítmény

•

Magas költség

•

Korlátozott felhasználás

Óbudai Egyetem


44

6. Párhuzamos vs. soros átvitel

Óbudai Egyetem


6. Párhuzamos vs. soros átvitel (1)

45

Elvárások, követelmények a tárolókkal szemben Párhuzamos adatátvitel

Soros átvitel

Adatbitek 0 1 2 3 4 5 6 7

Adatvonalak

skew Párhuzamos átvitel

Soros átvitel

• Az adatszó egyes bitjei időben eltolva érkeznek (skew) • Áthallás a vezetékek között (crosstalk) • A kábel hossza nem növelhető

• • • • •

Óbudai Egyetem

A skew probléma megszűnik Vezetékek közötti áthallás megszűnik A csatlakoztatás egyszerűsödik Nagyobb átviteli sebesség érhető el Pont-pont kapcsolat jön létre  Schubert Tamás, 2012


46

Signal skew párhuzamos buszon

A Small Computer System Interafce (SCSI) jelek terjedési késleltetése Óbudai Egyetem



47

SCSI távolságkorlátok

Óbudai Egyetem



48

Serial Attached SCSI (SAS) paraméterek

Óbudai Egyetem


49

7. SCSI Architecture Model

Óbudai Egyetem


7. SCSI Architecture Model (SAM) (1)

50

ANSI of T10, a Technical Committee of Accredited Standards Committee NCITS

Óbudai Egyetem


7. SCSI Architecture Model (2)

51

SCSI szabvány család

Óbudai Egyetem



52

SCSI ügyfél-szerver modell

Óbudai Egyetem



53

SCSI protokoll és a Logical Units (LU) •

Az ügyfél/szerver funkció választja el ill. kapcsolja össze a feldolgozó egységet (initiator) és a tároló egységet (target), amely az SCSI szolgáltatást biztosítja

•

A target SCSI feldolgozó egysége képviseli a Logical Unitot (LU)

•

Ezt egy Logical Unit Number (LUN) azonosítja

•

Hagyományosan a LUN felépítése: bus/target/LUN descriptor (a párhuzamos SCSI eszközökből eredően)

•

LUN: o Bus: SCSI interfész (adapter) o Target: diszk a párhuzamos buszon o LUN descriptor

•

Fibre Channel LUN: o Bus: A Fibre Channel host bus adaptert (HBA) az operációs rendszer SCSI busznak tekinti o Target: Storage o LUN descriptor: SCSI diszk

Óbudai Egyetem



54

SCSI protokoll és a Logical Units (LU) •

Pl.: egy RAID eszköz azonosítható egy bus/target párossal + több LUN descriptorral (több logikai egység)

•

Pl.: FC SAN-on a bus/target/LUN descriptor hármast (op. rendszer) megfeleltetik eszköz ID/LUN párosnak (tároló hálózat)

•

A LUN biztosítja a tároló rendszer integritását az olvasási/írási műveletek szempontjából

•

Egy-egy tároló tömb több/sok LUN-nal rendelkezhet, amelyek mérete dinamikusan változtatható (növelhető/csökkenthető)

•

A LUN egy logikailag összefüggő, a Logical Blokk Numberrel (LBA) címezhető blokkok sorozatából áll

•

A LUN fizikai blokkjai nem alkotnak feltétlenül összefüggő tartományt, sőt fizikailag különböző tárolókon is elhelyezkedhetnek (virtualizáció)

•

A virtualizációt a szerver/állomás, a tároló egység, a SAN infrastruktúra (fabric), vagy speciális hardver eszköz (appliance) egyaránt végezheti

Óbudai Egyetem



55

LUN mapping •

A LUN azonosítók egyediek

•

Gyakran az operációs rendszerek csak a LUN 0-ról bootolhatnak

•

Ha több szerver is ugyanarról a tároló tömbről bootol, mindegyik szemszögéből kell lennie egy LUN 0-nak

•

A LUN mapping teszi lehetővé, hogy egy virtuális LUN-számról leképezés történjen a valós LUN-ra

•

A leképzést elvégezheti a host bus adapter (HBA), a SAN kapcsoló vagy a tároló vezérlője is

Óbudai Egyetem



56

LUN mapping •

A fájl rendszer adatai fájl rendszer blokkok formájában érhetők el a számítógépek számára

•

A fájl rendszer blokkok mérete: 512 bájt – 512Kbájt közötti lehet (a fájl rendszer létesítésekor kell maghatározni)

•

Ezek a blokkok a tároló összefüggő, 512 bájt méretű fizikai blokkjaiban (szektoraiban) vannak tárolva

•

Egy-egy kötet a kötet menedzser (volume manager) felügyelete alatt áll. Ez biztosítja logikailag összefüggő, sorszámozott blokkok halmazát a fájl rendszer számára

•

A SCSI protokoll biztosítja a fizikai blokkok írását és olvasását a kötet alkotó logikai egységekre/ről

Óbudai Egyetem


57

8. A SAN-ok használatának előnyei

Óbudai Egyetem


8. A SAN-ok használatának előnyei (1)

58

Az infrastruktúra egyszerűsödése •

Konszolidáció o Az erőforrások számának csökkenése o Kisebb számú, nagyobb teljesítményű eszköz koncentrálása (storage pools) o IT hatékonyság növelése o Infrastruktúra egyszerűsödése o Menedzsment központosítható o Méretezhetőség javulása o Rendelkezésre állás növelése o Katasztrófa tűrés növelése

Óbudai Egyetem



59

Az infrastruktúra egyszerűsödése (folytatás) •

Virtualizáció o Különböző típusú fizikai tárolók összekapcsolása o Egyetlen, egységes eszközként látszanak az operációs rendszerek/alkalmazások számára o Elrejti a különböző tároló és összekapcsoló technológiákat és protokollokat az operációs rendszerek/alkalmazások elől o Csökken az adminisztratív és felügyeleti költség o Jobb szolgáltatást biztosít

•

Automatizálás o Tároló típusának kiválasztása (policy-based) o LUN méretének növelése, csökkentése o Snapshot készítése o Mentés

•

Integráció o Felügyelet egyszerűsödik o Biztonság növekszik

Óbudai Egyetem



60

Az infrastruktúra egyszerűsödése (folytatás) Diszk és szalag tároló konszolidáció

Elszigetelt tárolás

Óbudai Egyetem

Konszolidált tárolás



61

Information lifecycle management (ILM) •

Az információ automatikus felügyelete a keletkezésétől a szándékos felszámolásáig

•

Optimalizált tárolás a teljes életciklus alatt

•

Hatékony elérés a szükségletnek megfelelően

•

Költségek minimalizálása

Óbudai Egyetem



62

Üzletfolytonosság biztosítása (Business continuity) •

Az információt elérhetővé kell tenni a nap bármelyik órájában, a föld bármelyik pontjáról

•

A folyamatos működés szükségszerű követelmény

•

A bizalmasság és a biztonság alapkövetelmény

•

A törvényi előírásoknak meg kell felelni

Óbudai Egyetem


63

9. Fibre Channel SAN

Óbudai Egyetem


9. Fibre Channel SAN (1)

64

Fibre Channel •

A Fibre Channel a legelterjedtebb architektúra a SAN-ok megvalósítására

•

InterNational Committee for Information Technology Standards (INCITS) T11 Technical Committee fejlesztette ki (Az American National Standard Institute (ANSI) által akkreditált szabványosítási bizottság)

•

A Fibre Channel Protocol (FCP) megvalósítása az FC infrastruktúrán

•

SCSI interfész protokoll beágyazása a Fibre Channel hálózati protokollba

•

Réz- és optikai hálózaton egyaránt használható

•

Fibre or Fiber?

