O SAN (Storage Area Network) na dosah ruky. Úložné systémy Intel

V tomto článku se podíváme na to, jaké typy systémů pro ukládání dat (SDS) dnes existují, a také se zamyslíme nad jednou z hlavních součástí SDS – externími připojovacími rozhraními (protokoly interakce) a jednotkami, na kterých jsou data uložena. Provedeme také jejich obecné srovnání na základě poskytovaných schopností. Jako příklady se budeme odvolávat na řadu úložných systémů poskytovanou společností DELL.

• Příklady modelů DAS
• Příklady modelů NAS
• Příklady modelů SAN
• Typy paměťových médií a protokoly pro interakci s paměťovými systémy Fibre Channel Protocol
• protokol iSCSI
• protokol SAS
• Porovnání protokolů připojení úložného systému

Stávající typy úložných systémů

V případě samostatného PC lze úložný systém chápat jako interní pevný disk nebo diskový systém (RAID pole). Pokud jde o systémy ukládání dat na různých úrovních podniků, lze tradičně rozlišovat tři technologie pro organizaci ukládání dat:

• Direct Attached Storage (DAS);
• Network Attach Storage (NAS);
• Storage Area Network (SAN).

Zařízení DAS (Direct Attached Storage) jsou řešením, kdy je zařízení pro ukládání dat připojeno přímo k serveru nebo pracovní stanici, obvykle přes rozhraní používající protokol SAS.

Zařízení NAS (Network Attached Storage) jsou volně stojící integrovaný diskový systém, v podstatě server NAS, s vlastním specializovaným operačním systémem a sadou užitečných funkcí pro rychlé spuštění systému a poskytování přístupu k souborům. Systém se připojuje k běžné počítačové síti (LAN) a je rychlým řešením problému s nedostatkem volného místa na disku pro uživatele této sítě.

Storage Area Network (SAN) je speciální vyhrazená síť, která propojuje úložná zařízení s aplikačními servery, obvykle na bázi protokolu Fibre Channel nebo iSCSI.

Nyní se podívejme blíže na každý z výše uvedených typů úložných systémů, jejich pozitivní a negativní stránky.

Architektura úložného systému DAS (Direct Attached Storage).

Mezi hlavní výhody systémů DAS patří jejich nízká cena (ve srovnání s jinými úložnými řešeními), snadnost nasazení a správy a také vysoká rychlost výměny dat mezi úložným systémem a serverem. Vlastně právě díky tomu si získaly velkou oblibu v segmentu malých kanceláří, poskytovatelů hostingu a malých firemních sítí. Současně mají systémy DAS i své nevýhody, mezi které patří neoptimální využití zdrojů, protože každý systém DAS vyžaduje připojení dedikovaného serveru a umožňuje připojit maximálně 2 servery k diskové polici v určité konfiguraci. .

Obrázek 1: Architektura Direct Attached Storage

• Poměrně nízké náklady. Tento úložný systém je v podstatě diskový koš s pevnými disky umístěnými mimo server.
• Snadné nasazení a správa.
• Vysoká rychlost výměny mezi diskovým polem a serverem.

• Nízká spolehlivost. Pokud selže server, ke kterému je toto úložiště připojeno, data již nebudou dostupná.
• Nízký stupeň konsolidace zdrojů – veškerá kapacita je k dispozici pro jeden nebo dva servery, což snižuje flexibilitu distribuce dat mezi servery. V důsledku toho je nutné zakoupit buď více interních pevných disků, nebo nainstalovat další diskové police pro jiné serverové systémy
• Nízké využití zdrojů.

Příklady modelů DAS

Ze zajímavých modelů zařízení tohoto typu bych rád poznamenal řadu DELL PowerVault MD. Počáteční modely diskových polic (JBOD) MD1000 a MD1120 umožňují vytvářet disková pole až se 144 disky. Toho je dosaženo díky modularitě architektury k poli lze připojit až 6 zařízení, tři diskové police na kanál řadiče RAID. Pokud například použijeme rack 6 DELL PowerVault MD1120, pak implementujeme pole s efektivním objemem dat 43,2 TB. Takové diskové skříně jsou připojeny jedním nebo dvěma kabely SAS k externím portům řadičů RAID nainstalovaných na serverech Dell PowerEdge a jsou spravovány konzolou pro správu samotného serveru.

Pokud je potřeba vytvořit architekturu s vysokou odolností proti chybám, například pro vytvoření failover clusteru MS Exchange nebo SQL serveru, pak je pro tyto účely vhodný model DELL PowerVault MD3000. Tento systém již má aktivní logiku uvnitř krytu disku a je zcela redundantní díky použití dvou vestavěných aktivních-aktivních řadičů RAID, které mají zrcadlenou kopii dat uloženou ve vyrovnávací paměti.

Oba regulátory zpracovávají datové proudy čtení a zápisu paralelně, a pokud jeden z nich selže, druhý „přebírá“ data ze sousedního regulátoru. Současně lze připojení k nízkoúrovňovému řadiči SAS uvnitř 2 serverů (cluster) provést prostřednictvím několika rozhraní (MPIO), což poskytuje redundanci a vyrovnávání zátěže v prostředích Microsoft. Chcete-li rozšířit místo na disku, můžete k PowerVault MD3000 připojit 2 další diskové police MD1000.

Architektura úložného systému NAS (Network Attached Storage).

Technologie NAS (síťové úložné subsystémy, Network Attached Storage) se vyvíjí jako alternativa k univerzálním serverům, které nesou mnoho funkcí (tisk, aplikace, faxový server, e-mail atd.). Naproti tomu NAS zařízení plní pouze jednu funkci – souborový server. A snaží se to dělat co nejlépe, jednodušeji a rychleji.

NAS se připojuje k LAN a poskytuje přístup k datům neomezenému počtu heterogenních klientů (klientů s různými OS) nebo jiných serverů. V současné době jsou téměř všechna zařízení NAS navržena pro použití v sítích Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) založených na protokolech TCP/IP. K zařízením NAS se přistupuje pomocí speciálních protokolů pro přístup k souborům. Nejběžnější protokoly pro přístup k souborům jsou CIFS, NFS a DAFS. Tyto servery obsahují specializované operační systémy, jako je MS Windows Storage Server.

Obrázek 2: Architektura síťového úložiště

• Levnost a dostupnost svých zdrojů nejen pro jednotlivé servery, ale i pro libovolné počítače v organizaci.
• Snadné sdílení zdrojů.
• Snadné nasazení a správa
• Všestrannost pro klienty (jeden server může obsluhovat klienty MS, Novell, Mac, Unix)

• Přístup k informacím prostřednictvím protokolů „síťového souborového systému“ je často pomalejší než přístup k místnímu disku.
• Většina levných serverů NAS neposkytuje rychlou a flexibilní metodu přístupu k datům na úrovni bloků vlastní systémům SAN, spíše než na úrovni souborů.

Příklady modelů NAS

V tuto chvíli klasická NAS řešení jako PowerVault NF100/500/600. Jedná se o systémy založené na běžných 1 a 2procesorových serverech Dell optimalizovaných pro rychlé nasazení služeb NAS. Umožňují vám vytvářet úložiště souborů až do 10 TB (PowerVault NF600) pomocí disků SATA nebo SAS a připojení tohoto serveru k síti LAN. Existují také výkonnější integrovaná řešení, jako je PowerVault NX1950, který pojme 15 jednotek a lze jej rozšířit na 45 připojením dalších diskových krytů MD1000.

Velkou výhodou NX1950 je schopnost pracovat nejen se soubory, ale také s datovými bloky na úrovni protokolu iSCSI. Řada NX1950 může také fungovat jako brána umožňující přístup k souborům k úložným systémům na bázi iSCSI (s metodou blokového přístupu), například MD3000i nebo Dell EqualLogic PS5x00.

Architektura úložného systému SAN (Storage Area Network).

Storage Area Network (SAN) je speciální vyhrazená síť, která spojuje úložná zařízení s aplikačními servery, obvykle založenými na protokolu Fibre Channel nebo na stále oblíbenějším protokolu iSCSI. Na rozdíl od NAS nemá SAN žádnou koncepci souborů: operace se soubory se provádějí na serverech připojených k SAN. SAN funguje v blocích, jako velký pevný disk. Ideálním výsledkem SAN je schopnost jakéhokoli serveru s jakýmkoli operačním systémem přistupovat k jakékoli části diskové kapacity umístěné v SAN. Koncovými prvky SAN jsou aplikační servery a úložné systémy (disková pole, páskové knihovny atd.). A mezi nimi, jako v běžné síti, jsou adaptéry, přepínače, mosty a rozbočovače. ISCSI je „přátelštější“ protokol, protože je založen na použití standardní ethernetové infrastruktury – síťových karet, přepínačů, kabelů. Kromě toho jsou úložné systémy na bázi iSCSI nejoblíbenější pro virtualizované servery díky snadnému nastavení protokolu.

Obrázek 3: Architektura Storage Area Network

• Vysoká spolehlivost přístupu k datům umístěným na externích úložných systémech. Nezávislost topologie SAN na použitých úložných systémech a serverech.
• Centralizované úložiště dat (spolehlivost, bezpečnost).
• Pohodlné centralizované přepínání a správa dat.
• Přesune těžký I/O provoz do samostatné sítě a odlehčí LAN.
• Vysoký výkon a nízká latence.
• Škálovatelnost a flexibilita logické struktury SAN
• Možnost organizace zálohování, systémů vzdáleného úložiště a systému vzdáleného zálohování a obnovy dat.
• Schopnost vytvářet clusterová řešení odolná proti chybám bez dodatečných nákladů na základě existující sítě SAN.

• Vyšší náklady
• Obtížnost nastavení FC systémů
• Potřeba certifikace specialistů na FC sítě (iSCSI je jednodušší protokol)
• Přísnější požadavky na kompatibilitu komponent a ověřování.
• Vznik „ostrovů“ DAS v sítích založených na protokolu FC kvůli vysokým nákladům, kdy podniky mají z důvodu omezení rozpočtu jednotlivé servery s vnitřním diskovým prostorem, servery NAS nebo systémy DAS.

Příklady modelů SAN

V současné době existuje poměrně velký výběr diskových polí pro budování SAN, od modelů pro malé a střední podniky, jako je řada DELL AX, které umožňují vytvářet úložné kapacity až 60 TB, až po s diskovými poli pro velké korporace řady DELL/EMC CX4 umožňují vytvářet úložné kapacity až 950 TB. Existuje levné řešení založené na iSCSI, to je PowerVault MD3000i - řešení umožňuje připojit až 16-32 serverů, můžete nainstalovat až 15 disků do jednoho zařízení a rozšířit systém o dvě police MD1000, čímž vytvoříte 45TB pole.

