- Mạng lưu trữ cho phép lưu chuyển dữ liệu giữa các thiết bị lưu trữ mà không chiếm dụng băng thông của mạng cục bộ và không phải trung chuyển qua những máy chủ.. Dữ liệu ñược ñịnh tuyến
MẠNG LƯU TRỮ - SAN
Mạng lưu trữ là gì?
Mạng lưu trữ SAN (Storage Area Network) ủược ủịnh nghĩa là một mạng dành riêng liên kết giữa các máy chủ và thiết bị lưu trữ [6] Nó có cấu trúc tương tự mạng cục bộ (LAN) nhưng tách biệt khỏi mạng cục bộ Máy chủ và các thiết bị lưu trữ gọi là cỏc nỳt (node) trong mạng lưu trữ Sơ ủồ mạng lưu trữ ủược thể hiện qua hỡnh 2
Hỡnh 2 - Sơ ủồ mạng lưu trữ
Mạng lưu trữ là giải pháp mới kết nối các thiết bị lưu trữ với máy chủ SAN sử dụng những tiến bộ trong công nghệ mạng nhằm nâng cao băng thông, hiệu năng thực thi và ủộ sẵn sàng cao cho hệ thống lưu trữ [6] Mạng lưu trữ ủược sử dụng ủể kết nối: cỏc mạng ủĩa ủược chia sẻ (Shared Storage Array), cỏc cụm mỏy chủ (Cluster Server), cỏc ủĩa hay ổ băng từ của mỏy tớnh lớn (MainFrame Disk or Tape) với các máy chủ hoặc máy trạm ðơn giản, mạng lưu trữ là một mạng thông thường ứ ng d ụ ng cho T ổ ng Công ty B ả o hi ể m Vi ệ t Nam -
_ ủược tạo nờn từ giao diện cỏc thiết bị lưu trữ
Do mạng lưu trữ tỏch biệt với hệ thống mạng thụng thường nờn khi hoạt ủộng sẽ không chiếm băng thông của hệ thống mạng Mạng lưu trữ thể hiện một hướng chia sẻ không gian lưu trữ mới, cho phép nhiều máy chủ cùng chia sẻ một không gian lưu trữ Mạng lưu trữ hỗ trợ ba kiểu trao ủổi dữ liệu:
- Máy chủ tới thiết bị lưu trữ: là kiểu kết nối truyền thống, mạng lưu trữ có ưu ủiểm lớn là cho phộp nhiều mỏy chủ truy xuất tuần tự hoặc cựng lỳc tới một thiết bị lưu trữ
- Mỏy chủ tới mỏy chủ: sử dụng mạng lưu trữ làm ủường truyền thụng giữa các máy chủ
- Thiết bị lưu trữ tới thiết bị lưu trữ: cho phép truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị lưu trữ mà không có sự can thiệp của máy chủ ðiều này giúp cho dữ liệu ủược truyền tải nhanh hơn ủồng thời khụng tốn thời gian xử lý của CPU
Tuy cấu trúc giống mạng thông thường, mạng lưu trữ SAN có một số khác biệt do ủược tạo dựng từ giao diện cỏc thiết bị lưu trữ Nếu như trong mạng thụng thường giao diện kết nối có dạng tuần tự thì trong mạng lưu trữ giao diện kết nối có thể là các chuẩn kết nối song song.
Thiết bị lưu trữ gắn mạng (NAS - Network Attached Storage)
Thiết bị lưu trữ gắn mạng (NAS - Network Attached Storage) là dóy cỏc ủĩa gắn trực tiếp với mạng LAN thông qua giao diện kết nối như Ethernet [6] Với chức năng là một máy chủ trong mô hình Client/Server, NAS có bộ vi xử lý riêng, hệ ủiều hành riờng và ủối tượng xử lý là cỏc file ðại diện tiờu biểu nhất cho mụ hỡnh thiết bị lưu trữ gắn mạng là Server Message Block và Network File System
NAS Processor IDE, SCSI Disk
Phõn biệt NAS với SAN: dựa trờn phương thức trao ủổi dữ liệu theo file hay khối
(block) NAS truyền tải các file qua các giao thức hướng file như NFS (Network File System) hay CIFS (Common Internet File System) trong khi SAN truyền tải các khối bằng giao thức hướng khối như SCSI-3
NAS FCP SAN iSCSI SAN
Hình 4 - So sánh NAS và SAN
Các thành phần của mạng lưu trữ - SAN Components
Mỏy chủ SAN là những phần tử tớnh toỏn ủược gắn trực tiếp vào mạng SAN
[3] Máy chủ SAN có nhiệm vụ quản lý tôpô mạng và trừu tượng hóa thiết bị lưu trữ Mỏy chủ SAN cú thể hoạt ủộng trờn nhiều hệ ủiều hành khỏc nhau như ứ ng d ụ ng cho T ổ ng Công ty B ả o hi ể m Vi ệ t Nam -
Windows NT, UNIX, OS/390 Một mạng SAN có thể có nhiều máy chủ SAN hoạt ủộng trong một mụi trường hỗn hợp
1.3.2 Giao diện kết nối SAN