Óbudai Egyetem

o

Fibre Channel - eredetileg üvegszálas technológiára tervezték

o

Később fejlesztették ki réz alapú technológiára. Ekkor úgy döntött a T11 Technical Committee, hogy megtartják a nevet, de a szabványra való hivatkozáskor a UK English betűzést (Fibre) használják

o

Amikor az üvegszálas kábelezésről van szó, továbbra is az US English betűzést (Fiber) használják



65

A Fibre Channel előnyei •

Nagy teljesítmény nagy mennyiségű adatok átvitele esetén

•

Egyszerű átviteli protokoll

•

Kiterjedt hardver támogatás

•

Soros átvitel

•

Fizikai interfész megvalósítása alacsony hibaaránnyal

•

Garantált hibamentes adatátvitel

•

Adatok csomagokba (keretekbe) szervezése

•

Legkülönbözőbb típusú adatok szállítása (adat, videó, hang)

•

Már létező eszközorientált parancskészlet használata (SCSI, FCP)

•

Nagy címtartomány az eszközök címzésére

Óbudai Egyetem



66

A Fibre Channel infrastruktúra elemei • • • • • • •

Switch-ek Director-ok Router-ek Hub-ok Összeköttetések Host Bus Adapter-ek Menedzsment szoftver

Fibre Channel szerverek

Fibre Channel Storage Area Network Tárolóeszközök

Óbudai Egyetem


67

9.1 A Fibre Channel rétegstruktúrája

Óbudai Egyetem


9.1 A Fibre Channel rétegstruktúrája (1)

68

A Fibre Channel rétegstruktúrája •

Óbudai Egyetem

követi az ISO/OSI modellt



69

Az FC rétegstruktúrája •

FC-0, fizikai interfész és média: kábelek, csatlakozók, villamos paraméterek, adatátvitel sebesség, stb.

•

FC-1, adatátviteli protokoll: Kódolás/dekódolás (8B/10B), DC-balance

•

FC-2, keretezés és jelzés protokoll: Az adatok továbbításáról, a keretek átviteléről gondoskodik. Biztosítja a megbízható adatátvitelt. Önkonfiguráló képesség. Point-to-point, arbitrated loop és kapcsolt topológia támogatása

Az FC-0, FC-1 és FC-2 alkotják a Fibre Channel fizikai és jelzési interfészét (FC-PH)

Óbudai Egyetem



70

Az FC rétegstruktúrája •

•

FC-3, általános szolgáltatások, pl.: o

Striping: Megtöbbszörözi a sávszélességet. Több portot használ párhuzamosan az információ átvitelére több útvonal használatával

o

Multicast: Egy üzenet elküldése több vagy az összes állomásnak

FC-4, Felsőbb rétegbeli protokollok leképzése (Upper layer protocol mapping (ULP)) o

Definiálja a futtatható alkalmazásinterfészeket. Megadja, hogy a FC protokoll milyen felsőbb szintű protokollal áll kapcsolatban

o

Ugyanazon a fizikai interfészen egyidejűleg haladhat csatorna és hálózati információ Csatorna: Pl.: Fibre Channel Protocol (FCP) SCSI adatokat szállít az FC fölött. Hálózat: IP csomagok küldése csomópontok között.

Óbudai Egyetem



71

Az FC rétegstruktúrája

Óbudai Egyetem


72

9.2 Fibre Channel szolgáltatásosztályok

Óbudai Egyetem


9.2 Fibre Channel szolgáltatásosztályok (1)

73

Az FC szolgáltatásosztályok (Classes of services) Az egyes alkalmazástípusok különböző szolgáltatási szinteket várnak el az átviteli rendszertől a kézbesítést, az összeköttetést és a sávszélességet illetően. 6 szolgáltatásosztály létezik: •

•

Óbudai Egyetem

Class 1 o

Dedikált összeköttetés a hálózaton (fabric) keresztül az átvitel ideje alatt

o

Teljes sávszélességet biztosít az összeköttetésen a két végpont között

o

Nyugtázás van

o

A sávszélesség kihasználása nem nagyon jó

Class 2 o

Összeköttetés nélküli átvitel a hálózaton (fabric) keresztül

o

Nyugtázás van

o

Sorrendhiba előfordulhat (felsőbb réteg javíthatja)

o

A sávszélesség kihasználása jobb mint a Class 1-é  Schubert Tamás, 2012


74

Az FC szolgáltatásosztályok (Classes of services) •

Óbudai Egyetem

Class 3 o

Nincs dedikált összeköttetés a hálózaton (fabric) keresztül (datagram connectionless service)

o

Nincs nyugtázás

o

Hibákat a felsőbb réteg javítja (sorrend javítása, hiányzó keret újrakérése)

o

A sávszélesség kihasználása jó

o

Leggyakrabban használt szolgáltatásosztály



75


Óbudai Egyetem

Class 4 o

Hasonlít a Class 1-re

o

Dedikált összeköttetés (garantált kézbesítési sorrend)

o

Nem biztosít teljes sávszélességet (csak egy részét) az összeköttetésen a kapcsolók (N-portok) között

o

Virtuális áramkör (VC), garantált QoS (sávszélesség és késleltetés) az N-portok között

o

Nyugtázás van

o

A sávszélesség kihasználása nem nagyon jó

o

Főleg multimédia alkalmazásokban használják



76


Class 5 o o o

•

Class 6 o o o

Óbudai Egyetem

Isochron szolgáltatás Azonnali kézbesítés Nincs pufferelés

Class 1 változata Dedikált összeköttetés Megbízható multicast (audió, videó)


77

9.3 A Fibre Channel működése

Óbudai Egyetem


9.3 A Fibre Channel működése(1)

78

FC keret •

Adathossz 528 szó (2112 bájt)

Fibre Channel keretfelépítés

Óbudai Egyetem



79

Címzés a Fibre Channel hálózatban •

Minden eszköz azonosítóval rendelkezik

•

A cím hozzárendelésének módja és használata az FC topológiától függ (arbitrated loop vagy fabric)

World Wide Name (WWN) •

Szerkezete hasonlít az Ethernet cím szerkezetére

•

Minden N-port (végállomás: gép, tároló) rendelkezik WWN-nel

•

A WWN cím 64-bites és globálisan egyedi

•

Az IEEE két WWN címformát definiált

•

Több adapterrel rendelkező eszköz minden portja rendelkezik WWN-nel (world wide port name (WWPN))

Óbudai Egyetem



80

World Wide Name címséma

hex 10 vagy hex 20 a cím első 2 bájtjában

hex 5 vagy 6 a cím első fél bájtjában

Óbudai Egyetem



81

Port-címek •

A 64-bites címek túl hosszúak, amelynek használata nem hatékony

•

Készült egy másik címzési séma is 24-bites címekkel

•

A kapcsolt hálózatban (fabric) minden port rendelkezik ilyen címmel

•

Szükség van a 64-bites WWN címek és a 24-bites címek megfeleltetésére

•

A kapcsolók végzik el a címzést és a címek karbantartását

•

Amikor az eszköz bejelentkezik a kapcsolóra, a kapcsoló rendel címet a porthoz, és nyilvántartja az eszköz WWN és port címének megfeleltetését

•

Ezt a feladatot a kapcsoló Name Servere látja el

Óbudai Egyetem



82

Port-címek •

Óbudai Egyetem

A 24-bites címek szerkezete: o

Domain: a kapcsolót azonosítja

o

Area: az Fl_portot azonosítja (arbitrated loop esetén)

o

Port: A csatlakozó készülék N_Port és NL_Port címe



83

FC topológiák •

Az FC hálózatok infrastruktúra elemei: director, switch, hub, router, gateway, bridge

•

A használt eszközök típusa a hálózat méretétől és bonyolultságától függ

•

Minden eszköztípus rendelkezik menedzsment szolgáltatással, amely szerepet játszik a végállomásokat is magában foglaló összetett felügyeleti környezet kialakításában

•

Három Fibre Channel topológia típus:

•

Óbudai Egyetem

o

Point-to-point

o

Arbitrated loop

o

Switched fabric

Full duplex kapcsolat mindhárom topológia esetén



84

FC topológiák

Óbudai Egyetem



85

FC topológiák: Point-to-Point •

2 csomópont vesz részt

Point-to-Point

Óbudai Egyetem



86

FC topológiák: Arbitrated Loop (FC-AL) •

126 csomópont (NL_Ports)

•

Az átvitel idejére összeköttetés jön létre a végpontok között

•

Távolság max. 10km

•

Osztott sávszélesség

Arbitrated Loop (FC-AL)

Óbudai Egyetem



87

FC topológiák: Switched fabric (FC-SW) •

Kapcsolók, directorok, hidak alkotják

•

Portonként teljes sávszélesség

Switched fabric (FC-SW)

Óbudai Egyetem



88

FC port-típusok

Óbudai Egyetem



89

FC port-típusok (nem teljes felsorolás) •

E_Port: Bővítő port (inter-switch expansion port (ISL)) összeköttetés esetén

•

F_Port: Fabric port (nem loop-képes). N_Port point-point csatolása kapcsolóhoz

•

FL_Port: Fabric port (loop-képes). NL_Port csatolása kapcsolóhoz public loop konfigurációban