Zvláštní zmínku si zaslouží systém Dell EqualLogic založený na protokolu iSCSI. Je umístěn jako podnikový úložný systém a je cenově srovnatelný se systémy Dell | EMC CX4 s modulární architekturou portů, která podporuje protokol FC i protokol iSCSI. Systém EqualLogic je peer-to-peer, což znamená, že každý diskový kryt má aktivní řadiče RAID. Když jsou tato pole připojena do jednoho systému, výkon společné diskové oblasti plynule roste s rostoucím objemem dostupného úložiště dat. Systém umožňuje vytvářet pole větší než 500 TB, lze jej nakonfigurovat za méně než hodinu a nevyžaduje specializované znalosti administrátorů.

Licenční model se také liší od ostatních a již v počáteční ceně zahrnuje všechny možné možnosti snapshotů, replikační a integrační nástroje do různých OS a aplikací. Tento systém je považován za jeden z nejrychlejších systémů v testech pro MS Exchange (ESRP).

Typy paměťových médií a protokoly pro interakci s paměťovými systémy

Poté, co jste se rozhodli pro typ úložného systému, který je pro vás nejvhodnější k řešení určitých problémů, musíte přejít k výběru protokolu pro interakci s úložným systémem a výběru jednotek, které budou v úložném systému použity.

V současné době se pro ukládání dat v diskových polích používají disky SATA a SAS. Které disky zvolit pro ukládání závisí na konkrétních úkolech. Za zmínku stojí několik skutečností.

Disky SATA II:

• Dostupné velikosti jednoho disku až 1 TB
• Rychlost otáček 5400-7200 ot./min
• Rychlost I/O až 2,4 Gbps
• MTBF je přibližně dvakrát nižší než u disků SAS.
• Méně spolehlivé než disky SAS.
• Asi 1,5krát levnější než disky SAS.

• Dostupné velikosti jednoho disku až 450 GB
• Rychlost otáčení 7200 (NearLine), 10000 a 15000 ot./min.
• Rychlost I/O až 3,0 Gbps
• MTBF je dvakrát delší než disky SATA II.
• Spolehlivější pohony.

Důležité! V loňském roce začala průmyslová výroba disků SAS se sníženou rychlostí otáčení 7200 ot./min (Near-line SAS Drive). To umožnilo zvýšit objem dat uložených na jednom disku na 1 TB a snížit energetickou náročnost disků s vysokorychlostním rozhraním. Nehledě na to, že náklady na takové disky jsou srovnatelné s náklady na disky SATA II a spolehlivost a rychlost I/O zůstává na úrovni disků SAS.

Proto se v tuto chvíli vyplatí opravdu vážně přemýšlet o protokolech ukládání dat, které budete v rámci podnikového úložiště používat.

Až donedávna byly hlavními protokoly pro interakci s úložnými systémy FibreChannel a SCSI. Nyní bylo SCSI nahrazeno protokoly iSCSI a SAS, čímž se rozšířila jeho funkčnost. Podívejme se níže na klady a zápory každého z protokolů a odpovídajících rozhraní pro připojení k úložnému systému.

Protokol Fibre Channel

V praxi má moderní Fibre Channel (FC) rychlosti 2 Gbit/s (Fibre Channel 2 Gb), 4 Gbit/s (Fibre Channel 4 Gb) full-duplex nebo 8 Gbit/s, to znamená, že tato rychlost je poskytována současně. v obou směrech. Při takových rychlostech jsou vzdálenosti připojení prakticky neomezené - od standardních 300 metrů na „nejobyčejnějším“ zařízení až po několik stovek nebo dokonce tisíc kilometrů při použití specializovaného zařízení. Hlavní výhodou protokolu FC je schopnost kombinovat mnoho úložných zařízení a hostitelů (serverů) do jedné sítě úložiště (SAN). Zároveň odpadá problém distribuce zařízení na velké vzdálenosti, možnost agregace kanálů, možnost redundantních přístupových cest, „hot plugging“ zařízení a větší odolnost proti šumu. Ale na druhou stranu tu máme vysokou cenu a velkou pracnost na instalaci a údržbu diskových polí pomocí FC.

Důležité! Je třeba rozlišovat dva pojmy protokol Fibre Channel a rozhraní Fibre Channel. Protokol Fibre Channel může fungovat na různých rozhraních – jak na optickém připojení s různými modulacemi, tak na měděných spojích.

• Flexibilní škálovatelnost úložiště;
• Umožňuje vytvářet úložné systémy na značné vzdálenosti (ale kratší než v případě protokolu iSCSI; kde teoreticky může jako nosič fungovat celá globální IP síť.
• Skvělé možnosti rezervace.

• Vysoká cena řešení;
• Ještě vyšší náklady při organizaci FC sítě na stovky nebo tisíce kilometrů
• Vysoká pracnost při realizaci a údržbě.

Důležité! Kromě vzniku protokolu FC8 Gb/s se očekává vznik protokolu FCoE (Fibre Channel over Ethernet), který umožní využití standardních IP sítí pro organizaci výměny paketů FC.

protokol iSCSI

iSCSI (zapouzdření SCSI založené na IP) umožňuje uživatelům vytvářet úložné sítě založené na IP pomocí ethernetové infrastruktury a portů RJ45. Proto iSCSI umožňuje překonat omezení přímo připojeného úložiště, včetně nemožnosti sdílet prostředky mezi servery a nemožnosti rozšířit kapacitu bez vypínání aplikací. Přenosová rychlost je v současnosti omezena na 1 Gb/s (Gigabit Ethernet), ale tato rychlost je dostatečná pro většinu podnikových aplikací středních podniků, což potvrzují četné testy. Zajímavé je, že není důležitá ani tak rychlost přenosu dat na jednom kanálu, ale algoritmy provozu RAID řadičů a schopnost agregovat pole do jednoho fondu, jako je tomu u DELL EqualLogic, kdy tři 1GB porty se používají na každém poli a vyrovnávání zátěže probíhá mezi poli jedné skupiny.

Je důležité poznamenat, že SAN založené na protokolu iSCSI poskytují stejné výhody jako SAN využívající protokol Fibre Channel, ale zároveň jsou postupy pro nasazení a správu sítě zjednodušeny a cena tohoto úložného systému je výrazně vyšší. snížena.

• Vysoká dostupnost;
• Škálovatelnost;
• Snadná správa, protože je použita technologie Ethernet;
• Nižší cena za organizaci SAN pomocí protokolu iSCSI než pomocí FC.
• Snadná integrace do virtualizačních prostředí

• Existují určitá omezení pro používání úložných systémů s protokolem iSCSI s některými aplikacemi OLAP a OLTP, se systémy v reálném čase a při práci s velkým množstvím video streamů ve formátu HD
• Vysokoúrovňové úložné systémy založené na iSCSI, stejně jako úložné systémy s protokolem FC, vyžadují použití rychlých a drahých ethernetových přepínačů.
• K oddělení datových toků se doporučuje používat buď vyhrazené ethernetové přepínače nebo organizaci VLAN. Návrh sítě je neméně důležitou součástí projektu než při vývoji FC sítí.

Důležité! Výrobci slibují, že brzy budou hromadně vyrábět SAN založené na protokolu iSCSI s podporou rychlosti přenosu dat až 10 Gb/s. Připravuje se také finální verze protokolu DCE (Data Center Ethernet);

Z hlediska použitých rozhraní využívá protokol iSCSI 1Gbit/C ethernetová rozhraní a při provozu na velké vzdálenosti se může jednat o měděná nebo optická rozhraní.

protokol SAS

Protokol SAS a rozhraní stejného jména jsou navrženy tak, aby nahradily paralelní SCSI a dosáhly vyšší propustnosti než SCSI. Ačkoli SAS používá sériové rozhraní na rozdíl od paralelního rozhraní používaného tradičním SCSI, příkazy SCSI se stále používají k ovládání zařízení SAS. SAS umožňuje poskytovat fyzické spojení mezi datovým polem a několika servery na krátkou vzdálenost.

• rozumná cena;
• Snadná konsolidace úložiště – ačkoli úložiště založené na SAS se nemůže připojit k tolika hostitelům (serverům) jako konfigurace SAN, které používají protokoly FC nebo iSCSI, při použití protokolu SAS nejsou žádné potíže s dalším vybavením pro organizaci sdíleného úložiště pro několik serverů.
• Protokol SAS umožňuje vyšší propustnost pomocí 4 kanálových připojení v rámci jednoho rozhraní. Každý kanál poskytuje 3 Gb/s, což umožňuje dosáhnout rychlosti přenosu dat 12 Gb/s (v současnosti nejvyšší přenosová rychlost dat pro úložné systémy).

• Omezený dosah - délka kabelu nesmí přesáhnout 8 metrů. Úložiště s připojením přes protokol SAS bude tedy optimální pouze tehdy, když jsou servery a pole umístěny ve stejném racku nebo ve stejné serverové místnosti;
• Počet připojených hostitelů (serverů) je obvykle omezen na několik uzlů.

Důležité! V roce 2009 se očekává nástup technologie SAS s rychlostí přenosu dat přes jeden kanál 6 Gbit/s, což výrazně zvýší atraktivitu používání tohoto protokolu.

Porovnání protokolů připojení úložiště

Níže je uvedena souhrnná tabulka srovnávající možnosti různých protokolů pro interakci s úložnými systémy.

Parametr	Protokoly připojení úložiště
Architektura	SCSI příkazy jsou zapouzdřeny v IP paketu a přenášeny přes Ethernet, sériový přenos	Sériový přenos SCSI příkazů	Telefonické připojení
Vzdálenost mezi diskovým polem a uzlem (serverem nebo přepínačem)	Omezeno pouze vzdáleností IP sítí.	Ne více než 8 metrů mezi zařízeními.	50 000 metrů bez použití specializovaných opakovačů
Škálovatelnost	Miliony zařízení – při práci přes protokol IPv6.	32 zařízení	256 zařízení 16 milionů zařízení, pokud používáte architekturu FC-SW (fabric switch).
Výkon	1 Gb/s (plánováno až na 10 Gb/s)	3 Gb/s při použití 4 portů, až 12 Gb/s (v roce 2009 až 6 Gb/s na jednom portu)	Až 8 Gb/s
Úroveň investice (náklady na implementaci)	Vedlejší - je použit Ethernet	Průměrný	Významný

Prezentovaná řešení jsou tak na první pohled celkem přehledně rozdělena podle jejich souladu s požadavky zákazníků. V praxi však není vše tak jednoduché; jsou zahrnuty další faktory ve formě rozpočtových omezení, dynamiky rozvoje organizace (a dynamiky zvyšování objemu uložených informací), specifik odvětví atd.

Ethernetové přepínače různých tříd - od těch určených pro domácí sítě a malé pracovní skupiny až po zařízení pro distribuované sítě velkých společností - se používají jako hlavní „stavební kámen“ při vytváření podnikových datových sítí. Volba určitých produktů, jejich funkčnost a možnosti budování síťové infrastruktury závisí na řešeném problému a požadavcích na šířku pásma, rozsah, spolehlivost sítě, mobilitu uživatelů a aplikační podporu.