SCSI, FC-AL, SSA, ESCON, Bus-and-Tag, và HIPPI là những giao diện kết nối thường ủược sử dụng trong SAN Những giao diện này cho phộp thiết bị lưu trữ ủược mở rộng phạm vi khỏi mỏy chủ và cú thể chia sẻ dữ liệu Chỳng ta cú thể sử dụng nhiều kờnh kết nối ủể tăng hiệu năng thực thi cũng như tạo kờnh dư thừa (dự phòng) Tuy SCSI là giao diện truyền dữ liệu song song, người quản trị vẫn có thể mở rộng, trộn kênh, chuyển mạch, hay kết nối với cổng mạng giống như với giao diện nối tiếp
Giống như mạng LAN, SAN thường sử dụng một số thiết bị như Extenders, Mux, Hubs, Routers, Switchs, Directors ủể kết nối giữa cỏc thành phần SAN Trong giải pháp mạng SAN cụ thể, người ta có thể sử dụng nhiều loại thiết bị và kiến trúc kết nối khỏc nhau ủể ủạt ủược hiệu quả tốt nhất
1.3.3.1 Các thiết bị kết nối SAN
- Thiết bị ủiều hợp (Host Bus Adapter): HBA là thiết bị kết nối giữa thiết bị chủ quản (thiết bị lưu trữ hay máy chủ) với mạng SAN và chức năng của nú là biến ủổi những tớn hiệu song song từ bus của thiết bị lưu trữ hay của mỏy chủ sang dạng tớn hiệu tuần tự ủể gửi vào mạng SAN
Một HBA có thể có nhiều cổng giao tiếp cùng hay khác loại nhằm cung cấp thêm kết nối với mạng SAN Cũng tương tự, một thiết bị chủ quản có thể ủược gắn một hoặc nhiều thiết bị ủiều hợp cựng hay khỏc loại
- Thiết bị kộo dài (Extenders): Thiết bị kộo dài ủược sử dụng ủể kộo dài khoảng cách cho phép giữa các nút trong mạng SAN Về mặt vật lý, thiết kộo dài là một bộ khuyếch ủại lại tớn hiệu.
- Bộ trộn (multiplexors): bộ trộn ủược sử dụng ủể tận dụng hiệu quả của
_ ủường kết nối băng thụng rộng bằng cỏch trộn dữ liệu luõn phiờn từ nhiều nguồn khỏc nhau vào một kết nối duy nhất Bộ trộn cũn cú nhiều ưu ủiểm khỏc: cho phộp nộn dữ liệu, sửa lỗi, nõng cao tốc ủộ truyền và khả năng ngắt nhiều kết nối một lúc
- Bộ tập trung (hubs): bộ tập trung cung cấp kết nối giữa các nút với nhau
Tất cả cỏc nỳt này cựng chia sẻ băng thụng nờn hiệu quả ủạt ủược khụng cao như bộ chuyển mạch
- Bộ ủịnh tuyến (routers): bộ ủịnh tuyến cho thiết bị lưu trữ khỏc với bộ ủịnh tuyến ở mạng thụng thường Dữ liệu ủược ủịnh tuyến sử dụng cỏc giao thức ủịnh tuyến cho thiết bị lưu trữ như FCP hay SCSI trong khi mạng thụng thường sử dụng cỏc giao thức thụng ủiệp như TCP/IP ðường truyền dữ liệu trong cỏc thiết bị lưu trữ giống ủường truyền thụng ủiệp trong mạng thông thường nhưng nội dung truyền sẽ chứa những thông tin riêng của giao thức
- Cầu (Brigdes): cầu thường ủược sử dụng ủể kết nối những ủoạn mạng LAN/SAN hoặc những mạng có giao thức khác nhau
- Cổng mạng (Gateways): cổng mạng dựng ủể kết nối hai hoặc nhiều mạng cú giao thức khụng giống nhau Thiết bị này thường ủược dựng ủể kết nối giữa LAN và WAN SAN sử dụng cổng mạng ủể mở rộng mạng thụng qua mạng WAN
- Bộ chuyển mạch(switchs): bộ chuyển mạch là một trong những thiết bị ủược sử dụng nhiều nhất Bộ chuyển mạch cú nhiều ưu ủiểm như: cung cấp khả năng kết nối ủến một lượng lớn thiết bị, băng thụng lớn, giảm thiểu tắc nghẽn, dễ mở rộng Vỡ bộ chuyển mạch hỗ trợ kiểu kết nối tới một ủiểm bất kỳ nờn phần mềm quản lý bộ chuyển mạch cú thể ủặt tuỳ chọn kết nối riờng cho từng cổng Một số công ty lớn sử dụng dư thừa bộ chuyển mạch hoặc cấu hình nhiều bộ chuyển mạch song song nhằm tăng băng thông và khả ứ ng d ụ ng cho T ổ ng Công ty B ả o hi ể m Vi ệ t Nam -
- Bộ ủịnh hướng (Directors): như bộ chuyển mạch nhưng ủược sử dụng với giao diện kết nối ESCON
1.3.3.2 Các kiến trúc kết nối SAN
Việc lựa chọn kiến trỳc kết nối SAN cú ảnh hưởng nhiều ủến hiệu năng của toàn bộ hệ thống cũng như quyết ủịnh trang thiết bị kết nối Kờnh truyền vật lý trong kiến trỳc kết nối mà luận văn ủề cập là kờnh quang học (Fibre channel) Cỏc kiến trúc kết nối trong mạng SAN.
