متدهای ذخیره سازی اطلاعات

امروزه یکی از مهمترین فاکتور ها در طراحی شبکه های سازمانی متد ذخیره سازی اطلاعات است. افزایش حجم اطلاعات، بازیابی اطلاعات و امنیت اطلاعات ذخیره شده از بزرگترین چالش های رو به رو است. در این مطلب سه تکنولوژی مختلف مورد بررسی قرار می گیرند.

توجه: این مطلب مفاهیم ابتدایی و مقدماتی را به صورت تئوری مورد بررسی قرار می دهد.

DAS – Direct-Access Storage

به سیستمی گفته می شود که در آن Storage ها مستقیما به Server یا WorkStation متصل باشند. با توجه به آن تعریف یک Hard Disk عادی که با استفاده از یکی از اینترفیس های رایج  SATA، IDE ، SCSI و یا SAS به سیستم متصل شده یک نوع DAS تلقی می شود. اما به عبارت رایج DAS به دسته از Hard Disk های داخلی و یا خارجی گفته می شود که به یک Server متصل باشد. ویژگی اصلی DAS آن است که آن Storage تنها در اختیار یک سیستم قرار می گیرد. DAS یک راهکار با توجیه مالی مناسب برای سرور هایی است که به سرعت دسترسی به اطلاعات بالا احتیاج داشته باشند اما حجم اطلاعات مورد ذخیره سازی آن ها اندک باشد. به عنوان مثال می توان به DHCP,DNS, Wins و DC ها اشاره کرد. با استفاده از DAS دسترسی به اطلاعات به صورت Block Base خواهد بود به آن معنا که دیتا در بلاک هایی بدون فرمت منتقل می شود. این تکنولوژی بر خلاف File Base عمل می کند. اغلب DAS برای تمیز دادن تکنولوژی های ذخیره سازی شبکه ای NAS و SAN با سایر تکنولوژی هایی ذخیره سازی غیر شبکه ای به کار می رود. معمولا اتصال DAS تنها به یک Server ممکن است البته با استفاده از برخی کنترلر های خارجی و در برخی از انواع DAS های خارجی امکان اتصال دو یا بیشتر سرور هم موجود است. رابط بین سرور و DAS معمولا HBA یا کنترلر SCSI است. علاوه بر پروتکل های ارتباطی که در فوق ذکر شد، با استفاده از Fiber Channel یا FC نیز امکان ارتباط  DAS با Server وجود دارد. با به کار گیری روش های رایج خنک سازی دوبل، مکانیزم ذخیره سازی RAID می توان Fault Tolerance را بهبود بخشید.

HBA یا host bus Adaptor یک یک سخت افزار است که یک کامپیوتر را به یک شبکه یا تجهیزات ذخیره سازی اطلاعات متصل می کند. این واژه هرچند بیشتر برای تجهیزات eSATA, SCSI و FC استفاده می شود، اما تجهیزاتی که با استفاده از IDE، Ethernet و یا FireWire و USB این امکان را ایجاد می کنند می توانند HBA گفته شوند. در تصویر زیر یک HBA مخصوص SCSI که اینترفیس ISA متصل می شود را می بینید.

نقص به کارگیری DAS در تمام سناریوهای ذخیره سازی ایجاد Islands Of Information یا جزایری اطلاعات است. همانطور که گفته شد، Storage در این حالت اغلب تنها توسط یک سرور قابل دسترسی است بنابراین مدیریت، افزایش هزینه نگه داری و استفاده بهینه از فضای ذخیره سازی با چالش های عمیقی رو به رو خواهد بود. مسئله دیگر آن است به دلیل آنکه DAS مستقیما به یک Server متصل است، در صورت Down شدن Server دسترسی به اطلاعات روی DAS تا راه اندازی مجدد سرور و یا انتقال DAS به یک سرور دیگر ممکن نخواهد بود که این باعث می شود برای Fault Tolerance از Failover Clustering استفاده شود. از روی دیگر هزینه اولیه DAS نسبت به سایر متد ها بسیار کمتر است که این سبب شده تا بیشتر سازمان ها به این روش برای ذخیره سازی اطلاعات روی آورند. در اینجا لازم است توجه شد که هر کدام از متد ها دارای مزایا و معایبی هستند که در سناریو های مختلف طراحی مناسب متفاوت خواهد بود و معایب ذکر شده در خصوص DAS به معنای ناکارآمدی آن نمی باشد. برای مدیریت DAS در ویندوز کنسول Disk Managment و Diskpart.exe به عنوان ابزاری در Command Line استفاده می شود.