•

G_Port: Generikus port, működhet E_Port vagy F_Port módban

•

L_Port: Loop-képes csomópont vagy kapcsolóport

•

U_Port: Univerzális port — a G_Portnál általánosabb működésre képes: E_Port, F_Port vagy FL_Port

•

N_Port: Nem loop-képes csomóponti port. Eszköz csatlakoztatása kapcsolóhoz

•

NL_Port: loop-képes csomóponti port. Eszköz csatlakoztatása kapcsolóhoz (L_Port vagy FL_Port ) loop konfigurációban

Óbudai Egyetem



90

Fibre Channel login Az eszközök csatlakozásakor, kapcsolatépítéskor különböző login-folyamatok játszódnak le: • Port login (session felépítés két N_Port között) •

Process login

•

Fabric login

(részletesen nem ismertetjük) Fibre Channel fabric services A kapcsolók és a directorok az eszközök számára elosztott szolgáltatásokat nyújtanak: • Management services •

Time services

•

Simple name server

•

Login services

•

Registered State Change Notification (RSCN)

(részletesen nem ismertetjük) Óbudai Egyetem



91

Fibre Channel routing mechanizmus Kapcsolók, directorok, esetleg más hálózatok (LAN/WAN) közötti forgalom biztosítása • Spanning tree: Redundancia alternatív útvonalakkal. Egy aktív útvonal • IEEE 802.1 standard • Útvonal választás: fabric shortest path first (FSPF) • Minden útvonal automatikusan létrejön indításkor • Működése hasonlít az OSPF protokolléhoz • Az útvonalak jóságát az ugrások száma határozza meg

Óbudai Egyetem


92

9.4 Fibre Channel biztonság

Óbudai Egyetem


9.4 Fibre Channel biztonság(1)

93

Fibre Channel biztonság A SAN-okkal kapcsolatos biztonságnak az alábbi területekre kell kiterjedniük: •

Biztosítani kell, hogy csak meghatározott eszközök (kapcsolók, HBA-k) csatlakozhassanak a SAN infrastruktúrához

•

Az infrastruktúra felügyeletét biztonságossá kell tenni

•

A konfiguráció változásait naplózni kell

•

Szabályozni kell a SAN-hoz csatlakozó állomások hozzáférését az egyes LUN-okhoz

•

Az adattovábbítást titkosítani kell

•

Az adattovábbítás integritását biztosítani kell

•

Az ANSI T11 group az FC-SP projekt keretében 2002 óta foglalkozik a SAN környezetben alkalmazható biztonsági technológiák kidolgozásával

•

Az FC-SP egy biztonsági keretrendszer, amely magában foglalja a Fibre Channel eszközök hitelesítését, a biztonságos kulcscserét, és a kriptográfiailag biztonságos kommunikációt az FC eszközök között

•

Az FC-SP a hálózaton áthaladó adatok biztonságára koncentrál, és nem foglalkozik az adattárolás biztonságával

Óbudai Egyetem



94

Fibre Channel Authentication Protocol •

A Switch Link Authentication Protocol (SLAP/FC-SW-3) egy bizalmi viszonyt épít ki az FC infrastruktúrát alkotó eszközök egy régiójában

•

Ehhez az összes eszköznek közreműködnie kell: kapcsolók, HBA-k

•

A Brocade és az Emulex kidolgozott egy másik protokollt, a Fibre Channel Authentication Protocol (FCAP), amely a SLAP utódja

•

Az FCAP egy Public Key Infrastructure (PKI) alapú technológia a bizalmi viszony kialakítására az FC infrastruktúrát alkotó eszközök tartományában

Óbudai Egyetem



95

Virtual SAN-ok (VSAN) •

Virtuális FC SAN infrastruktúra (fabric) kialakításának lehetősége

•

A VLAN-ok mintájára készült

•

A Cisco dolgozta ki

•

2004-ben az InterNational Committee for Information Technology Standards (INCITS) T11 bizottsága választotta ki a Cisco megoldását, és javasolta az ANSI-nak elfogadásra

•

Ugyanaz a hardver infrastruktúra logikailag több, különálló infrastruktúrának tekinthető

•

VSAN-ok kialakításának előnyei: jobb méretezhetőség, a tartományok függetlensége, nagyobb biztonság

•

Minden VSAN rendelkezik saját hardver zónákkal, dedikált fabric szolgáltatással, menedzsment lehetőséggel

•

A VSAN-ok forgalma elkülönül

•

A VSAN-ok között nincs átjárás

Óbudai Egyetem



96

Egyéb biztonsági megoldások •

Zónák kialakítása

•

LUN maszkolás

•

Az adatátvitel biztonsága o

Az adattovábbítást titkosítani kell

o

Az adattovábbítás integritását biztosítani kell

o

A LAN-éval azonos biztonságra van szükség

o

Az FC-SP az IP hálózatokban használt biztonsági megoldásokat javasolja: FCPAP hivatkozik a Secure Remote Password Protocolra (SRP), RFC 2945 DH-CHAP hivatkozik a Challenge Handshake Authentication Protocolra (CHAP) RFC 1994 FCSec hivatkozik az IP Security-ra (IPsec), RFC 2406 Az FCSec javasolja az alábbi eszközök közötti hitelesítést: Node-to-node Node-to-switch Switch-to-switch

Óbudai Egyetem



97

Zónázás • Lehetővé teszi a kapcsolt hálózat szegmentálását •

Különböző környezetek alakíthatók ki

•

Csak az azonos zónában lévő csomópontok kommunikálhatnak egymással

•

Biztonsági szerepet tölt be

Óbudai Egyetem



98

Zónázás (folytatás) Két megvalósítása van: •

Hardver zónázás o

A fabric fizikai port számaira épül

o

A zóna elemei a kapcsolóportok

o

A zónák és a kapcsolóportok kapcsolata lehet: One-to-one One-to-many Many-to-many

o

ASIC végzi a műveletet

o

Nagyobb biztonság a SW-hez képest

o

Portváltás nehézkes

Óbudai Egyetem



99

Zónázás (folytatás) •

Szoftver zónázás o

A fabric kapcsoló operációs rendszere valósítja meg

o

A Name Server és az FCP együttesen tesz lehetővé a működést

o

A Name Server csak a saját zónához tartozó portokkal válaszol

o

Az eszköz bejelentkezéskor lekéri a rendelkezésre álló tároló eszközöket. A simple name server (SNS) kikeresi a zónatáblából a zónába tartozó eszközöket

Óbudai Egyetem



100

LUN masking •

Biztonsági szolgáltatás

•

A szerverek kérhetik a SAN-tól bizonyos LUN-ok használatát

•

Nem szabad megengedni, hogy egy-egy szerver tetszőlegesen hozzáférjen bármelyik LUN-hoz biztonsági okokból

•

A LUN masking teszi ezt lehetővé

•

A tároló engedélyezheti vagy tilthatja a szervereknek az egyes LUN-ok elérését

•

A LUN masking menedzsment szoftverekkel konfigurálható a tárolóban

•

A tároló hozzáférés kérés esetén hozzáférés listák alapján engedélyezi vagy tiltja a hozzáférést

Óbudai Egyetem


101

9.5. A Fibre Channel technológia jövője

Óbudai Egyetem


9.5 A Fibre Channel technológia jövője(1)

102

A Fibre Channel technológia jövője

Óbudai Egyetem


103

10. IP tároló hálózatok (IP Storage Networks)

Óbudai Egyetem


10. IP tároló hálózatok (IP Storage Networks) (1)

104

Az IP tároló hálózatok jellemzői •

Az IP SAN ötlete 2000-ben alakult ki

•

Szerverek és tároló eszközök összekapcsolása, és blokk átvitel Ethernet/IP hálózaton keresztül

•

Kiérlelt hálózati technológia és a blokk átvitelt biztosító eszközök együttes használata SAN kialakítására

•

A technológia neve: Internet Small Computer Systems Interface, röviden iSCSI

•

Egyetlen hálózati technológia használata adatátvitel és a tároló forgalom biztosítására (konszolidáció)

•

Az iSCSI protokoll SCSI parancsokat, adatokat és állapot információt visz át az SCSI Initiator és az SCSI Target között TCP/IP hálózaton keresztül