Přepnout (přepínač) - zařízení určené k propojení několika uzlů počítačové sítě v rámci jednoho nebo více jejích segmentů.

Chcete-li vybrat správný přepínač, musíte porozumět topologii sítě, znát přibližný počet uživatelů, rychlost přenosu dat pro každou část sítě, bezpečnostní požadavky a mnoho dalšího a také porozumět specifikům provozu tohoto síťového zařízení. .

Switche se liší počtem a typem portů, architekturou, designem, funkčností, spolehlivostí, výkonem a cenou.

Úvod do spínací technologie

Co je přepínač a proč je potřeba?

Přepínač kombinuje různá síťová zařízení, jako jsou PC, servery, úložné systémy připojené k síti, do jednoho síťového segmentu a umožňuje jim vzájemně komunikovat. Určuje, kterému příjemci jsou data určena, a odesílá je přímo příjemci. Výjimkou je všesměrový provoz do všech síťových uzlů a provoz zařízení, u kterých není znám odchozí port přepínače.

To zlepšuje výkon a zabezpečení sítě tím, že zbavuje ostatní segmenty sítě nutnosti zpracovávat data, která pro ně nejsou určena.

Přepínač přenáší informace pouze příjemci.

přepínač) funguje na kanálu (druhý,L2) Úroveň modelu OSI. V tomto případě pro připojení několika sítí na úrovni sítě (vrstva OSI tři,L3) routery obsluhují (router).

Principy činnosti spínačů

V paměti přepínače je uložena přepínací tabulka, kde jsou zaznamenány MAC adresy zařízení připojených k portům, to znamená, že je indikována shoda mezi MAC adresou hostitele sítě a portem přepínače. Při příjmu dat z jednoho z portů je přepínač analyzuje a určí cílovou adresu, přičemž pomocí tabulky vybere port, kam má být odeslána.

Když je přepínač zapnutý, tabulka je prázdná a pracuje v režimu učení: data přicházející na libovolný port jsou přenášena na všechny ostatní porty. V tomto případě přepínač analyzuje rámce (rámce) a po určení MAC adresy odesílajícího hostitele ji zadá do tabulky. Pokud následně jeden z portů přepínače přijme rámec určený pro hostitele, jehož MAC adresa je již v tabulce, bude tento rámec přenášen pouze přes port uvedený v tabulce. Pokud MAC adresa cílového hostitele není přidružena k žádnému portu přepínače, pak je rámec odeslán na všechny porty kromě zdrojového portu.

Sestavení spínacího stolu. MAC adresy síťových zařízení jsou spojeny s konkrétními porty přepínače.

Jak dochází ke komutaci při vytvoření tabulky? Například účastník s adresou A odešle rámec příjemci s adresou D. Pomocí tabulky přepínač určí, že stanice s adresou A je připojena k portu 1 a stanice s adresou D je připojena k portu 4. Na základě na těchto datech naváže virtuální spojení pro přenos zpráv mezi porty 1 a 4. Po přenosu je virtuální spojení ukončeno.

Přepínání režimů

Při vší rozmanitosti návrhů přepínačů je základní architektura těchto zařízení určena čtyřmi komponentami: porty, vyrovnávací paměti, interní sběrnice a mechanismus předávání paketů.

Mechanismus podpory paketů/rámců může být následující. Při přepínání s dopřednou vyrovnávací pamětí jej přepínač přijímající paket nevysílá dále, dokud zcela nepřečte všechny potřebné informace. Zjistí nejen adresu příjemce, ale také zkontroluje kontrolní součet, tedy dokáže odříznout vadné pakety. To vám umožní izolovat segment produkující chyby. Tento režim je tedy zaměřen na spolehlivost, nikoli na rychlost. Při přepínání přečte přepínač pouze adresu příchozího paketu. Paket je přenášen dále bez ohledu na chyby. Tato metoda se vyznačuje nízkou latencí.

Některé přepínače používají hybridní metodu zvanou prahové nebo adaptivní přepínání. Za normálních podmínek provádějí end-to-end přepínání a kontrolují kontrolní součty. Pokud počet chyb dosáhne zadané prahové hodnoty, pak se přepnou do spínacího režimu s přechodným ukládáním do vyrovnávací paměti, a když se počet chyb sníží, vrátí se do end-to-end spínacího režimu.

Jedním z důležitých parametrů přepínače je jeho výkon. Je určeno třemi hlavními ukazateli: rychlostí přenosu dat mezi porty, celkovou propustností (nejvyšší rychlost, kterou jsou data přenášena k příjemcům) a zpožděním (doba mezi přijetím paketu od odesílatele a jeho odesláním příjemci). ). Další klíčovou vlastností jsou možnosti ovládání.

Typy a vlastnosti spínačů

Spravované a nespravované přepínače

Ethernetové přepínače se obvykle dělí na dva hlavní typy – neřízené a spravované. Nespravované přepínače neumožňují změny konfigurace ani žádná jiná nastavení. Jedná se o jednoduchá zařízení, která jsou ihned po zapnutí připravena k použití. Jejich předností je nízká cena a autonomní provoz, který nevyžaduje zásah. Nevýhody: nedostatek nástrojů pro správu a nízký výkon.

Jednoduché neřízené přepínače jsou nejběžnější v domácích sítích a malých firmách.

Řízené spínače jsou pokročilejší zařízení, která fungují také v automatickém režimu, ale navíc mají ruční ovládání. Umožňuje konfigurovat provoz přepínače, poskytuje například možnost konfigurovat síťové zásady, vytvářet virtuální sítě a plně je spravovat. Cena závisí na funkčnosti přepínače a jeho výkonu.

Přepínání lze řídit na úrovni datového spoje (druhá) a sítě (třetí) modelu OSI. Zařízení se nazývají řízené přepínače L2 a L3. Správu lze provádět přes webové rozhraní, rozhraní příkazového řádku (CLl), Telnet, SSH, RMON, protokol pro správu sítě (SNMP) atd.

Spravovaný přepínač umožňuje konfigurovat šířku pásma, vytvářet virtuální sítě (VLAN), atd.

Za pozornost stojí přístup SSH a protokol SNMP. Webové rozhraní usnadňuje počáteční konfiguraci přepínače, ale téměř vždy má méně funkcí než příkazový řádek, takže jeho přítomnost je vítána, ale není vyžadována. Mnoho modelů podporuje všechny oblíbené typy ovládání.

Mezi spravované přepínače patří také tzv. chytré přepínače – zařízení s omezenou sadou konfiguračních nastavení

Nespravované, chytré a plně spravované přepínače. Inteligentní přepínače mohou poskytovat webovou správu a základní nastavení.

Komplexní podnikové přepínače mají úplnou sadu nástrojů pro správu, včetně CLI, SNMP, webového rozhraní a někdy i dalších funkcí, jako je zálohování a obnova konfigurace.

Mnoho spravovaných přepínačů podporuje další funkce, jako je QoS, agregace portů a/nebo zrcadlení a stohování. Některé přepínače mohou být klastrované, MLAGed nebo vytvořené jako virtuální zásobník.

Stohovatelné spínače

Stacking je schopnost kombinovat několik přepínačů pomocí speciálních (nebo standardních) kabelů tak, aby výsledná struktura fungovala jako jeden přepínač. Obvykle se zásobník používá k připojení velkého počtu uzlů v místní síti. Pokud jsou přepínače zapojeny do kruhu, pak pokud některý přepínač selže, zásobník nadále funguje.

Proč takový zásobník vzniká? Za prvé je to ochrana investic. Pokud potřebujete zvýšit počet uživatelů/zařízení v síti, ale není dostatek portů, můžete do zásobníku přidat přepínač. Za druhé, správa zásobníku je pohodlnější. Z pohledu monitorovacích a řídicích systémů se jedná o jedno zařízení. Za třetí, stack switche mají jednu tabulku adres, jednu IP a MAC adresu.

Stohovatelný (nebo stohovatelný) přepínač má speciální porty (rozhraní) pro stohování, často fyzicky kombinující interní sběrnice. Skládané připojení má zpravidla rychlost přenosu dat, která je několikanásobně vyšší než přenosová rychlost na jiných portech přepínače. A u přepínačů s neblokující architekturou nedochází k blokování provozu vyměňovaného mezi stack přepínači.

Stohovatelné spravované přepínače lze spojit do jednoho logického zařízení – stohu, čímž se zvýší počet portů.

Obvykle se používají vlastní technologie stohování. Někdy se používají kabely s koncovými konektory SFP, GBIC atd. Zpravidla lze naskládat až 4, 8, 16 nebo 32 přepínačů. Mnoho moderních přepínačů je odolných vůči chybám a spolu se stohováním podporuje všechny funkce L2 a L3 a mnoho specializovaných protokolů.

Existují také technologie „virtualizace“ přepínačů, jako je Cisco Virtual Switching System (VSS) a HPE Intelligent Resilient Framework (IRF). Lze je také zařadit mezi technologie stohování, ale na rozdíl od „klasického“ stohování (StackWise, FlexStack atd.) se k připojení přepínačů používají ethernetové porty. Spínače tak mohou být umístěny v relativně velké vzdálenosti od sebe.

Redundance a odolnost proti chybám

Moderní architektury zásobníku poskytují redundanci N-1, podporují distribuované přepínání L2/L3, agregaci linek napříč zásobníkem a také schopnost přepínat spojení v případě havárie a přepínat aktivní zařízení v zásobníku bez selhání služby. Kromě tradičních protokolů STP, RSTP a MSTP mohou přepínače podporovat pokročilé technologie, například Smart Link a RRPP, provádět přepínání ochranných kanálů na úrovni milisekund a zaručovat spolehlivý provoz sítě.

Některé modely podporují SEP (Smart Ethernet Protection), protokol kruhové sítě, který zajišťuje nepřetržité poskytování služeb. Další protokol, ERPS (Ethernet Ring Protection Switching), využívá funkce Ethernet OAM a mechanismus automatického přepínání ochrany kruhu – rovněž v milisekundách.

Mnoho prodejců používá své vlastní technologie síťové kruhové redundance, které poskytují rychlejší doby obnovy než standardní protokoly STP/RSTP. Jeden příklad je uveden níže.

Pro přenos dat v ringu se volí hlavní a záložní port. Přepínač blokuje záložní port a přenos probíhá podél hlavní trasy. Všechny přepínače v kruhu si vyměňují synchronizační pakety. Pokud dojde ke ztrátě spojení, záložní port se odblokuje a použije se záložní trasa.

Pro zvýšení spolehlivosti mohou být poskytnuty za provozu vyměnitelné a/nebo redundantní spínané napájecí zdroje a chladicí prvky. S optickými porty, které jsou k dispozici u některých modelů, lze přepínač připojit k základnímu přepínači vzdálenému až 80 km. Takové vybavení umožňuje vytvořit produktivní přepínací cluster odolný proti chybám nebo sestavit libovolnou moderní topologii L2, oddělenou několika desítkami kilometrů, a získat tak zásobník odolný proti chybám pro stovky portů s jediným řídicím bodem, což značně zjednodušuje správu.