NAS – Network Attached Storage

یک دستگاه NAS در واقع یک Server است که دارای یک سیستم عامل خاص مخصوص File Services است. مشهورترین سیستم عامل NAS سیستم عامل FreeNAS است که بر پایه FreeBSD و Open Sourece است. این سیستم عامل دارای قابلیت Web Managment است. FreeNAS به فضایی کمتر از 64MB نیاز دارد. برای آشنایی با این سیستم عامل می توانید از Disk Image مخصوص VMWare آن استفاده کنید. سیستم عامل های مشابه دیگری همچون NASLite و Nexenta نیز با قابلیت های مختلفی در دسترس اند. NAS ابتدا توسط سیستم عامل Novel و با استفاده از پروتکل NCP در سال 1983 معرفی شد. در سال 1984 شرکت SUN آن را در محیط یونیکس و با پروتکل NFS معرفی کرد. سپس Microsoft و 3com با توسعه نرم افزار LAN Manager و گسترش این پروتکل آن را توسعه دادند. 3Server و نرم افزار 3+share اولین سرور خاص برای این منظور بود که از سخت افزار، نرم افزار و چند هارد دیسک اختصاصی بهره می برد. IBM و SUN با الهام گرفتن از از فایل سرور NOVEL سرور های خاصی را ساختند. شرکت Auspex یکی از اولین سازندگان NAS است که در سال 1990 گروهی از متخصصان آن از آن شرکت جدا شدند و سیستمی را ایجاد کردند که هم از CIFT و هم از NFS به صورت همزمان استفاده می کرد. این اقدام در حقیقیت شروعی برای NAS سرور های خاص بود.

ویژگی اصلی NAS پیاده سازی آسان و قابلیت نگه داری حجم قابل توجهی اطلاعات که از طریق LAN قابل دسترسی باشد است. به صورت عملی برخلاف Local BUS دسترسی به اطلاعات از طریق LAN با سرعت کمتری اتفاق می افتد و به صورت File Based است. NAS برای File Server و Web Server ها می تواند یک Storage مناسب باشد. همچنین در محیط های کوچک به عنوان یک Backup Solution بسیار می تواند کارا عمل کند. معمولا NAS Server ها قابلیت اتصال ابزار های ورودی همانند Keyboard و ابزار های خروجی همانند مانیتور را ندارند و برای مدیریت آن ها از ابزار هایی که برای آن منظور طراحی شده استفاده می شود. ابزار مدیریتی NAS ها با توجه به نوعشان متفاوت هستند اما اغلب از طریق نرم افزار Web-Based خودشان صورت می گیرد. تصویر زیر مربوط به FreeNAS است. از آنجایی که NAS Server ها معمولا قابلیت ارتقا ندارند، ممکن است در اثر over load مشکلاتی ایجاد شود که نیاز به بازنگری در متد ذخیره سازی وجود دارد. NAS ها برای نگه داری فایل های Media با حجم زیاد در محیط های کوچک بهترین گزینه هستند. یک دستگاه NAS مناسب باید دارای تکنولوژی های Redundant Power Supply، Redundant data access path و Redundant  Controller باشد و قابلیت استفاده RAID و Clustering را داشته باشد.

پروتکل های مشهور مورد استفاده در تکنولوژی  NAS عبارت اند از:

CIFT – Common Internet File System و SMB – Server Message Block: یک پروتکل لایه Application است که برای دسترسی به فایل ها، پرینتر ها و پورت های سریال به اشتراک گذاشته شده به کار می رود. ابتدا توسط IBM پروتکل طراحی و پیاده سازی شده و سپس توسط Microsoft توسعه داده شده و قابلیت های آن اضافه شده.

NFS – Network File System: در 1984 توسط Sun Microsystems طراحی و پیاده سازی شد. امروزه NFS در اکثر سیستم عامل ها به کار گرفته شده است.

همچنین پروتکل های دیگری همچون AFP – Apple Filing Protocol، FTP، Rsync و… استفاده می شود.