- Kết nối trực tiếp ủiểm - ủiểm (point to point topology): ủõy là phương thức kết nối dễ thực hiện và dễ quản trị nhất Một kờnh kết nối cao tốc ủược ủược thiết lập giữa hai nỳt như ở hỡnh 5
Hỡnh 5 - Kiến trỳc kết nối ủiểm tới ủiểm Kiến trúc kết nối có hiệu quả khi kết nối các máy chủ cung cấp dịch vụ file (File server) tới chuỗi cỏc ủĩa (Disk array) Kiến trỳc khụng sử dụng thiết bị kết nối sẽ giảm chi phí cho hệ thống nhưng không thể áp dụng cho những mạng SAN lớn.
- Kết nối vòng (loop) với thiết bị tập trung (Hubs): kiểu kiến trúc này cho phộp ta xõy dựng ủược kết nối cú băng thụng rộng và chi phớ thấp Một nỳt muốn truyền dữ liệu sẽ phải ủợi nhận ủược thẻ ủiều khiển kờnh (giống như thẻ bài trong mạng Token Ring) Khi ủú, nỳt cú thẻ ủiều khiển kờnh sẽ thiết lập một kết nối kiểu ủiểm - ủiểm (kết nối ảo) tới một nỳt khỏc trờn vũng
Dữ liệu ủược trao ủổi giữa hai nỳt ủú Khi quỏ trỡnh trao ủổi hoàn thành, cỏc nỳt khỏc trong vũng sẽ nhận ủược thẻ ủiều khiển kờnh
Server Hình 6 - Kiến trúc kết nối vòng
Kiến trỳc kết nối vũng cú một số ủặc ủiểm sau: o Hạn chế số thiết bị kết nối trong một vòng: 126 thiết bị o Một nỳt trong vũng bị hỏng khụng ảnh hưởng ủến hoạt ủộng của vòng o Tự dũ tỡm (quỏ trỡnh này xỏc ủịnh ủược toàn bộ cỏc nỳt trờn vũng và thông báo cho mọi nút khác) o Cho phép thiết lập kết nối ảo (giữa hai thiết bị trong vòng) o Một vũng cú thể kết nối với thiết bị chuyển mạch (Switch) ủể mở rộng vòng.