Óbudai Egyetem


105

10.1 Internet SCSI tároló hálózatok (iSCSI)

Óbudai Egyetem


10.1 Internet SCSI tároló hálózatok (iSCSI) (1)

106

Az iSCSI tároló hálózat protokoll szintű felépítése

Óbudai Egyetem



107

iSCSI – protokoll rétegek

Óbudai Egyetem



108

Az iSCSI tároló hálózatok jellemzői • Az iSCSI protokoll a szerverekben és a tároló eszközökben van megvalósítva • Végpontok között működő iSCSI protokoll • A Fibre Channel protokoll itt egyáltalán nem játszik szerepet Tisztán iSCSI tároló hálózat

Óbudai Egyetem



109

Az iSCSI protokoll értékelése •

Előnyei: o Közös Gigabit Ethernet és IP protokoll használata LAN és SAN célra o Alacsonyabb költségű megoldás lehet az FC-hez képest o Gigabit átviteli teljesítmény o Egységes hálózat menedzsment o Kiterjeszthető MAN és WAN hálózatokra o Optimalizált szolgáltatói architektúra o Jól képzett hálózati szakember gárda rendelkezésre áll o Jól meghatározott fejlesztési irány: 10 Gbps+

•

Hátrányai: o Viszonylag új technológia o Új IP szabványok állnak fejlesztés alatt o A végberendezések cseréje szükséges (adapterek)

Óbudai Egyetem



110

Tároló architektúrák – protokoll rétegek

Óbudai Egyetem



111

A Fibre Channel és az Ethernet/IP hálózati infrastruktúra (fabric) összehasonlítása

Óbudai Egyetem


112

10.2 Fibre Channel over IP – FCIP

Óbudai Egyetem


10.2 Fibre Channel over IP – FCIP) (1)

113

A Fibre Channel over IP jellemzői •

Gyakran Fibre Channel alagútnak vagy tároló alagútnak is nevezik

•

Az FC információt az IP protokoll szállítja

•

Olcsó megoldást kínál földrajzilag távol eső SAN hálózatok összekapcsolására

•

Az FCIP a Fibre Channel adatblokkokat TCP szegmensekbe ágyazva továbbítja az IP hálózaton

•

A TCP összeköttetés hivatott a távoli SAN rendszerek közötti kapcsolat megteremtésére

•

A hálózati torlódások vezérlését és felügyeletét, valamint a hibakezelést a TCP/IP szolgáltatás végzi el, és nincs hatással az FC szolgáltatásra

•

Az IP nem helyettesíti az FC-t, csak alagutat biztosít az FC hálózatok között

•

Az IP-re kizárólag az olyan nagy távolságok, áthidalása miatt van szükség, amely a jelenlegi FCP SAN technológia távolságkorlátját meghaladja

•

Lényege: elosztott SAN szigetek összekapacsolása a meglévő IP infrastruktúra segítségével, miközben az eredeti FC kiszolgálást érintetlenül hagyja

Óbudai Egyetem


10.2 Fibre Channel over IP – FCIP) (2)

114

Az FCIP alagút protokoll szerkezete

FCIP átjáró

Óbudai Egyetem

FCIP átjáró


115

10.3 Internet Fibre Channel Protocol – iFCP

Óbudai Egyetem


10.3 Internet Fibre Channel Protocol – iFCP (1)

116

Az Internet Fibre Channel Protocol (iFCP) jellemzői •

Adatokat visz át SAN-okban lévő Fibre Channel tárolókból és tárolókba a TCP/IP hálózaton keresztül

•

Egyesít már létező SCSI és FC hálózatokat az Internettel

•

Az iFCP egy FCP-t irányító megoldás ellentétben az FCIP-vel, amely egy alagút technológiát használó megoldás

•

A lényegi különbség a FCIP-hez képest, hogy az iFCP helyettesíti az FC alsó rétegbeli szállító protokollját a TCP/IP-vel és a Gigabit Ethernettel

•

A Fibre Channel eszközök egy iFCP átjáróra vagy kapcsolóra csatlakoznak, és minden FC kapcsolat a helyi átjáróban végződik, majd az iFCP segítségével egy TCP/IP kapcsolattá alakul át

•

A távoli átjáró vagy kapcsoló fogadja az iFCP kapcsolatot, majd egy FC kapcsolatot kezdeményez

•

Az iFCP vonzereje, hogy azon felhasználók, akik sokféle FC eszközzel rendelkeznek, és ezeket az eszközöket az IP hálózatra szeretnék csatlakoztatni, az iFCP-vel megtehetik ezt

Óbudai Egyetem


10.3 Internet Fibre Channel Protocol – iFCP (2)

117

Az iFCP protokoll szerkezete • Az FC-2 réteget IP-re cserélték

Óbudai Egyetem


118

10.4 FCIP, iFCP vagy iSCSI?

Óbudai Egyetem


10.4 FCIP, iFCP vagy iSCSI? (1)

119

A három IP alapú protokoll egymás mellett

Óbudai Egyetem


10.4 FCIP, iFCP vagy iSCSI? (2)

120

IP technológiák néhány előnyös tulajdonsága •

A szervezeti egységek elszigeteltségének enyhítése

•

Az erőforrás megosztás megkönnyítése

•

Új technológiára áttérés és integráció megkönnyítése

•

Diszk rendszerek távoli replikációjának megkönnyítése

•

Diszk és szalagos tárolók távoli elérése

•

SAN-okhoz csatlakozás alacsony költséggel

•

FC SAN-ok közti irányítás lehetővé tétele

•

Távolságkorlátok eltűnése

Óbudai Egyetem


121

11. Fibre Channel over Ethernet (FCoE) [12]

Óbudai Egyetem


11. Fibre Channel over Ethernet (FCoE) (1)

122

Hagyományos szerver interfészek •

Óbudai Egyetem

Külön-külön adapterek az Ethernet és az FC forgalom számára



123

Hagyományos szerver interfészek •

Külön-külön adapterek az Ethernet és az FC forgalom számára

•

Kettős hálózat: LAN + SAN

Óbudai Egyetem



124

Konszolidált szerver interfészek •

Az adapterek kiszolgálják a LAN és a SAN forgalmat is

•

Egyetlen hálózat

Óbudai Egyetem



125

Konszolidált hálózat •

Az adapterek kiszolgálják a LAN és a SAN forgalmat is

•

Egyetlen hálózat

Óbudai Egyetem



126

Az FCoE technológia jellemzői •

FC keretek továbbítása full duplex IEEE 802.3 (Ethernet) hálózaton

•

Az adat- és a tároló-hálózat konszolidációja

•

Továbbítás 10 Gigabit kapcsolt Ethernet hálózaton megőrizve az FC protokollt

•

Számos gyártó támogatja

•

Az FCoE helyettesíti az FC0 és az FC1 réteget Ethernettel, de független marad az Ethernet továbbítási mechanizmusától

Óbudai Egyetem



127

Az FCoE technológia jellemzői •

Óbudai Egyetem

FC protokoll beágyazása Ethernet keretbe



128

FCoE keret felépítése [8] •

Óbudai Egyetem

FC protokoll beágyazása Ethernet keretbe



129

Az FCoE technológia jellemzői • Megmarad az eredeti FC konstrukció, ezért tökéletesen összekapcsolható a létező FC hálózattal •

Tipikusan adatközponti alkalmazásra szánták, mivel az Ethernet nem irányítható protokoll

•

Az FCoE nem használja az IP-t

•

Ugyanakkor együtt tud működni a hagyományos Ethernet/IP forgalommal

•

A hagyományos Ethernet az FC-vel ellentétben nem garantálja a kézbesítést (lossy)

•

Az IEEE 802.1 Data Center Bridging Task Group kidolgozta a veszteségmentes (loss-less) Ethernet szabványt. 3 alapvető követelmény: o

Native fibre channel keret beágyazása Ethernet keretbe

o

Veszteségmentes Ethernet kiterjesztés

o

FC összeköttetés helyettesítése Ethernet MAC címekkel

•

Az FCoE fabric FCoE kapcsolókból épül fel (kapcsolók Ethernet portokkal, FCoE képességgel: FC Forwarder - FCF)

•

Lehetnek hagyományos Ethernet kapcsolók is a hálózatban

Óbudai Egyetem



130

Integrált Ethernet és FCoE kapcsoló FC csatlakozókkal • Veszteségmentes (Lossless) Ethernet: o Converged Enhanced Ethernet (CEE) o Data Center Bridging (DCB) • Converged Enhanced Ethernet (CEE) tulajdonságok: o IEEE 802.3x (PAUSE) o Jumbo keret támogatása o Priority-based flow control Dummy