Přepínače v síťové architektuře

Umístění a role přepínače v síti

Přepínače a směrovače hrají klíčovou roli, zejména v podnikových prostředích. Přepínání je jednou z nejběžnějších síťových technologií. Přepínače vytlačují směrovače na periferii lokálních sítí a nechávají za sebou roli organizování komunikace prostřednictvím globální sítě.

Prostřednictvím mikrosegmentace zlepšují výkon sítě, umožňují organizovat připojená zařízení do logických sítí a v případě potřeby je přeskupovat.

Tradiční architektura podnikové sítě zahrnuje tři vrstvy: přístup, agregaci/distribuci a jádro. Na každém z nich plní přepínače specifické síťové funkce.

Přepínače mohou hrát roli hlavních přepínačů v pobočkách a středně velkých organizacích, fungovat jako přepínače místního přístupu ve velkých organizacích a mohou být použity ke sjednocení malých skupin do jediné sítě druhé úrovně. Jsou široce používány v datových centrech a v jádru sítě, v sítích poskytovatelů na úrovni přístupu a agregace a s rozšířením technologie Ethernet v řadě vertikálních aplikací, například v průmyslu, v systémech automatizace budov. Navzdory rozšíření bezdrátových technologií se tato síťová zařízení stávají stále oblíbenějšími také v segmentech SMB a SOHO.

Mnoho vývojářů se zaměřuje na zlepšení informační bezpečnosti a mechanismů řízení provozu, zejména pro přenos hlasu nebo videa. Rostoucí objemy provozu diktují zavedení 10gigabitových a ještě vyšších rychlostí.

Moderní přepínače mohou podporovat více bezpečnostních protokolů, včetně úplné sady instrukcí ARP pro filtrování datových paketů na vrstvách L2-L7, stejně jako dynamické směrování, které zahrnuje všechny nezbytné protokoly s nejkratší cestou. Vysoce konkurenční trh poskytuje dostatek příležitostí k výběru produktů od známých západních značek, výrobců z asijských zemí a ruských výrobků.

Globální trh přepínačů a klíčoví dodavatelé

Hlavní příspěvek k 3% růstu celosvětového trhu přepínačů a směrovačů v roce 2015 měl segment podnikových zařízení: představoval téměř 60 % tržeb. Největšími světovými výrobci ethernetových L2/L3 přepínačů jsou Cisco (přes 62 %), HPE, Juniper, Arista, Huawei. Poptávka po vybavení datových center, 10 a 40gigabitových ethernetových přepínačích a přepínačích pro velké poskytovatele roste.

Objem prodeje pěti největších prodejců přepínačůEthernetve světě v posledních čtvrtletích (podleIDC).

V regionu EMEA vykázal segment ethernetových přepínačů v první polovině roku 2016 pokles o 6,7 %. Zpráva IDC uvádí, že Cisco zůstává největším výrobcem přepínačů na trhu EMEA. Cisco a HPE představovaly více než 68 % prodejů přepínacích zařízení v regionu. Mezi lídry patřili také Arista a Huawei.

Podle předpovědí Dell'Oro Group poroste nejrychleji segment přepínačů datových center Přechod na cloudový model by měl také podpořit přijetí SDN a prodej přepínačů cloudových datových center, zatímco poptávka po přepínačích podnikové třídy klesá.

Možnosti a typy spínačů

Přepínače jádra, distribuce a přístupu umožňují vytvářet síťové architektury různých topologií, úrovní složitosti a výkonu. Tyto platformy sahají od jednoduchých přepínačů s osmi pevnými porty až po modulární zařízení skládající se z více než tuctu blade serverů a stovek portů.

Přepínače pro pracovní skupiny mají obvykle malý počet portů a podporované adresy MAC.

Páteřní přepínače se vyznačují velkým množstvím vysokorychlostních portů, přítomností dalších funkcí správy, pokročilým filtrováním paketů atd. Obecně je takový přepínač mnohem dražší, funkčnější a produktivnější než přepínače pro pracovní skupiny. Poskytuje efektivní segmentaci sítě.

Hlavní parametry switchů: počet portů (při výběru switche je lepší poskytnout rezervu pro rozšíření sítě), rychlost přepínání (u entry-level zařízení je mnohem nižší než u switche podnikové třídy), propustnost, automatická detekce MDI/MDI-X (standardy, podle kterých je kroucený pár krimpován), přítomnost rozšiřujících slotů (například pro připojení SFP rozhraní), velikost tabulky MAC adres (voleno s ohledem na rozšíření sítě ), tvarový faktor (desktop/rackmount).

Podle provedení se rozlišují přepínače s pevným počtem portů; modulární na podvozku; stohovatelné (stohovatelné); modulární zásobník. Přepínače poskytovatele služeb se dělí na agregační přepínače a přepínače přístupové vrstvy. První agreguje provoz na okraji sítě, druhý zahrnuje funkce, jako je řízení dat na úrovni aplikace, vestavěné zabezpečení a zjednodušená správa.

Datová centra musí používat přepínače, které poskytují škálovatelnost infrastruktury, nepřetržitý provoz a flexibilitu přenosu dat. V sítích Wi-Fi může přepínač plnit roli ovladače, který spravuje přístupové body.

Switche a Wi-Fi sítě

V závislosti na návrhu a scénáři nasazení sítě Wi-Fi (WLAN) se v ní mění i role přepínačů. Může to být například centralizovaná/řízená architektura nebo konvergovaná architektura (kombinující kabelový a bezdrátový přístup). Většina středních a velkých Wi-Fi sítí je postavena na principech centralizované architektury s přepínačem jako řadičem Wi-Fi. Všichni hlavní poskytovatelé špičkových Wi-Fi (Cisco, Aruba (HPE), Ruckus (Brocade), HPE, Huawei atd.) takové nabídky mají.

Jednoduchá síťWLANnepotřebuje ovladač a spínač plní své základní funkce.

Kontrolér spravuje načítání/změny softwaru, změny konfigurace, RRM (dynamická správa rádiových zdrojů), komunikaci s externími servery (AAA, DHCP, LDAP atd.), ověřování uživatelů, profily QoS, speciální funkce atd. Ovladače lze seskupit a hladce přecházet mezi klienty mezi přístupovými body v oblasti pokrytí.

Ovladač poskytuje centralizovanou správu zařízení v bezdrátové síti a je určen pro kampusové, pobočkové a podnikové sítě SMB. Centralizovaná síťová architekturaWi- Fiumožňuje budovat velké sítě a spravovat je z jednoho bodu.

V malé podnikové Wi-Fi síti pokrývající část patra, patra, malé budovy atd. lze použít přepínače ovladače určené pro malý počet přístupových bodů (do 10-20). Velké podnikové Wi-Fi sítě pokrývající areály, tovární areály, porty atd. vyžadují výkonné a funkční řadiče (například Cisco 5508, Aruba A6000, Ruckus ZoneDirector 3000). Někdy nabízejí řešení na modulech pro přepínače nebo routery, například modul Cisco WiSM2 v přepínači Cisco Catalyst 6500/6800, modul Huawei ACU2 v přepínačích Huawei S12700, S9700, S7700, modul HPE JD442A v HPE 9500 spínač.

V novém vydání „magického kvadrantu“ společnosti Gartner (srpen 2016) pro dodavatele zařízení pro infrastrukturu kabelových a bezdrátových místních sítí patřilo vedle Cisco mezi lídry pouze HPE, které pohltilo Arubu.

Automatické zjišťování přístupových bodů a centralizovaná správa eliminují náklady na nastavení konfigurací. Kontroléry mohou také poskytnout ochranu před potenciálními útoky, zatímco funkce samooptimalizace a obnovy zajistí bezproblémový provoz bezdrátové sítě. Podpora PoE zjednoduší nasazení WLAN.

Funkční a konstrukční vlastnosti spínačů

Funkce ethernetového přepínače a podporované protokoly

Provozní funkce mohou zahrnovat řízení toku (IEEE 802.3x), které sjednává okružní provoz při vysokém zatížení, aby se zabránilo ztrátě paketů. Podpora pro Jumbo Frame (zvýšené pakety), zlepšuje celkový výkon sítě. Priorita provozu (IEEE 802.1p) umožňuje identifikovat důležitější pakety (jako je VoIP) a odeslat je jako první. Pokud plánujete přenášet audio nebo video provoz, vyplatí se této funkci věnovat pozornost.

Podpora VLAN (IEEE 802.1q) je pohodlný nástroj pro vymezení podnikové sítě pro různá oddělení atd. Funkce Traffic Segmentation pro rozlišení domén na úrovni datového spoje umožňuje konfigurovat porty nebo skupiny portů přepínačů používaných k připojení serverů nebo páteřní sítě sítě.

Zrcadlení provozu (duplikace) (Port Mirroring) lze použít k zajištění bezpečnosti v rámci sítě, řízení nebo testování výkonu síťového zařízení. LoopBack Detection automaticky zablokuje port, když dojde ke smyčce (obzvláště důležité při výběru nespravovaných přepínačů).

Agregace linek (IEEE 802.3ad) zvyšuje propustnost linky kombinací více fyzických portů do jednoho logického portu. IGMP Snooping je užitečný při vysílání IPTV. Storm Control umožňuje portu pokračovat v provozu a přesměrovat veškerý další provoz během vysílání/jednosměrné bouře.

Přepínače mohou podporovat dynamické směrovací protokoly (např. RIP v2, OSPF) a správu internetových skupin (např. IGMP v3). Díky podpoře protokolů BGP a OSPF lze zařízení použít jako přepínací router pro lokální síťové domény a subdomény. Některé modely podporují vytváření překryvných sítí (TRILL), což snižuje zatížení tabulek MAC adres a zajišťuje jednotné zatížení kanálů pro stejné trasy, což výrazně zvyšuje rychlost přístupu k síťovým zdrojům. Toto síťové vybavení se také liší způsobem fungování.

Přepínače L1-L4

Čím vyšší je úroveň, na které přepínač pracuje podle modelu sítě OSI, tím je zařízení složitější a dražší a jeho funkčnost je rozvinutější.

Přepínače vrstvy 1(rozbočovače a opakovače) fungují na fyzické úrovni a zpracovávají spíše elektrické signály než data. Takové zařízení se nyní prakticky nevyrábí.

Přepínače vrstvy 2 pracovat na úrovni odkazu s rámy (rámci), umí je analyzovat, určit odesílatele a příjemce. Pracují pouze s MAC adresami a nedokážou rozlišovat mezi IP adresami. Tato zařízení zahrnují všechny nespravované přepínače a některé spravované přepínače.

