Czym jest sieć SAN, jaka jest jej historia i najważniejsze cechy? Jakie technologie możemy napotkać, gdy przyjrzymy się sieciom SAN bliżej? W poniższym wpisie spróbuję także odpowiedzieć na pytanie, jaka jest przyszłość sieci SAN uwzględniając rozwój i rosnącą popularność chmury publicznej.
Nieco historii sieci SAN
Aby dobrze zobrazować, czym jest sieć SAN, wyobraźmy sobie klasyczny komputer i podstawowe komponenty z jakich, jest zbudowany. Oprócz elementów peryferyjnych odpowiedzialnych wprowadzanie i wyprowadzanie danych, mamy te najważniejsze, stanowiące niejako mózg naszej jednostki, a więc procesor, pamięć operacyjną i dysk.
Skupmy się na chwilę na tych trzech, kluczowych elementach. Procesor i pamięć RAM praktycznie zawsze występują w duecie, im bliżej siebie są, tym zazwyczaj lepiej. Podobnie było w przypadku dysków.
Z czasem jednak pojawiła się potrzeba, aby niejako odsunąć część składowania danych od części obliczeniowej. Wzięło się to głównie z potrzeby przechowywania coraz większej ilości informacji na dyskach, a więc potrzeby zastosowania ich większej ilości.
Łączenie dysków w większe zbiory niosło za sobą także inne benefity takie jak większa wydajność, bezpieczeństwo danych w przypadku awarii któregoś z dysków a przede wszystkim, możliwość współdzielenia zasobów dyskowych między kilka jednostek obliczeniowych.
Pierwsze z wymienionych wymagań zostały zaadresowane poprzez opracowane w latach 70 i 80 technologii SCSI oraz dobrze znanych rozwiązań RAID. Pojawiły się wtedy również macierze dyskowe, które umożliwiały wydajne i bezpieczne serwowanie przechowywanych na nich danych do kilku hostów. Niestety liczba ta była mocno ograniczona, gdyż hosty musiały być wpięte niejako bezpośrednio do takich macierzy, stąd znamy pojęcie DAS (Direct Attached Storage).
Sieć SAN – dla czego nie Ethernet?
Rozwiązanie tego problemu wydawało się proste: „Wstawmy switch Ethernet między hosty a macierze, zepnijmy wszystko razem i voila„
Niestety sieć Ethernet oparta o protokół IP nie została zaprojektowana z myślą o szybkiej, bezstratnej a przede wszystkim wydajnej transmisji danych na krótkie odległości. Wręcz przeciwnie, tradycyjna sieć w zamierzeniu miała umożliwiać transfer danych na jak największe odległości. To, w jakim stopniu straty pakietów są akceptowane w sieciach TCP/IP zależy już od zastosowanych protokołów. W przypadku wymiany danych między jednostkami obliczeniowymi a przechowującymi dane, jakiekolwiek straty czy opóźnienia są wręcz niedopuszczalne.
Konieczne było zatem opracowanie nowej technologii wymiany danych. Najlepiej spełniającej takie wymogi:
- zastosowania powszechnego już protokołu SCSI
- blokowego serwowania danych z macierzy
- ważna była również możliwość elastycznego skalowania (zastosowania switchy)
- istotne było, aby technologia oparta była medium optyczne (mniejsze opóźnienia względem miedzi)
Tak powstał protokół Fibre Channel, a więc najpopularniejsza do dziś technologia zapewniająca wydajną i bezstratną transmisję danych między jednostkami obliczeniowymi a składującymi dane.
Czym charakteryzuje się Fibre Channel w sieciach SAN?
Przede wszystkim oprócz nieco innych przepustowości względem Ethernetu (1, 2… 32, 64 Gbps) i wspomnianych wcześniej dedykowanych przełączników, wymaga także dedykowanych kart HBA (Host Bus Adapter) po stronie serwerów, oraz dedykowanych interfejsów w macierzach dyskowych. Tyle w skrócie, jeśli chodzi o aspekty fizyczne. Ważniejsze natomiast są te funkcjonalne, a więc praca w formie fabryki sieciowej, czyli dwóch niezależnych ścieżek w obrębie jednej sieci SAN. To wszystko, wraz z zoningiem jest jednak podstawą pod najważniejszą funkcjonalność całej układanki, a więc możliwość transferu danych w postaci surowych bloków.
Sieci SAN – Różnica między blokiem a plikiem
To właśnie w postaci blokowej dane zapisane są na dyskach macierzy.