Óbudai Egyetem



131

IEEE Data Center Bridging (DCB) •

Ethernet kiterjesztések

•

Elősegítik az adat- és tároló-hálózati forgalom konszolidációját az adatközpontokban

•

Veszteségmentes Ethernet

•

Összetevői:

Óbudai Egyetem



132

DCB - Priority-based Flow Control (PFC) •

Virtuális kapcsolatokat alakít ki (Virtual Links - VL)

•

Ezeken Ethernet prioritást kezel

•

IEEE 802.1Q tag-ek továbbítják a prioritást (8 prioritás)

•

Virtual Link PAUSE keretekkel oldja meg az adatfolyam vezérlést (flow control)

•

Minden Virtual Link kezeli a:

Óbudai Egyetem

o

Puffer allokációt

o

Sávszélesség allokációt

o

Keret-eldobás típust (Drop, No Drop, Delayed Drop)



133

DCB - Priority-based Flow Control (PFC) •

Virtual Lanes/Links

•

Max. 8 VL egy-egy fizikai összeköttetésen

•

QoS sorok kezelése a virtuális összeköttetésen belül

Óbudai Egyetem



134

DCB - Enhanced Transmission Selection (ETS) •

Óbudai Egyetem

Priority Groups



135


A fizikai link teljes sávszélessége százalékosan fel van osztva a prioritás csoportok között (Priority Groups)

•

A prioritás csoportok sávszélessége pedig százalékosan fel van osztva szolgáltatás osztályok (802.1p) között

Óbudai Egyetem



136


Az ETS lehetővé teszi az optimális sávszélesség menedzselését a virtuális linkeken

•

A PFC meghatározza az egyes forgalmi osztályok (IEEE 802.1p) számára rendelkezésre álló sávszélességet (deficit weighted round robin (DWRR))

•

Az ETS megengedi a nem használt sávszélesség kihasználását alacsonyabb prioritású osztályok számára

Óbudai Egyetem



137

DCB - Congestion Notification •

L2 menedzsment protokoll

•

A torlódást észlelő kapcsoló értesíti a hálózati határán lévő kapcsolót a torlódásról, amely csökkenti a keret kibocsátás ütemét (rate limit or back pressure)

•

Tipikusan az elosztási réteg kapcsolója értesíti a hozzáférési réteg kapcsolóját

Óbudai Egyetem



138

DCB - Data Center Bridging Exchange (DCBX) Protocol •

Óbudai Egyetem

Ethernet paraméterek automatikus cseréje kapcsolók és végpontok között: o

Priority groups in ETS

o

PFC

o

Congestion Notification

o

Applications

o

Logical link-down

o

Network interface virtualization



139

I/O Consolidation Virtualization Fabric for Enterprise Data Center •

Cisco Nexus 5020

•

OS: Cisco NX-OS

•

Menedzsment: Cisco Fabric Manager and Cisco Data Center Network Manager

Óbudai Egyetem



140

Az FC keretek továbbítása

Óbudai Egyetem



141

FC kereteket veszteségmentes Ethernet továbbítja

Óbudai Egyetem



142

Topológiák: FCoE kapcsoló és FC fabric •

Az FCoE kapcsoló az FC kapcsolóhoz csatlakozik az FC_E porton keresztül FCoE szerverek és tárolók valószínűleg FCoE HBA-t (chip set) alkalmaznak

Óbudai Egyetem



143

Topológiák: Combo FCoE fabric •

Óbudai Egyetem

Egy veszteségmentes Ethernet fabric Combo FCoE kapcsolókból is állhat



144

Topológiák: Ethernet fabric és FCoE kapcsoló •

Óbudai Egyetem

Veszteségmentes Ethernet kapcsolók veszteségmentes Ethernet fabricként vannak konfigurálva, és egy FCoE kapcsoló csatlakozik hozzá



145

Topológiák: FCoE határponti kapcsolók • •

Óbudai Egyetem

Az FCoE kapcsolók a veszteségmentes Ethernet fabric határán csatlakoznak a hálózathoz Az FCoE kapcsolók az FC_E portjukkal csatlakoznak az Ethernet kapcsolókhoz



146

Egy modern tároló rendszer

Óbudai Egyetem


147

12. Network Access Storage (NAS)

Óbudai Egyetem


12. Network Access Storage (NAS) (1)

148

A Network Access Storage jellemzői • • • • • • •

Óbudai Egyetem

NAS hálózatra kapcsolódó számítógép, amelynek kizárólagos célja fájlszolgáltatás biztosítása más eszközök számára hálózaton keresztül Tatalma: speciális vagy általános célú számítógép, diszkekkel vagy RAID alrendszerrel, operációs rendszer, egyéb szoftver Funkciók: adattárolás, fájl rendszer, hozzáférés vezérlés fájlokhoz, menedzsment Általában nincs egyéb szolgáltatás Nincs billentyűzet és monitor Hálózatról felügyelik gyakran HTTP protokollon keresztül Fájl szerverektől különbözik: nincs egyéb szolgáltatás, fájl szolgáltatásra optimalizált



149

Topológia

Óbudai Egyetem



150

Topológia

IP hálózaton keresztül érhető el

NAS átjárón keresztül a tárolást SAN biztosítja

Óbudai Egyetem



151

A Network Access Storage jellemzői (folytatás) •

Gyakran egy általános célú operációs rendszert „csontoznak ki” NAS célra. Pl.: o

FreeNAS (open source) a FreeBSD egy változata

o

NASLite optimalizált Linux változat

o

NexentaStor a NexentaOS-re épül (OpenSolaris kernel, Linux user interfész)

•

Tároló rendszer változtatása és kezelése lehetséges működő környezetben is

•

NAS tehermentesíti a többi szervert a fájlszolgáltatástól

•

NAS leggyakrabban az NFS-t (Network File System) és a CIFS-t (Common Internet File System) használja a fájlszolgáltatáshoz

•

NAS tárolást és fájlrendszert egyaránt biztosít (SAN csak blokk elérésű tárolást tesz lehetővé)

•

A NAS-t és a SAN-t gyakran együtt használják (SAN-NAS hibrid), a NAS a tároló funkciót a SAN-tól veszi igénybe

•

A NAS és a SAN határvonal elmosódni látszik. Ugyanaz a készülék mindkét funkciót biztosítja: fájlszolgáltatás és blokkos tároló szolgáltatás. Pl.: Openfiler

Óbudai Egyetem



152

A NAS előnyei • Rendelkezésre állás növekedhet (RAID, egyéb redundancia, klaszter kialakítás) •

A kizárólagos tevékenység miatt nagyobb teljesítmény a fájlszerverekhez képest

•

Nagy terhelés esetén speciális tervezés szükséges és alternatív adatútvonalak

•

A tároló gazdaságosan kihasználható, egyszerűen bővíthető

A NAS hátrányai •

Kisebb teljesítmény érhető el a DAS/FC rendszerekhez képest

•

NAS nehezen upgrade-elhető

•

Tükrözése nem hatékony (NFS-en és hálózaton keresztül)

Óbudai Egyetem



153

A NAS felhasználása •

Alapszolgáltatás: központosított fájlszolgáltatás szerverek és ügyfelek számára

•

Egyszerűbbé teszi az egyéb szolgáltatások biztosítását: o

terhelésmegosztás

o

hibatűrő web és

o

e-mail szolgáltatás

•

Kis-, közép- és nagyvállalati szektorba is gazdaságosan használható

•

Új piaca a fogyasztói szegmensben nagytömegű multimédia adatok tárolására

•

Pl.: Buffalo TeraStation, Linksys NSLU2

Óbudai Egyetem


154

12.1 Fájl rendszerek NAS és SAN környezetben

Óbudai Egyetem


12.1 Fájl rendszerek NAS és SAN környezetben (1)

155

Fájl rendszerek feladatai, jellegzetességei • A fájl rendszerek általános feladata:

•

o

Elvégzi a fájlok és a fizikai blokkok összerendelését (File Allocation Table)

o

Nyilvántartja a szabad blokkokat

o

Végrehajtja az alkalmazások olvasás/írás műveleteit

o

Kezeli a könyvtárstruktúrát

o

Kezeli a fájl gyorsító tárat (cache)

A hálózati tárolók fájl rendszereit és fájljait egyidejűleg több számítógépről is használják. Ilyen rendszerek pl.: o

Általános fájl kiszolgálók

o

Klaszter technológia (használata növeli a teljesítményt, lehetővé teszi a hálózati terheléselosztást és nagyobb rendelkezésre állást biztosít)