• RMON(4 skupiny: Statistika, Historie, Alarm a Událost)
• Dvě úrovně hesel – uživatelské heslo a záložní heslo.
• Přístupový profil a priorita provozu
• Segmentace provozu
• Ovládání šířky pásma
• Funkce Zabezpečení přístavu(omezte počet MAC na daném portu)
• Řízení přístupu IEEE 802.1x na základě portů/adres MAC
• Protokolování událostí pomocí Syslog
• Podpora TACACS, RADIUS, SSH
• Aktualizace softwaru a uložení konfiguračního souboru na externí médium
• Podpora IEEE 802.1Q VLAN (na základě štítků)
• Priorita paketů IEEE 802.1p a 4 fronty
• Protokol Spanning Tree (IEEE 802.1D)
• Protokol Rapid Spaning Tree (IEEE 802.1w)
• Vysílat Storm Control
• Podpora pro kombinování portů do trunku - Link Aggregation (IEEE 802.3ad Static mode)
• Zrcadlení portů (provoz z více portů na jeden vybraný port)
• Klient TFTP/BOOTP/DHCP
• Podpora TELNET, vestavěný WEB server
• CLI - rozhraní příkazového řádku
• IGMP k omezení vysílacích domén ve VLAN
• SNMP v1/v3

Společné funkce přepínačeL2.

Přepínače L2 vytvářejí přepínací tabulky, podporují protokol IEEE 802.1p (priorizace provozu), protokol IEEE 802.1q (VLAN), IEEE 802.1d (Protokol Spanning Tree Protocol, STP), používaný ke zvýšení odolnosti proti chybám v síti, IEEE 802.1w (Rapid Spanning Tree Protocol, RSTP) s vyšší odolností a kratší dobou obnovy, nebo modernější IEEE 802.1s (Multiple Spanning Tree Protocol, MSTP), IEEE 802.3ad (Link Aggregation) pro spojení několika portů do jednoho vysokorychlostního portu.

Přepínače vrstvy 3 pracovat na úrovni sítě. Patří mezi ně řada modelů spravovaných přepínačů a směrovačů. Dokážou směrovat síťový provoz a přesměrovat jej do jiných sítí, podporují práci s IP adresami a navazování síťových spojení.

Jsou to tedy vlastně routery, které implementují mechanismy pro logické adresování a výběr cesty pro doručování dat (route) pomocí směrovacích protokolů (RIP v.1 a v.2, OSPF, BGP, proprietární protokoly). Přepínače L3 se tradičně používají v místních a teritoriálních sítích k zajištění přenosu dat pro velké množství zařízení, která jsou k nim připojena, na rozdíl od směrovačů, které přistupují k rozlehlé síti (WAN).

Přepínače vrstvy 4 fungují na transportní úrovni a podporují práci s aplikacemi a mají některé inteligentní funkce. Mohou detekovat porty TCP/UDP k identifikaci aplikací, bity SYN a FIN k označení začátku a konce relací a rozpoznat informace v hlavičkách zpráv. Liší se také provedení spínačů.

Pevná konfigurace a modulární ethernetové přepínače

Modulární přepínače poskytují škálovatelný výkon, flexibilní konfigurace a možnosti postupného rozšíření. Přepínače s pevnou konfigurací umožňují budovat síťovou infrastrukturu pro širokou škálu úkolů, včetně budování sítí komplexů budov, poboček velkých podniků, středně velkých organizací a malých a středních podniků.

Přepínače s pevnou konfigurací obvykle podporují až 48 portů. Někdy je možné nainstalovat další porty SFP/SFP+.

Pomocí uplinků SFP+ lze mnoho přepínačů připojit k horní úrovni – jádru sítě, které poskytuje vysoký výkon a vyrovnávání zátěže napříč všemi kanály. Vysoká hustota portů umožňuje efektivnější využití omezeného prostoru a výkonu.

Modulární přepínače jsou obvykle vysoce výkonné platformy, které podporují širokou škálu protokolů L3, flexibilní sadu rozhraní, virtualizaci služeb a optimalizaci aplikací a síťové clustery (SMLT, SLT, RSMLT). Lze je použít v jádru velkých a středně velkých sítí, v sítích datových center (jádro sítě a koncentrace serverových spojení).

Typické funkce modulárního přepínače.

Modulární přepínače mohou mít velmi vysokou hustotu portů přidáním rozšiřujících modulů. Některé například podporují více než 1000 portů. Ve velkých podnikových sítích, ke kterým jsou připojeny tisíce zařízení, je lepší použít modulární přepínače. Jinak budete potřebovat mnoho přepínačů s pevnou konfigurací.

Cisco Catalyst 6800 - modulární přepínače pro kampusové sítě podporující 10/40/100G. Rozšiřitelná platforma 4,5 RU obsahuje od 16 do 80 1/10GE portů s podporou BGP a MPLS.

Vlastnosti ethernetového přepínače

Hlavní charakteristiky přepínače, které měří jeho výkon, jsou rychlost přepínání, propustnost a latence přenosu rámce. Tyto metriky jsou ovlivněny velikostí vyrovnávací paměti rámců, výkonem interní sběrnice, výkonem procesoru a velikostí tabulky MAC adres.

Mezi obecné charakteristiky patří také možnost montáže do racku, kapacita RAM, počet portů a uplinků/SFP portů, rychlost uplinku, podpora stohování, způsoby správy.

Někteří prodejci nabízejí na svých webových stránkách pohodlné konfigurátory pro výběr přepínačů na základě jejich vlastností: počet a typ portů (1/10/40GbE, optický/měděný), typ přepínání/směrování (L2/L3 - základní nebo dynamický), rychlost a typ uplinků, dostupnost PoE/PoE+, podpora IPv6 a OpenFlow (SDN), FCoE, redundance (napájení/továrna/ventilátory), možnosti stohování. Energy Efficient Ethernet (IEEE 802.3az, Energy Efficient Ethernet) snižuje spotřebu energie tím, že ji automaticky upravuje podle skutečného síťového provozu přepínače.

Na úrovni přístupu lze použít levnější a méně efektivní přepínače, zatímco dražší vysoce výkonné je lepší použít na úrovni distribučního jádra a jádra sítě, kde výkon celého systému velmi závisí na rychlosti přepínání.

Typy a hustoty portů

Skupinu switch portů pro připojení koncových účastníků tvoří tradičně porty pro kroucené dvoulinky s konektory RJ-45. Dosah přenosu signálu je až 100 metrů z celkové délky vedení a pro kanceláře je to ve většině případů dostačující.

PortyEtherhet1/10 Gbit/Cpro měděné kabely s konektoryR.J.-45.

Obtížnější je vybrat typ uplinkových portů určených pro komunikaci s uzly sítě vyšší úrovně. V mnoha případech jsou preferovány optické komunikační kabely, které nemají stejná omezení délky jako kroucené dvoulinky. Takové porty často používají vyměnitelné moduly SFP (Small Form-factor Pluggable). Výška a šířka modulu SFP je srovnatelná s výškou a šířkou konektoru RJ-45.

Optický modulSFP.

Populární rozhraní SFP+ a XFP mohou poskytnout přenosovou rychlost 10 Gbit/s a dosah až 20 km. Půdorys pro moduly SFP+ má stejné rozměry jako SFP, rozdíl spočívá v protokolech přenosu informací mezi modulem a přepínačem. XFP má větší rozměry než SFP+. Přepínače s porty SFP a SFP+ se v síti často používají na úrovni agregace. Mezitím se v datových centrech široce používají nejen ethernetové přepínače, ale také jiné typy přepínacích zařízení.

V síti velkého podniku nebo ve velkém datovém centru, kde jsou tisíce portů, má větší význam hustota portů, to znamená, kolik maximálních portů lze umístit na 1U (nebo na rack) požadované přenosové rychlosti. s přihlédnutím k rozšiřujícím slotům a přídavným modulům. Je třeba pamatovat na rostoucí potřebu přenášet velké množství dat a v souladu s tím zohlednit hustotu portů požadované rychlosti v uvažovaných přepínačích.

Pokud jde o kancelářské sítě, užitečnou funkcí přepínače může být podpora PoE a EEE.

Napájení přes síť - PoE

Technologie Power over Ethernet (PoE) umožňuje přepínači napájet zařízení přes ethernetový kabel. Tuto funkci běžně používají některé IP telefony, bezdrátové přístupové body, CCTV kamery atd.

Technologie Power over Ethernet je pohodlnou alternativou k napájení síťových zařízení.

PoE poskytuje flexibilitu při instalaci tohoto typu zařízení: lze jej nainstalovat kdekoli, kde je ethernetový kabel. Ale PoE by mělo být opravdu nutné, protože... přepínače, které to podporují, jsou výrazně dražší.

Standard IEEE 802.3af (PoE) poskytuje nepřetržitý proud až 400 mA při jmenovitém napětí 48 V prostřednictvím dvou párů vodičů ve čtyřpárovém kabelu s maximálním výkonem 15,4 W.

Standard IEEE 802.3at (PoE+) poskytuje zvýšený výkon (až 30 W) a nový mechanismus vzájemné identifikace (klasifikace) zařízení. Umožňuje zařízením vzájemně se identifikovat při připojení.

Vývoj sítí a přepínačů

Switche v datovém centru: Ethernet, Fibre Channel, InfiniBand

Pro vysoce výkonné přepínání serverů a úložných systémů se dnes používá celá řada technologií a zařízení – ethernetové přepínače, Fibre Channel, InfiniBand atd.

Ve virtualizovaných a cloudových datových centrech, kde převládá „horizontální“ provoz mezi servery a virtuálními stroji, přichází na pomoc konfigurace „trunk and leaves“ (Spine-Leaf). Tato konfigurace se někdy nazývá „distribuované jádro“. Často se také používá termín "ethernetová tkanina".

Páteř-přepínače lze chápat jako distribuované jádro, pouze místo jednoho nebo dvou jádrových přepínačů je tvořeno velkým množstvím „trubkových“ přepínačů s vysokou hustotou portů.

Výhody této konfigurace jsou následující: horizontální provoz mezi „listy“ je zaručen jedním skokem, skrz „strom“, takže zpoždění je předvídatelné, když zařízení selže, výkon utrpí méně a tato konfigurace se snáze škáluje .

Roste také potřeba vyšších rychlostí přenosu dat. V posledních letech bylo vytvořeno šest standardů Ethernet: 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, Gbit/s, 10 Gbit/s, 40 Gbit/s a 100 Gbit/s. V roce 2016 ethernetová komunita usilovně pracuje na implementaci nových rychlostních standardů: 2,5 Gbit/s, 5 Gbit/s, 25 Gbit/s, 50 Gbit/s, 200 Gbit/s. Nedávno přijaté specifikace IEEE 802.3 (včetně podskupin) pokrývají rozsah rychlostí od 25 Gbps na port až po celkovou kapacitu připojení 400 Gbps. Dokončení prací na standardu 400GbE (802.3bs) je plánováno na březen 2017. Bude používat více linek 50 nebo 100 Gbit/s.