W takiej formie są one uniwersalne, ale nieczytelne dla systemów operacyjnych, gdyż różne z nich, wymagają różnych systemów plików, z jakimi te dopiero mogą pracować
Zamiana bloku na system plików wymaga pewnej mocy obliczeniowej dla tego, lepiej jest ją zostawić serwerom i systemom operacyjnym na nich pracującym niż, angażować do tego zasoby macierzy.
Jednak transfer w postaci plikowej ma też swoje zalety. Tutaj z kolei mamy do czynienia z sieciami i urządzeniami NAS (Network Attached Storage).Jest mnóstwo artykułów omawiających różnice między sieciami SAN i NAS jednak oprócz wspomnianych powyżej cech charakterystycznych dla Fibre Channel jest to, że w przypadku NAS “obróbka” bloku na system plikowy odbywa się już na samej macierzy. Udziały w postaci danego rodzaju plików (CIFS dla Windowsów, NFS dla linuxów i pochodnych) serwowane są w postaci czytelnej dla konkretnego systemu operacyjnego.
Trzeba również wspomnieć, że w przypadku NAS’ów wykorzystywana jest tradycyjna sieć IP, gdyż ten krytyczny, wspomniany wcześniej zabieg nieakceptujący strat i opóźnień, odbywa się na samej macierzy.
Efektem tego są oczywiście niższe koszty implementacji rozwiązań plikowych przede wszystkim dla tego, że można w tym celu wykorzystać istniejącą infrastrukturę Ethernet.
Pozostałe technologie sieci SAN
Mimo bardzo szerokiej adaptacji sieci FC, szczególnie w większych serwerowniach, których rodzaje przedstawiam w artykule: Co to jest DATA CENTER i jakie TECHNOLOGIE w nim znajdziemy? oraz ciągłego rozwoju tej technologii, powstało kilka innych, popularnych protokołów.
Nie mogę nie wspomnieć o FCoE (Fiber Channel over Ethernet) w którym ramki klasycznego FC enkapsulowane są i przesyłane technologią Ethernet. Stety/niestety, nie odbywa się to z wykorzystaniem klasycznego stosu TCP/IP, co niesie za sobą (jak w przypadku klasycznego FC) konieczność stosowania dedykowanej infrastruktury.
Jednak ludzie nie byliby sobą, gdyby nie szukali dalej rozwiązania zagadki pt. Jak przesłać blok, przez sieć IP?
Odpowiedzią, a zarazem pewnego rodzaju kompromisem między wszystkimi wymienionymi wcześniej zaletami poszczególnych technologii jest protokół iSCSI. Wykorzystuje on tradycyjną sieć TCP/IP oraz “wystawia” dane w postaci blokowej. Brzmi idealnie? Niestety wspomniałem o pewnych kompromisach.
Sieć oparta o IP sama z siebie generuje pewne opóźnienia. I choć w przypadku iSCSI są one minimalne, nadal poprawnie zaprojektowana sieć Fibre Channel czy wykorzystująca FCoE, będą miały przewagę na tym polu.
Nie zmienia to jednak faktu, że iSCSI zyskuje na popularności z każdym rokiem. Głównymi czynnikami są tu względy ekonomiczne oraz łatwość w jego implementacji.
Jaka jest więc przyszłość sieci SAN?
Po pierwsze raportów i artykułów wieszczących zmierzch sieci SAN, szczególnie tych w oparciu o FC znalazłem wiele. Wiele z nich jest aktualnych, a wiele np. Sprzed 10 lat. Samo to czymś to świadczy.
Po drugie trudno mówić o kurczącym się rynku sieci SAN, jest wręcz przeciwnie. Ten cały czas rośnie, tak jak rośnie ilość składowanych i przetwarzanych danych.
Ktoś powie “zaraz zaraz” jak to rynek Data Center rośnie, przecież wszyscy przenoszą się do chmury publicznej? Nie do końca…
Przede wszystkim chmura publiczna również potrzebuje infrastruktury i nie wszyscy do chmury się migrują. Dodatkowo tak jak wspomniałem, ilość danych i zapotrzebowanie na nie rośnie. Rosną więc zarówno zasoby dostawców chmury publicznej, jak i rozwijają się ośrodki lokalne.
Warto również pamiętać, że co raz większą popularnością cieszą się rozwiązania SDN (Software-Defined Networking). Szczególnie te dedykowane dla Data Center. Trudno jest dziś ocenić w jakim stopniu zastąpią one tradycyjne sieci SAN, gdyż ich zastosowanie jest nieco inne. Zapewne znajdą się jednak obszary, w których nowoczesne Sieci Definiowane-Programowo, wyprą znane od lat rozwiązania SAN.