•

Osztott fájl rendszerre (Shared File System) van szükség

•

A fájl rendszernek biztosítania kell az adatok konzisztenciáját

•

NAS esetén kizárólag a NAS szerver kezeli fájl rendszert és fér hozzá az adatblokkhoz. Az adat konzisztencia biztosított. Az alkalmazások a NAS szerverhez fordulnak fájl adatokért a hálózaton keresztül

Óbudai Egyetem



156

Fájl kiszolgálás NAS környezetben

Óbudai Egyetem



157

Fájl kiszolgálás SAN környezetben (Cluster File System) •

SAN esetén a hálózati eszközök közvetlenül elérik az adatblokkokat

•

A SAN biztosítja a diszkek osztott elérését (Shared Disks), de önmagában nem biztosítja a fájl rendszer osztott elérését (Shared File System)

•

Az osztott fájl elérést az ún. klaszter fájl rendszernek (Cluster File System) kell biztosítania

•

E nélkül sem a diszk terület allokációjának, sem a fájl adatoknak a konzisztenciája nem biztosított

•

Hagyományos fájl rendszer csak akkor használható, ha csak egy számítógép használja a fájl rendszert

•

SAN esetén a hálózati eszközök közvetlenül elérik az adatblokkokat

•

A klaszter fájl rendszer egy beágyazó (wrapper) fájl rendszert létesít a hagyományos fájl rendszer köré

Óbudai Egyetem



158

Fájl kiszolgálás SAN környezetben (Cluster File System) (folytatás) •

Az osztott fájl rendszert használó eszközök (szerverek/állomások) a hálózaton keresztül (FC, Ethernet/IP vagy speciális összeköttetés: cluster interconnect) kommunikálnak és szinkronizálják tevékenységüket

•

Blokk olvasás: File1, Blokk5 o

•

Óbudai Egyetem

Az alkalmazás a beágyazó fájl rendszerhez fordul, ez továbbítja a kérést a hagyományos fájl rendszerhez, amely kiolvassa az adat blokkot a SAN-on keresztül.

Blokk írás: File2, Blokk7 o

Az alkalmazás a beágyazó fájl rendszerhez fordul, ez a hálózaton keresztül értesíti a többi a beágyazó fájl rendszert a változásról, amelyek törlik a blokkot a gyorsító tárukból

o

A beágyazó fájl rendszer a hagyományos fájl rendszeren keresztül elvégzi az esetleges blokk allokációt

o

Értesíti a többi szerver beágyazó fájl rendszerét az allokációs tábla módosulásáról

o

A fájl rendszer elvégzi a blokk kiírását a diszkre a SAN-on keresztül



159

Fájl kiszolgálás SAN környezetben (Cluster File System)

Óbudai Egyetem



160

Példák klaszter fájl rendszerre

Klaszter fájl rendszer

Operációs rendszer

Tru64 Cluster 5.x

HP Tru64

VERITAS Cluster File System

Sun Solaris, HP/UX

Sun Cluster 3.0

Sun Solaris

Generalized Parallel File System IBM AIX, Linux (GPFS) DataPlow

Linux, Solaris, Windows, IRIX

PolyServe

Linux

GFS

Linux

NonStop Cluster

Unixware

Óbudai Egyetem


161

12.2 IBM Generalized Parallel File System (GPFS)

Óbudai Egyetem


12.2 IBM Generalized Parallel File System (GPFS) (1)

162

A GPFS jellemzői •

IBM termék

•

Használható AIX és Linux (Red Hat és SUSE Linux) klaszterekben, akár vegyesen is

•

Nagy sebességű fájl elérés egyidejűleg több (ezer) eszközről

•

Párhuzamos alkalmazások konkurensen olvashatják és írhatják ugyanazokat a fájlokat különböző csomópontokról

•

A konzisztenciát bájt és blokk szintű zárolás, zárolásmenedzsment és naplózás biztosítja

•

Grid rendszerekben is használható

•

Fájlok elérése standard UNIX fájlrendszer interfészen keresztül

•

Max. 256 fájl rendszer mountol-ható

•

Tároló menedzsment szolgáltatás

•

Information Life Cycle menedzsment

•

Központosított adminisztráció

•

High performance computing (HPC) támogatás

Óbudai Egyetem



163

A GPFS adminisztrációja • Menedzselhető a klaszter bármelyik csomópontjáról •

Fájl kvóta állítható

•

Snapshot készíthető a GPFS fájl rendszerről egy adott időpontban. Ez lehetővé teszi a backup program és a rendes adatforgalom egyidejű használatát

•

A GPFS fájl rendszer SNNP interfésszel rendelkezik, így hálózat menedzsment eszközökkel is felügyelhető

•

Támogatja a Data Management API (DMAPI) interfészt (az X/Open data storage management API IBM implementációja)

•

IBM Tivoli® Storage Manager (TSM) segítségével Hierarchical Storage Management (HSM) biztosítható

•

Hozzáférés vezérlés:

• Óbudai Egyetem

o

Standard hozzáférési módok read (r), write (w) és execute (x) kiterjesztése a file owner, file group és other felhasználókon kívül további felhasználókra és csoportokra

o

Új hozzáférési mód, a control (c) vezérli, hogy ki menedzselheti az ACL-eket

o

A hagyományos ACL-en kívül a GPFS támogatja az NFS V4 ACL-t

A GPFS fájl rendszer exportálható NFS-sel és Samba-val  Schubert Tamás, 2012


164

Rendelkezésre állás • A GPFS hibatűrő rendszer •

Támogatja az adat-replikációt

•

Folyamatosan figyeli a fájlrendszer komponensek működését

•

Hiba esetén automatikusan helyreállítja a működést

•

Kiterjedt naplózással és a helyreállító képességével biztosítja az adatok és meta adatok konzisztenciáját

Information lifecycle management (ILM) • A tárolás (költség)hatékonyságának felügyelete policy által meghatározott automatizmussal •

Több rétegű tárolás (Multi-tiered) menedzselése

•

A tárolás költségének és az adatok értékének párosítása tároló készletekkel (storage pool), fájl készletekkel (fileset) és felhasználó által definiált policy-k segítségével

•

Storage pool: belső/külső tárolók (storage menedzsment alkalmazás), diszkek (SATA/SCSI) szalag, stb. Csoportosítás: költség, elérés sebessége, megbízhatóság szerint

•

Fileset: a fájlrendszer egy része (sub-tree)

Óbudai Egyetem



165

Information lifecycle management (ILM) (folytatás) • A tárolás helyét, és a különböző tároló készletek közötti mozgatás módját a policy-kben megadott szabályok határozzák meg •

Két policy típus létezik: o

Fájl elhelyezés (File placement) attribútumok (fájlnév, felhasználó, csoport vagy fileset) alapján meghatározza, hogy a fájl létrehozásakor milyen tárolóba kerüljön

o

Fájl menedzsment (File management) meghatározza, hogy a fájl struktúrabeli hely megváltoztatása nélkül a fájl milyen tárolóra kerüljön át. Attribútumok lehetnek: ua. mint a file placement + utolsó hozzáférés időpontja, a fájl mérete, felhasználó, stb. Pl.:

Óbudai Egyetem

•

‘Törölni kell minden *.temp nevű fájlt, amelyet 180 napja nem használtak’

•

‘Minden 2GB-nál nagyobb fájlt át kell mozgatni Poolt-re’

•

‘XY 4GB-nál nagyobb fájljait a SATA storage pool-ba kell költöztetni

o

Storage pool küszöbértékére (threshold) alapuló policy: pl. költöztetés 80% telitettség esetén

o

A policy szabályok szintaxisa az SQL-re épül, és összetett szabályok alakíthatók ki



166

Klaszter konfigurációk: • SAN Attached Storage •

Network block IO

•

Sharing data between clusters: Multi-cluster

SAN Attached Storage

Óbudai Egyetem



167

SAN Attached Storage • A szerverek kizárólag a tároló hálózaton (pl. FC SAN) keresztül használják a tárolót •

A vezérlő információk a LAN-on át haladnak a szerverek között

•

Használata: nagy sebességet igénylő alkalmazások. A szerverek a fájl szolgáltatást NFS-en vagy Sambán keresztül biztosítják az ügyfél rendszerek számára