Na světovém trhuEthernet- dominují přepínače datových centerCisco Systémy(podleIDC, 2015).

Spolu s 40/100GbE se InfiniBand stále více rozšiřuje v datových centrech. Technologie InfiniBand (IB) se používá především ve vysoce výkonných výpočtech (HPC), víceuzlových clusterech a výpočtech GRID. Používá se v interních připojeních (backplane) a přepínačích (crossbar switch) výrobci modulárních serverů. V přepínačích, které podporují InfiniBand EDR (Enhanced Data Rate) 12x, dosahují rychlosti portů 300 Gb/s.

Modulární server s vestavěným přepínačemInfiniBand.

Sítě SAN (Storage area Network) jsou tradičně postaveny na protokolu FC (Fibre Channel), který poskytuje rychlý a spolehlivý přenos dat mezi diskovými poli a servery. FC poskytuje garantovanou nízkou latenci, vysokou spolehlivost a výkon diskového subsystému.

PřepínačF.C.(redundantní továrna) – klíčový prvekSAN.

FC provoz lze také přenášet přes Ethernet při zachování předvídatelnosti a výkonu Fibre Channel (FCoE). Pro tento účel byl vyvinut protokol Converged Enhanced Ethernet (CEE).

Předpokládá se, že kombinace provozu SAN a LAN v jednom síťovém segmentu pomocí FCoE umožňuje získat řadu výhod při budování datových center, včetně snížení počátečních nákladů na zařízení a provozních nákladů na podporu, údržbu, napájení a klimatizaci zařízení. . Tento přístup se však nikdy nerozšířil.

PřepínačFCoEzajišťuje konvergenciSANALAN.

Vyhrazená síť SAN (založená na FC nebo iSCSI) zůstává nejlepší volbou pro vysokorychlostní přístup k datům. Jeho tradiční protokol Fibre Channel je od základu navržen pro rychlé přenosy velkých bloků a nízkou latenci. Důležitým faktorem růstu trhu SAN bude přechod na zařízení nové generace – přepínače a ředitelé Fibre Channel Gen 6 (32 Gbps). Už to začalo.

Změna rychlosti přenosu dat v nasazených sítíchF.C., InfiniBandAEthernet podle Mellanoxu.

Důležité je vybrat zařízení, které je vhodné pro aktuální požadavky sítě, ale s výkonnostní rezervou pro další růst.

Technologie ethernetové tkaniny

Technologie switch fabric vytvořená pro Fibre Channel SAN si našla cestu do ethernetových sítí. Spolu s virtuálními směrovacími platformami a řadiči SDN dláždí ethernetové struktury cestu pro přijetí SDN/NFV pomocí otevřených, automatizovaných, softwarově definovaných komponent pro flexibilitu a snížení nákladů.

Ethernetové tkaniny spolu s doplňkovými technologiemi TRILL a Shortest Path Bridging (SPB) jsou alternativou ke složitým a neefektivním třívrstvým sítím a Spanning Tree.

Přepínače nyní pokrývají sítě úložišť, sítě školních areálů a sítě datových center. Snižují provozní náklady, zvyšují efektivitu sítě, zrychlují nasazení aplikací a podporují virtualizaci. Vývoj spínacích tkanin pokračuje.

Přepínače White-box, Bare-metal a Open Networking

V poslední době se rozšířil koncept Open Networking, jehož účelem je „oddělit“ operační systém přepínače od hardwarové platformy a dát zákazníkům možnost volby kombinací síťových OS a vybavení. Na rozdíl od tradičních přepínačů, které se dodávají s předinstalovaným operačním systémem, si můžete zakoupit kovový přepínač od jednoho výrobce a software od jiného výrobce.

Bare-metal znamená, že switch nemá nainstalovaný síťový OS, je tam pouze bootloader pro jeho instalaci.

Takové zařízení vyrábí například tchajwanští a ruští výrobci. Řada prodejců nabízí také White-box – Bare-metal switche s předinstalovaným síťovým OS. Takové přepínače poskytují větší flexibilitu a určitou nezávislost zákazníka na výrobci zařízení. Jejich cena je nižší ve srovnání s produkty od velkých prodejců. Podle Dell'Oro Group jsou o 30–40 % levnější než tradiční značkové modely. Funkce síťového OS obvykle poskytují podporu pro všechny standardní protokoly L2/L3 a v některých případech i protokol OpenFlow.

Tradiční přepínače (vlevo) a přepínače White box (vpravo).

Hlavním cílovým segmentem trhu přepínačů White-box je datová centra. Umožňují vám upravit síťový OS pro řešení konkrétních problémů. Proveditelnost jejich použití v kampusových nebo distribuovaných podnikových sítích však závisí na tom, kolik přepínačů je v síti a jak často se mění konfigurace a zda má společnost specialisty schopné podporovat operační systém open source sítě. V malých kampusových sítích je přínos sporný.

Společnost Infonetics Research předpovídá, že v roce 2019 bude holý kov tvořit téměř 25 % všech portů přepínačů dodávaných do datových center po celém světě.

Virtuální přepínače

S nárůstem výpočetního výkonu procesorů x86 si softwarový virtuální přepínač snadno poradí s rolí přepínače. Je vhodné použít například pro poskytování přístupu k síťové vrstvě virtuálním strojům běžícím na fyzickém serveru. Logické (virtuální) ethernetové porty se vytvářejí na virtuálních strojích (nebo v kontejnerech, například Docker). Prostřednictvím těchto portů se virtuální počítače připojují k virtuálnímu přepínači.

Tři nejoblíbenější virtuální přepínače jsou VMware Virtual Switch, Cisco Nexus 1000v a Open vSwitch. Poslední jmenovaný je open source virtuální přepínač distribuovaný pod licencí Apache 2.0 a navržený pro provoz na hypervizorech založených na Linuxu, jako jsou KVM a Xen.

Open vSwitch je softwarový víceúrovňový přepínač s otevřeným zdrojovým kódem navržený pro práci v hypervizorech a na počítačích s virtuálními stroji. Podporuje protokol OpenFlow pro řízení logiky přepínání.

Open vSwitch (OVS) podporuje širokou škálu technologií, včetně NetFlow, sFlow, Port Mirroring, VLAN, LACP. Může pracovat jak ve virtuálních prostředích, tak i jako řídicí rovina pro hardwarové přepínače. Síťové operační systémy založené na OVS jsou široce používány na přepínačích White-box a Bare-metal. Mnoho oblastí použití OVS je v sítích SDN, při přepínání provozu mezi funkcemi virtuální sítě (NFV).

Přepínače v architektuře SDN/NFV

S rozšířením funkčnosti zařízení budou sítě rychlejší a chytřejší. Výkon moderních modelů přepínačů síťového jádra je až 1,5 Tbit/s a vyšší a tradiční cesta vývoje zahrnuje další zvyšování jejich výkonu. Rozšiřování funkčnosti je doprovázeno zvyšující se specializací zařízení na jádro sítě a její periferii. Podnikoví zákazníci mají nové požadavky v oblastech, jako je informační bezpečnost, flexibilita, spolehlivost a nákladová efektivita.

Koncept SDN (Software Defined Networking) je nyní široce diskutován. Hlavní podstatou SDN je fyzické oddělení řídicí roviny sítě (Control Plane) a vrstvy přenosu dat (Forwarding) přenesením funkcí správy přepínačů na software běžící na samostatném serveru (kontroléru).

Cílem SDN je flexibilní, spravovatelná, adaptivní a nákladově efektivní architektura, která se dokáže efektivně přizpůsobit přenosu velkých toků heterogenního provozu.

Přepínače SDN obvykle používají řídicí protokol OpenFlow. Většina přepínačů SDN také podporuje standardní síťové protokoly. V současné době je rozsah použití SDN především v serverových farmách datových center a specializovaných řešeních, kde SDN úspěšně doplňuje ostatní technologie. Na ruském trhu je technologie SDN nejvíce žádaná operátory veřejného cloudu.

Virtualizace síťových funkcí (NFV), virtualizace síťových funkcí, má za cíl optimalizovat síťové služby oddělením síťových funkcí (například DNS, ukládání do mezipaměti atd.) od hardwarové implementace. Předpokládá se, že NFV umožňuje univerzalizovat software, urychlit implementaci nových síťových funkcí a služeb a zároveň nevyžaduje opuštění již nasazené síťové infrastruktury.

Podle průzkumu CNews Analytics (2015) jsou ruští zákazníci obecně optimističtí ohledně vyhlídek technologií SDN a NFV, které jim umožňují snížit kapitálové náklady a urychlit zavádění nových služeb.

Předpovědi pro SDN a NFV v Rusku jsou stále rozporuplné. Podle J’son & Partners bude objem ruského segmentu SDN v roce 2017 činit 25–30 milionů USD Hlavními uživateli SDN a NFV budou vlastníci velkých datových center a federální telekomunikační operátoři.

Mezitím výrobci podnikových přepínačů nabízejí vysokorychlostní hardware s nižšími náklady na vlastnictví, flexibilní síťové možnosti, možnosti více aplikací a pokročilé bezpečnostní funkce.

SAN přepínače

Přepínače SAN se používají jako centrální spínací zařízení pro uzly sítě SAN. Jeden konec optického kabelu zapojíte do konektoru na adaptéru serveru nebo řadiče diskového pole a druhý do portu na přepínači.
Přepínač lze přirovnat k sadě vodičů, které jsou překříženy tak, aby umožnily každému zařízení v síti „mluvit“ přes jeden vodič s každým dalším zařízením v síti současně.
Servery a úložiště můžete připojit k síti SAN pomocí jediného přepínače, ale je dobrou praxí používat dva přepínače, abyste se vyhnuli ztrátě dat a výpadkům, pokud jeden z nich selže. Obrázek 1 ukazuje typickou strukturu, která používá dva přepínače pro připojení serverů k diskovému poli.

Obr 1. Nejjednodušší továrna využívající 2 přepínače.

S rostoucím počtem serverů a úložiště ve vaší síti SAN jednoduše přidáte přepínače.

Obrázek 2. Rozšíření SAN Fabric

Modulární nebo běžné spínače (modulární spínače)

Přepínače SAN se dodávají v různých velikostech od 8 do stovek portů. Většina modulárních přepínačů má 8 nebo 16 portů. Nejnovějším trendem je možnost navyšovat počet portů na zakoupeném switchi v krocích po 4. Typickým příkladem takového switche je Qlogic SANbox 5200 (obr. 3). Tento produkt můžete zakoupit s 8 porty v základně a poté jej rozšířit na 16 v jednom modulu a až 64 portů (!) ve čtyřech modulech, propojených 10gigabitovým FC.