Filer نوعی NAS است که صرفا نقش یک فایل سرور را ایفا می کند. با استفاده از Filer دیگر نیازی نیست تا سرور های گران قیمت شبکه درگیر کار ساده ی فایل سرور باشند. NAS Server ها در درون خود معمولا از SCSI استفاده می کنند.

NAS یك وسیله شبكه محور است و عموما به دلیل یکپارچه سازی محل ذخیره سازی داده های كاربران در شبكه LAN مورد استفاده قرار می گیرد. NAS یك راهکار مناسب ذخیره سازی است كه دسترسی سریع و مستقیم كاربران به سیستم فایلی را فراهم می سازد. استفاده از NAS مشكل تاخیر هایی را بر طرف می سازد كه غالبا كاربران برای دسترسی به فایل های موجود در سرورهای همه منظوره با آن مواجه هستند. NAS ضمن تامین امنیت لازم، تمام خدمات فایلی و ذخیره سازی را از طریق پروتكل های استاندارد شبكه ای فراهم می سازد: TCP/IP برای انتقال داده ها، Ethernet و Giga Ethernet برای دسترسی میانی، و CIFS، HTTP، و NFS برای دسترسی به فایل از راه دور. علاوه بر این، با NAS می توان به طور همزمان به كاربران یونیكس و ویندوز سرویس داد و اطلاعات را بین معماری های متفاوت به اشتراك گذاشت. از نظر كاربران شبكه، NAS وسیله ای است كه دسترسی به فایل را بدون مزاحمت . ایجاد اختلال برای آنها مهیا می سازد. به كمك گیگا بایت اترنت به كارایی بالا و تاخیر كوتاه دست یافته و هزاران كاربران را از طریق فقط یك اینترفیس سرویس می دهد. بسیاری از سیستم های NAS دارای چند اینترفیس هستند و می توانند همزمان به چند شبكه متصل شوند.

SAN – Storage Area networks

SAN در واقع یک شبکه با عملکرد بسیار بالا است که مختص انتقال اطلاعات میان سرور ها و زیرسیستم ذخیره سازی اطلاعات است. از دیدگاه سیستم عامل سرور، محل ذخیره سازی به صورت local است. مهمترین وجه تمایز SAN با DAS آن است که در DAS فضا فقط در اختیار یک سرور است. اما با استفاده از Clustering و SAN می توان هم به بهینه ترین حالت ممکن از فضای ذخیره سازی موجود استفاده کرد و هم مقاومت در برابر خطا در وضعیت قابل قبولی قرار گیرد. با آنکه سرعت انتقال در DAS در گذشته بیشتر بوده، اما امروزه دیگر مسئله سرعت مطرح نمی باشد. راه اندازی SAN پیچیده تر و هزینه اولیه آن بسیار بیشتر از سایر تکنولوژی ها است. SAN زمانی بهترین انتخاب است که حجم عظیمی اطلاعات نیاز به مدیریت دارند و سرعت دسترسی به آن ها پر اهمیت است. SAN برای Backup Server ها گزینه مناسبی است و برای DataBase Server، Streaming Media Server، Mail Server ها در سازمانی بزرگ تنها راهکار موثر است. از سال 2000 پیچیدگی و هزینه بالای SAN کاسته شد و این سبب شده تا شرکت های کوچک تر هم به استفاده ازSAN ها روی آورند. SAN برای ارتباط میان Storage و Server از تجهیزات مخصوصی بهره می برد که به آن SAN Fabric گفته می شود. فضای موجود در SAN تحت پارتیشن های مجازی به نام LUN یا Logical Unit Number تقسیم بندی می شود و به عنوان پارتیشن Local در اختیار Server قرار می گیرد. سیستم عامل ها، File System مخصوص خود را روی LUN ها برقرار می کنند. برای آنکه چند Server بتوانند به دیتا ی ذخیره شده روی SAN دسترسی داشته باشند لازم است از SAN File System یا Clustered file system استفاده شود. SAN File System نوعی File System است که در آن امکان mount بودن هم زمان با چند سرور ایجاد می شود. مثال مناسب برای این نوع فایل سیستم، Cluster Shared Volume یا CSV  است که در ویندوز سرور 2008 R2 جزء ویژگی های Failover Clustering است و برای استفاده در Hyper-V کاربر دارد. برای مدیریت SAN، سیستم عامل ها ابزار های متمایزی ارائه می دهند. به عنوان مثال یکی از این ابزار ها SMfs در ویندوز سرور 2008 است که با استفاده از Add Features می توان آن را به قابلیت های پیش فرض نصب شده اضافه کرد. این ابزار برای ساخت و تخصیص دادن LUN ها کاربرد دارد. ویندوز سرور 2008 ابزار های متعدد دیگری را نیز دارا می باشد.