•

Pl.: digitális média alkalmazások, grid infrastruktúra

SAN Attached Storage

Óbudai Egyetem



168

Network block IO

Óbudai Egyetem



169

Network block IO •

Nem mindegyik csomópont csatlakozik a SAN-ra

•

Ezek az eszközök a LAN-on keresztül érik el a blokk-szolgáltatást a Network Shared Disk (NSD) interfész segítségével

•

A fájl rendszer az ügyfelek számára az NSD szervereken keresztül érhető el

•

Az adat és vezérlő információ továbbítására a TCP/IP protokollt használja

•

A LAN nem feltétlenül dedikált, de kellő sávszélességgel kell rendelkeznie

•

A GPFS támogatja a 10 Gigabit Ethernet, a Myrinet és az InfiniBand protokollt

•

A SAN Attached Storage és a Network block I/O közti választás a szükséges teljesítmény és költség kérdése

•

Használata: grid rendszerek, Web alkalmazások

Óbudai Egyetem



170

Sharing data between clusters: Multi-cluster

Óbudai Egyetem



171

Sharing data between clusters: Multi-cluster •

A fájlok megoszthatók a különböző klaszterek között is

•

Ez nagyobb teljesítményt nyújt, mint az NFS és a Samba, de nem helyettesíti

•

Az NFS és a Samba inkább a munkaállomásokat szolgálja ki, vagy kevésbé megbízható hálózati környezetben használják

•

Használata: adatok megosztása különböző együttműködő csoportok között, pl. részlegek vagy telephelyek

Óbudai Egyetem


172

13. IBM System Storage N Series - Gateway model

Óbudai Egyetem


13. IBM System Storage N Series - Gateway model (1)

Óbudai Egyetem

173



Óbudai Egyetem

174



175

Jellemzők •

Hálózat-alapú virtualizációs megoldás

•

Képes virtualizálni heterogén típusú tároló tömböket

•

Dinamikus virtualizációs képesség

•

Data ONTAP mikrokernel operációs rendszere segítségével egyesített architektúrájával blokk- és a fájlszolgáltatást nyújt

•

Az N series Gateway úgy viselkedik mint a SAN tömb egy állomása

•

NAS, SAN vagy IP SAN adatelérés

Óbudai Egyetem



176

Heterogén SAN tömbök használata

Óbudai Egyetem



177

Egyesített NAS – SAN topológia

Óbudai Egyetem



178

Data ONTAP operációs rendszer •

Robusztus, multi-tasking, real-time micro-kernel

•

Hasonlít a Unix-hoz

•

A Network Appliance, Inc. terméke

•

Az ONTAP kernel komponensei: o

Network interface driver

o

RAID manager

o

Write Anywhere File Layout (WAFL) file system

•

Saját parancskészlettel rendelkezik

•

NTLM támogatás

•

DES encryption

•

Hozzáférés szolgáltatás a kernelbe építve

Óbudai Egyetem



179

Data ONTAP operációs rendszer komponensei •

WAFL Protection RAID & Mirroring

•

NVRAM menedzsment

•

WAFL virtualizáció

•

Snapshot menedzsment

•

File Services

•

Block Services

•

Network layer

•

Protocol layer

•

System Administration

Óbudai Egyetem



180

Write Anywhere File Layout (WAFL) file system •

Gyors NFS szolgáltatás

•

Nagy fájl rendszerek támogatása (N x 10 TB), amelyek dinamikusan növelhetők

•

Nagy teljesítmény RAID támogatás mellett

•

Gyors újraindulás áramkimaradás vagy rendszer összeomolás esetén

•

Hasonlít a UNIX fájl rendszerekre (Berkeley Fast File System (FFS) és TransArc Episode file system)

•

Blokk-alapú tárolás, fájlok leírása inode segítségével

•

4 KB méretű blokkok (töredékek nincsenek)

•

A meta-adatokat fájlokban tárolja: o

•

Óbudai Egyetem

Az inode fájl tárolja az inodeokat a fájl rendszer számára

o

A block-map fájl azonosítja a szabad blokkokat

o

Az inode-map fájl azonosítja a szabad inodeokat

A meta-adatok fájlokban való tárolása teszi lehetővé, hogy a diszkeken bárhova kerülhetnek. Ez növeli a hatékonyságot


181

14. Tároló virtualizáció – Storage Virtualization

Óbudai Egyetem


14. Tároló virtualizáció – Storage Virtualization (1)

182

A tároló virtualizáció definíciója •

A tároló virtualizáció a fizikai tároló rendszer logikai absztrakciója

•

Elrejti a fizikai tároló eszközök bonyolultságát és speciális követelményeit a rendszerfelügyelet elől

•

Megkönnyíti és költséghatékonnyá teszi a különböző típusú, elosztott tároló rendszerek adminisztrációját

•

Eltávolítja a tároló rendszerek nézőpontját a fizikai szintről

•

Célja: a költségek csökkentése az integritás és a teljesítmény csorbítása nélkül

•

A Compaq’ Enterprise Network Storage Architecture (ENSA) kezdeményezés szerint: „A tárolásnak szolgáltatássá kell válnia, amely megbízhatóan és transzparensen a felhasználók rendelkezésére áll, és a háttérben professzionális eszközökkel és technológiákkal menedzselhető. Ez a diszkek nagy, konszolidált tömbökbe szervezésével, és a felhasználói alkalmazások virtuális diszkekkel való ellátásával érhető el.”

A különböző virtualizációs technológiák és megoldások között a SNIA modellje teremtett rendet Óbudai Egyetem



183

A virtualizációs technológiák SNIA modellje

Disk Virtualization

Óbudai Egyetem



184

Mit virtualizálunk? • Diszk: Cilinder, fej, szektor virtualizációja logikai blokk címekké (LBA) •

Blokk: elkülönült tárolók logikai blokkjai egyesített tárolóvá alakítható

•

Szalag rendszer: szalag meghajtók és szalag rendszerek közös szalagrendszerré alakítható

•

Fájl rendszerek: teljes fájl rendszerek elosztott fájl rendszerré virtualizálhatók

•

Fájl vagy rekord: fájlok vagy rekordok virtualizálhatók különböző köteteken

Hol végezzük el a virtualizációt? • Állomás/szerver: virtualizáció a számítógépen történik •

Tároló rendszer: virtualizáció a tároló rendszeren történik

•

Hálózat: intelligens infrastruktúra (fabric) vagy SAN-csatolt hardver eszköz (appliance)

Hogyan végezzük el a virtualizációt? • In-band: a vezérlés és az adatútvonal azonos • Óbudai Egyetem

Out-of-band: a vezérlés és az adatútvonal különbözik  Schubert Tamás, 2012


185

Elvárások a virtualizációval szemben •

Automatizmus: bizonyos visszatérő feladatokat önműködően elvégez a rendszer. Pl.: további tárterület allokálása egy szerver számára, vagy a tároló bővítés automatikus felismerése

•

Irányelv alapú automatizmus: a rendszer felismeri, hogy az adatokat milyen rendelkezésre állású tárolóra kell tennie, mely adatokat kell olcsóbb tárolóra írnia, vagy mely adatokat kell replikálnia, stb. Több szintű infrastruktúra: kezeli a tárolási osztályokat. Irányelv alapján választ tárolási szintet

•

Alkalmazás-tudatos virtualizáció: irányelv alapon dönt, hogy a különböző alkalmazás típusok adatait hol tárolja. Pl.: Banki tranzakciók adatairól gyakran kell snapshotot készíteni, Digitális videó adatokat megfelelő teljesítményű tárolóra kell írni

•

Az alkalmazás-tudatos virtualizáció megfelelő kommunikációt tételez fel az alkalmazás és a tároló menedzsment között. Az alkalmazásnak tároló-tudatosnak kell lennie

Óbudai Egyetem



186

A teljesen automatizált tároló adminisztráció egymásra épülő rétegei

Óbudai Egyetem



187

Virtualizáció az állomáson/szerveren •

A logikai kötet menedzselését (LVM) a számítógép végzi

•

Integrált része az operációs rendszernek vagy külön álló szoftver

•

Az LVM kezelhet alternatív útvonalat a tároló eléréséhez

•

A köteteket (LUN) minden állomás elszigetelten kezeli

•

Megnehezíti a kötetek megosztását szerverek között (pl. klaszterezés)

•

Klaszterezéshez Clustered Volume Management szoftver szükséges, amely koordinálja az elosztott kötetkezelést