Obr 3. Qlogic SANbox 5200 - čtyřmodulový zásobník se 64 porty

Ředitel se přepne

Directory jsou mnohem dražší než modulární přepínače a obvykle obsahují stovky portů (obrázek 4). Ředitelé mohou být viděni v centru velmi velkých přepínaných struktur jako jádro sítě. Ředitelé mají výjimečnou odolnost proti chybám a udržují celou infrastrukturu v provozu 24 hodin denně, 7 dní v týdnu. Umožňují provádět běžnou údržbu a vyměňovat moduly za chodu.

Rýže. 4. Port SilkWorm 1200 128 a McData InterPid 6140

Ředitel se skládá z platformy, modulů portů vyměnitelných za běhu (obvykle 12 nebo 16 portů) a modulů procesorů vyměnitelných za běhu (obvykle dvouprocesorové). Režisér lze zakoupit s 32 porty a lze jej rozšířit na 128 - 140 portů.
Podnikové sítě SAN obvykle používají ředitele jako jádro sítě. Modulární spínače jsou k nim připojeny jako koncové (hranové) spínače. Ty jsou zase připojeny k serverům a úložišti. Tato topologie se nazývá topologie core-to-edge a umožňuje škálovat síť na tisíce portů (obr. 5).

Rýže. 5. Topologie jádra pomocí direktorů.

SAN routery nebo multiprotokolové přepínače

Směrovače SAN se používají k připojení vzdálených ostrovů SAN do jediné sítě k řešení problémů ochrany před katastrofami, konsolidace zdrojů úložiště, organizace postupů pro zálohování dat ze vzdálených oddělení na páskové a diskové zdroje hlavního datového centra atd. ( Obrázek 6.). Konsolidace vzdálených sítí SAN do jednoho zdroje je dalším krokem ve vývoji sítí pro ukládání dat po zavedení SAN v ústředí a odděleních podniků (obr. 7).

Rýže. 6: McDATA Eclipse 1620, 3300 a 4300

Rýže. 7: Konsolidace vzdálených sítí SAN do jednoho zdroje

Ostrovy SAN lze propojit pomocí protokolu FC a konvenčních modulárních přepínačů nebo direktorů, prostřednictvím jednovidového optického kabelu (jednovidový kabel nebo tmavé vlákno) nebo pomocí multiplexního zařízení (DWDM).

Tato metoda vám však nedovolí jet za hranice města (poloměr 70 km). Pro větší odstranění budete potřebovat protokol Fibre Channel over IP (FCIP, http://www.iscsistorage.com/ipstorage.htm), implementovaný v routerech McData's Eclipse (obr. 6). FCIP zabalí každý rámec FC do paketu IP pro přenos po síti IP. Přijímající strana rozbalí IP paket a odebere odtud původní FC rámec pro další přenos po místní FC síti. Zde vzdálenosti nejsou omezeny. Vše je o rychlosti vašeho IP kanálu.

Typy FC kabelů
V sítích FC se jako fyzické přenosové médium používá optický nebo měděný kabel. Měděný kabel je opláštěný kroucený dvoulinkový kabel a byl používán především pro místní připojení v sítích FC 1 Gbit/s. Moderní FC 2Gbit/s sítě využívají hlavně optické kabely.

Existují dva typy optických kabelů: single-mode a multi-mode.

Jednorežimový kabel (dlouhá vlna)

V jednorežimovém (SM) kabelu existuje pouze jedna cesta pro průchod světelné vlny. Velikost jádra je obvykle 8,3 mikronů. Jednovidové kabely se používají v aplikacích, které vyžadují nízkou ztrátu signálu a vysokou rychlost přenosu dat, jako jsou velké vzdálenosti mezi dvěma systémy nebo síťovými zařízeními. Například mezi serverem a úložištěm, přičemž vzdálenost mezi nimi je několik desítek kilometrů.

Maximální vzdálenost mezi dvěma uzly FC 2Gbit sítě propojenými jednovidovým kabelem je 80 km bez opakovačů.

Multimode (MM) kabel je schopen přenášet více vlnových délek světla podél jediného vlákna, protože relativně velká velikost jádra umožňuje světlu cestovat pod různými úhly (lom). Typické velikosti jádra pro MM jsou 50 µm a 62,5 µm. Multimódová optická připojení jsou nejvhodnější pro zařízení pracující na krátké vzdálenosti. Uvnitř kanceláře, budovy.

Maximální vzdálenost, na kterou multimódový kabel podporuje rychlost 2 Gbit/s, je 300 (50 um) a 150 m (62,5 um).

Typy kabelových konektorů

FC kabelové konektory jsou:

Typy transceiverů (typy GBIC)

Zařízení pro přeměnu světla na elektrický signál a naopak se nazývají transceivery. Říká se jim také GBIC (Gigabit Interface Connectors). Transceiver je umístěn na desce adaptéru FC (FC HBA), obvykle je do ní připájen, ve spínači - ve formě vyměnitelného modulu (viz obrázek) a na paměťovém zařízení v té či oné podobě.

Transceivery jsou:

SFP-LC	HSSDC2

Odnímatelné moduly transceiveru (SFP)

HSSDC2: pro 1/2Gbit FC pro měděný kabel
SFP-LC: (Small Form Factor Pluggable LC) 1/2Gbit FC Krátká/Dlouhá vlna pro kabel z optických vláken s LC konektorem
SFP-SC: (Small Form Factor Pluggable SC) 1/2Gbit FC Krátká/Dlouhá vlna pro kabel z optických vláken s konektorem SC

7. července 2010 v 15:12 hodin

SN6000 – switch pro rozvoj storage sítě

• Blog Hewlett Packard Enterprise

Dnes vám povíme o novém stohovatelném přepínači StorageWorks SN6000 s 20 osmigigabitovými porty Fibre Channel. Takové zařízení je určeno především pro budování úložné sítě SAN v malé firmě, kde IT specialista obvykle nemá zkušenosti s konfigurací zařízení Fibre Channel.

HP StorageWorks SN6000 se standardně dodává s obslužným programem Simple SAN Connection Manager (SSCM), který pomocí grafických průvodců pomáhá i těm, kdo jsou v technologiích SAN noví, správně nakonfigurovat zařízení SAN, včetně samotného přepínače, serverových HBA a HP StorageWorks MSA nebo EVA. diskové pole (samozřejmě, pokud je má zákazník).

Každá z těchto komponent SAN obvykle používá samostatný konfigurační nástroj Fibre Channel a SSCM je nahrazuje jedním univerzálním nástrojem. Díky tomu je nasazení SAN výrazně zjednodušeno a snižuje se riziko chyb konfigurace. SSCM automaticky rozpozná přepínače Fibre Channel, servery a disková pole HP StorageWorks připojená k síti úložiště. Pomocí pohodlného grafického rozhraní nástroje můžete také rozdělit síť úložiště do zón a distribuovat mezi nimi diskové prostředky.

Možnosti SSCM tím nekončí - utilita umožňuje sledovat stav komponent SAN z grafické konzole a provádět změny v její konfiguraci při přidávání nového zařízení do úložné sítě. Automatizuje procesy údržby SAN, jako je monitorování jejího stavu, distribuce LUN a aktualizace mikrokódu zařízení, zobrazení topologie sítě, udržování protokolu událostí a sledování změn konfigurace SAN.

Pro snížení nákladů lze přepínač SN6000 zakoupit ve výchozí konfiguraci s osmi porty. Společnost HP také nabízí SAN Starter Kit pro společnosti, které chtějí přejít na externí úložiště a vybudovat své první SAN. Sada se skládá z nového pole HP StorageWorks P2000 G3 FC MSA () se dvěma řadiči RAID, dvěma přepínači SN6000, čtyřmi servery HBA HP 81Q Single-Port PCI-e FC, 12 moduly HP 8Gb Short Wave FC SFP+ a 8 pětimetrovými moduly. kabely Fibre Channel. S touto sadou může i nováček Fibre Channel snadno nasadit malou úložnou síť se čtyřmi hostiteli.

Jak se SAN vyvíjí a připojují se k němu nová zařízení, můžete zbývající porty SN6000 aktivovat zakoupením licencí pro čtyři další porty. Navíc pro zvýšení odolnosti spínače, na kterém závisí provoz SAN, je možné nainstalovat druhý zdroj a zajistit výměnu vadného zdroje za tepla.

Pokud je použito všech 20 portů SN6000, k dalšímu rozšíření sítě SAN se používá stackování přepínačů. SN6000 se liší od ostatních přepínačů Fibre Channel základní úrovně tím, že má čtyři vyhrazené 10gigabitové porty Fibre Channel pro stohování (Inter-Switch Link, ISL), takže při stohování přepínačů není potřeba uvolňovat některé porty, do kterých servery a úložné systémy SAN jsou propojeny.

To umožňuje provádět stohování za tepla (bez narušení normálního provozu SAN) a snižuje riziko nesprávně připojených kabelů mezi přepínači. Všimněte si, že stohovací porty jsou již dlouho standardem modulárních ethernetových přepínačů, ale teprve nedávno se začaly používat v zařízeních pro sítě Fibre Channel. Stohovací porty SN6000 využívají 10gigabitový Fibre Channel s možností upgradu na 20gigabitové rozhraní bez nutnosti výměny kabelů spojujících porty ISL po upgradu na rychlejší rozhraní.

Lze stohovat až šest 120portových přepínačů a SSCM spravuje celý stoh jako jediné zařízení. Kromě toho můžete propojit až pět stohů přepínačů SN6000 dohromady.

Ve srovnání s agregací nestohovatelných přepínačů Fibre Channel využívajících topologii mesh, stack SN6000 snižuje počet portů a kabelů zapojených do připojení jednotlivých přepínačů – například konfigurace s 80 porty vyžaduje čtyři SN6000 se 6 kabely oproti pěti nestohovatelným 24 -portové přepínače s 20 kabely . Chcete-li navíc připojit porty nestohovatelných přepínačů, budete také muset zakoupit moduly SFP pro porty, které provádějí funkce ISL, a stohovatelné porty SN6000 poskytují vyšší propustnost než hlavní porty 8gigabitových přepínačů.

Pro optimalizaci výkonu stohovacích portů SN6000 funkce Adaptive Trunking automaticky redistribuuje provoz přes více stohovacích ISL cest. Další funkce I/O StreamGuard zajišťuje nepřetržité datové toky napříč sítí úložiště pro kritické aplikace (jako je zálohování na pásku), když je jeden ze serverů připojených k síti SAN restartován.

SN6000 je také vhodný pro rozšíření stávající velké podnikové SAN. Kvůli problémům s kompatibilitou s přepínači Fibre Channel při budování a rozšiřování SAN se zákazníci obvykle snaží používat zařízení od stejného výrobce v síti úložiště. SN6000 umožňuje vybudovat heterogenní síť díky funkci Transparent Routing implementované v tomto přepínači, která jej transparentně propojí s velkými přepínači Fibre Channel (tzv. direktor, např. HP StorageWorks B-Series a C-Series) a výsledkem je připojení k úložným systémům a serverům SN6000, ale samotný stohovatelný přepínač bude pro staré SAN neviditelný.