FC SANs

Fiber Channel یک عملکرد بالا با انتقال بلاکی (Block Based) برای زیرساخت ذخیره سازی اطلاعات را ایحاد می کند. راه انداریFC هزینه بالایی دارد و راه اندازی آن پیچیده است. اجزاء یک شبکه FC شامل سوییچ، Server HBAs و کابل ها است که تمام این اجزا مخصوص است و توسط کمپانی های محدودی ساخته می شود. FC تکنولوژی است که همچنان مشابه قبل مطلوب است. مزیت دیگر فاصله بسیار زیادی است که در این تکنولوژی پشتیبانی می شود.

FCoE

Fiber Channel over Ethernet یک نوع کپسوله کردن بلاک های FC برای انتقال روی Ethernet است. با این روش با استفاده از 10Gig Ethernet می توان با نگه داشتن زیرساخت FC گستره ی آن را افزود. FCoE در لایه IP قابل Route نیست و محدودیت های خاصی دارد.

iSCSI SANs

internet SCSI یک استاندارد برای توسعه انتقال بلاک های SCSI روی بستر Ethernet با استفاده از TCP/IP است. سرور ها با استفاده از نرم افزار هایی به نام iSCSI Initiator با تجهیزات مربوطه متصل می شوند. راه اندازی iSCSI به صورت عمومی ارزان تر و ساده تر از FC SANs است، اما با صرف نظر از این مزیت، کمپانی هایی که در گستره ی جغرافیایی وسعی به فعالیت می پردازند و به صورت توزیع شده فعالیت می کنند، ممکن است از جزایری از FC SANs بهره ببرند که محدود به 10KM می شود.( با آنکه امروزه برای افزایش 10KM تکنولوژی هایی موجود است، اما پیاده سازی آن ها توجیه اقصادی پیدا نکرده است) با استفاده iSCSI می توان ارتباط را در یک شبکه MAN یا WAN ایجاد کرد. بر خلاف FC Channel، پیاده سازی مایکروسافت از پروتکل iSCSI از پروتکل CHAP و IPSec بهره می برند.  بزرگترین ایراد iSCSI آن است که برای کارایی مناسب لازم است از سوییچ ها و کابل های 10GB Ethernet لازم است استفاده شود که گران قیمت هستند. از جهت دیگر، سرعت انتقال iSCSI از FC کمتر است. شاید بتوان امیدوار بود با پیشرفت و ارزان تر شدن جایگاه مناسب تری برای iSCSI ایجاد شود.

جمع بندی

بدون شک برای شبکه های کوچک استفاده از DAS به عنوان ساده ترین و کم هزینه ترین روش بهترین انتخاب است. همچنین در محیط های کوچک با استفاده از DAS هزینه نگه داری ممکن است کمتر از NAS باشد و به دلیل هزینه بالای راه اندازی و معمولا عدم نیاز، راهکار SAN در شبکه های کوچک استفاده نمی شوند مگر در شرایط خاص. در شبکه های بزرگتر با سایز متوسط، استفاده ترکیبی از NAS و DAS می تواند انتخاب مناسبی باشد. اما با افزایش فضای مورد نیاز هزینه SAN به ازای هر GigaByte فضا کاهش می یابد. با توجه به اهمیت اطلاعات و هزینه نگه داری راهکار SAN باید راهکاری مناسب باشد.

در بررسی هزینه پیاده سازی باید مسئله استفاده بهینه از فضای موجود مد نظر قرار گیرد، هرچند که در محیط های کوچک مورد توجه قرار گرفته نمی شود اما با توجه به نمودار زیر که نرخ استفاده عملی را نمایش می دهد، نمودار دوم باز تعریف می شود که هزینه پیاده سازی و نگه داری SAN نسبت به DAS در آن کاهش چشم گیر پیدا می کند. برای اطلاعات بیشتر اینجا را بخوانید.