•

Továbblépés a tároló meta-adat szerver (Storage Metadata Server) bevezetése

•

Elvégzi a logikai és a valós blokkcímek leképzését

•

Egy fajta Out-of-band virtualizáció

•

Megosztja a meta-adatokat a szerverek között, lehetővé teszi a szerver klaszter használatát

•

Ezen keresztül fájl-szintű megosztás is készíthető

•

A SAN blokk adatok elérése továbbra is a tároló hálózaton keresztül történik

•

A meta-adatok elérése a LAN-on keresztül történik

Óbudai Egyetem



188

Virtualizáció az állomáson/szerveren A meta-adat szerver végzi a SAN blokkok leképzését a virtualizált kötet számára

Tároló meta-adat szerver

LAN SAN kapcsoló

Szerverek Óbudai Egyetem

Tárolók  Schubert Tamás, 2012


189

Virtualizáció a tárolóban (Array-based virtualization) •

A tároló vezérlők (storage controller) végzi el az elsődleges virtualizációt: RAID menedzsment, LUN mapping/masking

•

A tároló vezérlők által kezelt protokollok: FC, iSCSI, SCSI

•

Nagyvállalati megvalósításokban: FC a leggyakoribb

•

A tároló vezérlők egy-egy LUN-t több szerverhez is hozzárendelhetik. Pl. szerver klaszterezés

•

A tároló tömbök használhatnak gyorsító tárakat a nagyobb teljesítmény elérésére

•

A tárolók között koordinációra lehet szükség a magasabb rendelkezésre állás eléréséhez

•

A tárolók közötti kommunikáció egyelőre nem szabványosított

•

A rendszer szintű, tároló-alapú virtualizációhoz a tároló vezérlők koordinálják a blokk műveleteket a tömbök között

Óbudai Egyetem



190

Virtualizáció a tárolóban

A

Tároló vezérlő SAN kapcsoló

B

Ports

Cache Processors

Device virtualization LUN 2

C

LUN 3 LUN 4 LUN 5 D

LUN 6 Diszk csoport Szerverek

Óbudai Egyetem



191

Virtualizáció a tárolóban Storage pool kialakítása – Rendszer szintű virtualizálás – tömbök közötti koordináció

System virtualization Ports

System virtualization System virtualization Ports

Cache Processors

Ports

Cache Processors

Cache Processors

Device virtualization



Storage pool Óbudai Egyetem



192

Tároló tömb-alapú adat replikáció •

A tároló vezérlőknek initiator-ként és tartget-ként is kell tudnia viselkedniük

•

Szinkron replikáció estén az adatfelírásnak be kell fejeződnie a másodlagos tárolón, mielőtt a az elsődleges tároló nyugtázza a felírást a szervernek

•

A szinkron replikációt legfeljebb LAN/MAN környezetben használják elfogadható teljesítmény mellett

•

Az aszinkron replikáció estén az elsődleges tömb nyugtázza a felírást a szervernek, mielőtt az adat tárolása befejeződne a másodlagos tárolón

•

Az aszinkron replikáció kevésbé érzékeny a hálózati késleltetésre

•

Az írás tranzakciókat időbélyeggel látják el a pufferelt írások időrendjének megőrzése érdekében aszinkron replikáció esetén

•

A szinkron és az aszinkron replikáció együttesen is használható

Óbudai Egyetem



193

LAN vagy WAN Szinkron array-to-array replikáció

1

secondary array

primary array

System virtualization


Ports Cache Processors




Tükrözés

Írás a primaryra Primary ír a secondaryra

2 3 4 Óbudai Egyetem

Secondary nyugtázza a felírást Írás kész  Schubert Tamás, 2012


194

LAN vagy WAN Aszinkron array-to-array replikáció

1

secondary array

primary array







Tükrözés

Írás a primaryra

2 3 4 Óbudai Egyetem

Írás kész Primary ír a secondaryra Secondary nyugtázza a felírást  Schubert Tamás, 2012


195

Elosztott, moduláris, tömb-alapú virtualizáció •

A tároló vezérlőt leválasztják a tároló tömbről

•

Ez nagyobb rugalmasságot biztosít heterogén diszk tömbök együttes használatára

•

Osztott a virtualizáció intelligencia

•

Alkalmas a tárolási osztályok (class of storage) kezelésére és az adatok felügyeletére a teljes életciklusuk idején (Information Lifecycle Management – ILM)

•

A tároló vezérlő leválasztása a tároló tömbről előrevetíti a hálózat-alapú virtualizáció kialakítását

Óbudai Egyetem



196

Storage controller leválasztva a tároló tömbről iSCSI szerverek FC szerverek SAN kapcsoló

Storage controller

Drive bays

LAN/WAN

Storage controller

Drive bays

Drive bays

Storage controller

Drive bays

Serial ATA Fibre Channel

Serial ATA

Serial SCSI

SCSI

Storage pool Óbudai Egyetem



197

Hálózat alapú virtualizáció (Fabric-based virtualization) Érzékelő/érző (sentient) SAN •

A tároló hálózat intelligens szolgáltatásokkal ellensúlyozza a tárolók relatíve passzív mivoltát

•

Az FC architektúra intelligens szolgáltatásai o

Bejelentkezés

o

Egyszerű név szolgáltatás

o

Változások hirdetése

o

Hálózati címek hozzárendelése

o

Zónázás

o

LUN mapping/masking

•

A fabric-based virtualizáció lényegében a fabric architektúra intelligens szolgáltatásainak a kiterjesztése

•

A fabric kapcsolók valósítják meg az összeköttetést az összes tranzakció számára, és biztosítják az együttműködést az elosztott szerverek és a tárolók (targets) között

•

A fabric-based virtualizációnak együtt kell működnie a host-alapú, a tároló-alapú és a célberendezés (appliance)-alapú virtualizáló eszközökkel

Óbudai Egyetem



198

Hálózat alapú virtualizáció (Fabric-based virtualization) Érzékelő/érző (sentient) SAN •

A fabric-based virtualizáció megvalósítható a kapcsolókon vagy ún. directorokon

•

A director-alapú eszközök magas rendelkezésre állást (five nines) biztosítanak

•

A virtualizáció PC-alapú blade-del vagy ASIC-hardver elemekkel is megvalósítható a directorokban

•

A magas rendelkezésre állás biztosítható elosztott fabric-based virtualizációval, ahol a virtuális térképeket elosztják és szinkronizálják az intelligens kapcsolók között

•

Az ANSI/INCITS T11.5 task group a Fabric Application Interface Standard (FAIS) keretében egy API-t dolgozott ki, amely megkönnyíti az állomás-, tároló-, célberendezés (appliance)- és fabric-alapú virtualizációs összetevők együttműködését akár különböző gyártók között is

Óbudai Egyetem


Irodalom (1)

199

[1]: Gary Orenstein: IP Storage Networking: Straight to the Core, Addison Wesley, 2003 [2]: Rekha Singhal, Zia Saquib: Continuous Available Commodity Storage, SNIA Education, 2008 [3]: Tom Clark: Storage Virtualization, Technologies for Simplifying Data Storage and Management, Addison-Wesley, 2005 [4]: Scott Fadden: An Introduction to GPFS Version 3.2, IBM Corporation, 2007 [5]: Scott Fadden: The next step forward in storage virtualization: IBM General Parallel File System (GPFS) and IBM TotalStorage SAN File System (SFS) Come Together, IBM Corporation, 2007 [6]: Alex Osuna, Chrisanthy Carlane, Bruce Clarke, Prashanta Kumar Goswami, Kurt Kiefer, Jinsu Kim, Silvio Martins: IBM System Storage N series, RedBooks, 2007 [7]: Jon Tate, Fabiano Lucchese, Richard Moore: Introduction to Storage Area Networks, RedBooks, 2006 [8]: John L. Hufferd: Fibre Channel over Ethernet (FCoE), SNIA Education, 2008

Óbudai Egyetem


Irodalom (2)

200

[9]: Richard Austin: Saving Private Data, An Introduction to Storage Security, SNIA Education, 2008 [10]:Rob Peglar: Storage Virtualization II., Effective Use of Virtualization, SNIA Education, 2008 [11]:Mark S Fleming: High Availability Using Fault Tolerance in the SAN, SNIA Education, 2008 [12]:Bjorn R. Martinussenbrm: Data Center Ethernet The Framework for I/O Consolidationand Unified Fabric, Cisco Systems Inc., 2006, CiscoDCE_UnifedFabric-June-2008.pdf

Óbudai Egyetem


Párhuzamos rendszerek architektúrája

Recommend Documents