Tento scénář nasazení SN6000 pro rozšíření stávající sítě SAN lze použít při použití těchto přepínačů k vybudování další záložní SAN obsahující páskové knihovny nebo samostatné oddělení SAN připojené k hlavní podnikové úložné síti, jakož i k postupnému přechodu SAN z technologií. 2 nebo 4 Gbps na osmigigabitové verzi Fibre Channel.

V nejjednodušším případě se SAN skládá z úložných systémů, přepínačů a serverů propojených optickými komunikačními kanály. Kromě přímých diskových úložných systémů můžete do SAN připojit diskové knihovny, páskové knihovny (streamery), zařízení pro ukládání dat na optické disky (CD/DVD a další) atd.

Příklad vysoce spolehlivé infrastruktury, ve které jsou servery připojeny současně k místní síti (vlevo) a síti úložiště (vpravo). Toto schéma poskytuje přístup k datům umístěným na úložném systému v případě selhání jakéhokoli procesorového modulu, přepínače nebo přístupové cesty.

Použití SAN vám umožňuje poskytovat:

• centralizovaná správa zdrojů serverů a systémů pro ukládání dat;
• připojení nových diskových polí a serverů bez zastavení celého úložného systému;
• používání dříve zakoupeného vybavení ve spojení s novými zařízeními pro ukládání dat;
• rychlý a spolehlivý přístup k zařízením pro ukládání dat umístěných ve velké vzdálenosti od serverů, *bez výrazných ztrát výkonu;
• zrychlení procesu zálohování a obnovy dat - BURA.

Příběh

Rozvoj síťových technologií vedl ke vzniku dvou síťových řešení pro úložné systémy – Storage Area Network (SAN) pro výměnu dat na úrovni bloků podporovaných klientskými souborovými systémy a servery pro ukládání dat na Network Attached Storage (NAS). úroveň souboru. Pro odlišení tradičních úložných systémů od síťových bylo navrženo další retronymum – Direct Attached Storage (DAS).

Postupné DAS, SAN a NAS, které se objevily na trhu, odrážejí vyvíjející se řetězec komunikace mezi aplikacemi, které používají data, a bajty na médiu obsahujícím tato data. Kdysi samy aplikační programy četly a zapisovaly bloky, poté se objevily ovladače jako součást operačního systému. V moderních DAS, SAN a NAS se řetězec skládá ze tří článků: prvním článkem je vytváření polí RAID, druhým je zpracování metadat, které umožňuje interpretovat binární data ve formě souborů a záznamů, a třetím článkem je služba pro poskytování dat do aplikace. Liší se v tom, kde a jak jsou tyto odkazy implementovány. V případě DAS je úložný systém „holý“, poskytuje pouze možnost ukládat data a přistupovat k nim a vše ostatní se děje na straně serveru, počínaje rozhraními a ovladači. S příchodem SAN je poskytování RAID přeneseno na stranu úložného systému, vše ostatní zůstává stejné jako v případě DAS. NAS se ale liší tím, že metadata jsou také přenášena do úložného systému, aby byl zajištěn přístup k souborům, zde může klient podporovat pouze datové služby.

Vznik SAN byl možný poté, co byl v roce 1988 vyvinut protokol Fibre Channel (FC) a schválen ANSI jako standard v roce 1994. Termín Storage Area Network pochází z roku 1999. Postupem času FC ustoupila Ethernetu a rozšířily se sítě IP-SAN s připojením iSCSI.

Myšlenka síťového úložného serveru (NAS) patří Brianu Randallovi z Newcastle University a byla implementována do počítačů se serverem UNIX v roce 1983. Tato myšlenka byla tak úspěšná, že ji převzalo mnoho společností, včetně Novellu, IBM a Sunu, ale nakonec vedoucí představitele nahradily NetApp a EMC.

V roce 1995 Garth Gibson vyvinul principy NAS a vytvořil systémy pro ukládání objektů (OBS). Začal rozdělením všech diskových operací do dvou skupin, z nichž jedna zahrnovala ty, které byly prováděny častěji, jako je čtení a zápis, a druhé, které byly prováděny méně často, jako jsou operace s názvy. Poté navrhl kromě bloků a souborů další kontejner, který nazval objekt.

OBS nabízí nový typ rozhraní, které se nazývá objektově založené. Klientské datové služby interagují s metadaty pomocí Object API. OBS nejen ukládá data, ale také podporuje RAID, ukládá metadata související s objekty a podporuje objektové rozhraní. DAS a SAN a NAS a OBS v průběhu času koexistují, ale každý typ přístupu je vhodnější pro určitý typ dat a aplikace.

Architektura SAN

Topologie sítě

SAN je vysokorychlostní datová síť navržená pro připojení serverů k úložným zařízením. Různé topologie SAN (bod-bod, arbitrážní smyčka a přepínání) nahrazují tradiční sběrnicová spojení server-to-storage a poskytují větší flexibilitu, výkon a spolehlivost. Koncept SAN je založen na schopnosti připojit jakýkoli ze serverů k libovolnému zařízení pro ukládání dat běžícím pomocí protokolu Fibre Channel. Princip interakce uzlů v SAN s point-to-point topologiemi nebo přepínáním je znázorněn na obrázcích. V Arbitrated Loop SAN dochází k přenosu dat postupně od uzlu k uzlu. Pro zahájení přenosu dat zahájí vysílající zařízení arbitráž o právu používat médium pro přenos dat (odtud název topologie - Arbitrated Loop).

Základem přenosu SAN je protokol Fibre Channel, který využívá připojení měděných i optických zařízení.

komponenty SAN

Komponenty SAN jsou klasifikovány takto:

• Zdroje pro ukládání dat;
• Zařízení implementující infrastrukturu SAN;

Adaptéry hostitelské sběrnice

Zdroje úložiště

Mezi úložné prostředky patří disková pole, páskové jednotky a knihovny Fibre Channel. Úložné prostředky realizují mnoho ze svých schopností pouze tehdy, jsou-li zahrnuty do sítě SAN. Špičková disková pole tak mohou replikovat data mezi poli přes sítě Fibre Channel a páskové knihovny mohou přenášet data na pásku přímo z diskových polí s rozhraním Fibre Channel a obejít tak síť a servery (zálohování bez serveru). Na trhu jsou nejoblíbenější disková pole EMC, Hitachi, IBM, Compaq (rodina Storage Works, kterou Compaq zdědil po Digital), z výrobců páskových knihoven je třeba zmínit StorageTek, Quantum/ATL a IBM.

Zařízení implementující infrastrukturu SAN

Zařízení, která implementují infrastrukturu SAN, jsou přepínače Fibre Channel (přepínače FC), rozbočovače (rozbočovače Fibre Channel) a směrovače (směrovače Fibre Channel-SCSI rozbočovače se používají ke kombinaci zařízení pracujících v režimu Fibre Channel Arbitrated Loop (FC_AL)). Použití rozbočovačů umožňuje připojovat a odpojovat zařízení ve smyčce bez zastavení systému, protože rozbočovač automaticky uzavře smyčku, pokud je zařízení odpojeno, a automaticky smyčku otevře, pokud je k němu připojeno nové zařízení. Každá změna smyčky je doprovázena složitým procesem její inicializace. Proces inicializace je vícestupňový a dokud není dokončen, výměna dat ve smyčce není možná.

Všechny moderní sítě SAN jsou postaveny na přepínačích, které umožňují plnohodnotné síťové připojení. Switche dokážou nejen propojit Fibre Channel zařízení, ale také omezit přístup mezi zařízeními, pro které jsou na switchích vytvořeny tzv. zóny. Zařízení umístěná v různých zónách spolu nemohou komunikovat. Počet portů v SAN lze zvýšit vzájemným propojením přepínačů. Skupina propojených přepínačů se nazývá Fibre Channel Fabric nebo jednoduše Fabric. Spojení mezi přepínači se nazývají Interswitch Links, zkráceně ISL.

Software

Software umožňuje implementovat redundanci serverových přístupových cest k diskovým polím a dynamické rozložení zátěže mezi cestami. U většiny diskových polí existuje jednoduchý způsob, jak určit, že porty přístupné přes různé řadiče patří ke stejnému disku. Specializovaný software udržuje tabulku přístupových cest k zařízením a zajišťuje, že cesty jsou v případě havárie odpojeny, dynamicky spojuje nové cesty a rozděluje zátěž mezi ně. Výrobci diskových polí zpravidla nabízejí pro svá pole specializovaný software tohoto typu. VERITAS Software vyrábí software VERITAS Volume Manager, který je navržen tak, aby organizoval logické diskové svazky z fyzických disků a poskytoval redundanci přístupových cest k disku a také rozložení zátěže mezi nimi pro většinu známých diskových polí.

Použité protokoly

V úložných sítích se používají nízkoúrovňové protokoly:

• Fibre Channel Protocol (FCP), přenos SCSI přes Fibre Channel. V současnosti nejpoužívanější protokol. Dostupné ve variantách 1 Gbit/s, 2 Gbit/s, 4 Gbit/s, 8 Gbit/s a 10 Gbit/s.
• iSCSI, přenos SCSI přes TCP/IP.
• FCoE, přenos FCP/SCSI přes čistý Ethernet.
• FCIP a iFCP, zapouzdření a přenos FCP/SCSI v IP paketech.
• HyperSCSI, přenos SCSI přes Ethernet.
• Přenos FICON přes Fibre Channel (používaný pouze sálovými počítači).
• ATA přes Ethernet, přenos ATA přes Ethernet.
• Přenos SCSI a/nebo TCP/IP přes InfiniBand (IB).

Výhody

• Vysoká spolehlivost přístupu k datům umístěným na externích úložných systémech. Nezávislost topologie SAN na použitých úložných systémech a serverech.
• Centralizované úložiště dat (spolehlivost, bezpečnost).
• Pohodlné centralizované přepínání a správa dat.
• Přesun těžkého I/O provozu do samostatné sítě – snížení zátěže LAN.
• Vysoký výkon a nízká latence.
• Škálovatelnost a flexibilita logické struktury SAN
• Geografická velikost SAN je na rozdíl od klasického DAS prakticky neomezená.
• Schopnost rychle distribuovat zdroje mezi servery.
• Schopnost vytvářet clusterová řešení odolná proti chybám bez dodatečných nákladů na základě existující sítě SAN.
• Jednoduché schéma zálohování – všechna data jsou na jednom místě.
• Dostupnost dalších funkcí a služeb (snímky, vzdálená replikace).
• Vysoký stupeň zabezpečení SAN.

Sdílení úložných systémů obvykle zjednodušuje správu a přidává značnou míru flexibility, protože kabely a disková pole není nutné fyzicky přenášet a znovu připojovat z jednoho serveru na druhý.

Další výhodou je možnost bootovat servery přímo ze sítě úložiště. S touto konfigurací můžete rychle a snadno vyměnit vadný