IP SAN
Giao thức iFCP (Internet Fibre Channel Protocol)
iFCP là giao thức từ cổng mạng tới cổng mạng (gateway to gateway), kết nối ứ ng d ụ ng cho T ổ ng Công ty B ả o hi ể m Vi ệ t Nam -
_ cỏc thiết bị kờnh quang học ủó cú bằng cỏch sử dụng mạng IP nhằm cung cấp dịch vụ kênh quang học (Fibre Channel Services) cho các thiết bị cuối có cổng là kênh quang học dựa trờn mạng TCP/IP [1] iFCP sử dụng TCP làm cụng cụ ủiều khiển luồng và kiểm soát lỗi
2.1.1 Kiến trúc mạng iFCP iFCP thích nghi với các thiết bị cuối trên kênh quang học bằng cách giả lập giao diện cổng kết nối quang học (F_Port) Khi ủú, iFCP cú chức năng như một thiết bị chuyển mạch quang học (Fibre Channel Switch) như hỡnh 15 dưới ủõy
F_Port F_Port F_Port F_Port iFCP Layer iFCP Layer iFCP Portal iFCP Portal
IP Network iFCP Gateway Region iFCP Gateway Region
Hình 15 - Kiến trúc iFCPTại tầng iFCP, ủịa chỉ (24 bit) của một thiết bị kờnh quang học ủược ỏnh xạ với một ủịa chỉ IP duy nhất và cung cấp ủịa chỉ IP cho thiết bị nguồn và thiết bị ủớch (thiết bị kờnh quang) Tương ứng với tầng vận tải của kờnh quang (FC-2) ủược iFCP thay thế bằng giao thức TCP/IP ủể truyền tải dữ liệu qua mạng IP
IP Network for Storage iFCP Gateway iFCP Gateway iFCP Gateway iFCP Gateway
Hình 16 - sử dụng iFCP kết nối các thiết bị thông qua mạng IP
Việc kết nối tới cỏc thiết bị kờnh quang ủược cung cấp thụng qua cổng FL_Port (kiến trúc kết nối vòng) hay qua cổng E_Port (kiến trúc kết nối chuyển mạch) giữa một cổng của iFCP (iFCP gateway) và một bộ chuyển mạch quang ðặc tớnh này cho phộp những SAN kờnh quang riờng lẻ cú thể ủược sử dụng trong kiến trỳc IP Lỳc này cỏc thiết bị kờnh quang ủược gắn vào thiết bị chuyển mạch quang ủú sẽ ủược gỏn cho một ủịa chỉ IP ỏnh xạ Như vậy iFCP cung cấp phương thức kết nối mềm dẻo kết nối cỏc thiết bị kờnh quang với nhau nờn nú cú thể ủược dựng ủể thay thế các bộ chuyển mạch quang
3.1.2 ðịa chỉ iFCP ðặc tả iFCP xỏc ủịnh hai chế ủộ ủịa chỉ của cỏc thiết bị kờnh quang là: chế ủộ trong suốt (transparent mode) và chế ủộ chuyển ủổi (translation mode) Ở chế ủộ trong suốt, cỏc thiết bị kờnh quang ủược xỏc ủịnh bởi ủịa chỉ duy nhất cú ủộ dài 24 bit, là ủịa chỉ theo cỏch ủỏnh của chuẩn kờnh quang Theo chuẩn này, cỏc bộ chuyển mạch quang chịu trỏch nhiệm cấp phỏt một ủịa chỉ duy nhất cho cỏc thiết bị kờnh quang khi cỏc thiết bị này thực hiện quỏ trỡnh ủăng nhập (login) Hỡnh 17 thể hiện ủịnh dạng ủịa chỉ của cỏc thiết bị cuối kờnh quang, cũn ủược gọi là ứ ng d ụ ng cho T ổ ng Công ty B ả o hi ể m Vi ệ t Nam -
_ ủịa chỉ N_Port ðịa chỉ N_Port cú ủộ dài 24 bit và chia làm 3 phần, mỗi phần cú ủộ dài 8 bit (1 byte): byte thứ nhất chứa thông tin nhận dạng miền (Domain ID), byte thứ hai chứa thông tin nhận dạng vùng (Area ID) và byte cuối cùng chứa thông tin nhận dạng cổng (Port ID)
Hỡnh 17 - ðịnh dạng ủịa chỉ N_port của thiết bị kờnh quang
Theo chuẩn kờnh quang, mỗi bộ chuyển mạch ủược gỏn tương ứng với một ủịnh danh miền Như vậy trong một mạng quang thỡ số miền tối ủa là 239 miền và mỗi miền cú khả năng cấp phỏt ủược 65000 ủịa chỉ khỏc nhau cho cỏc thiết bị cuối Khi biết ủược ủịa chỉ của một thiết bị cuối kờnh quang, chỳng ta cú thể xỏc ủịnh ủược vị trớ của thiết bị ủú ðịnh danh miền giỳp ta xỏc ủịnh ủược bộ chuyển mạch mà thiết bị ủược gắn vào, cặp ủịnh danh vựng/cổng (Area/Port) giỳp ta xỏc ủịnh ủược cổng mà thiết bị ủược gắn vào ðịa chỉ N_Port phụ thuộc vào vị trí của thiết bị trong mạng quang nên khi ta chuyển kết nối của thiết bị từ cổng này sang cổng khác của bộ chuyển mạch hay từ bộ chuyển mạch này sang bộ chuyển mạch khỏc thỡ ủịa chỉ N_Port cũng thay ủổi theo Sự thay ủổi ủịa chỉ N_Port buộc quỏ trỡnh ủịnh tuyến dữ liệu thay ủổi Tuy nhiờn thiết bị kờnh quang sẽ vẫn ủược xỏc ủịnh duy nhất nhờ ủịa chỉ cứng WWN ðịa chỉ WWN là duy nhất trờn toàn cầu và cú ủộ dài 64 bit ðịa chỉ WWN khụng ủược dựng ủể ủịnh tuyến vỡ ủộ dài của nú khỏ lớn và khụng cú cấu trỳc phự hợp với việc ủịnh tuyến như ủịa chỉ N_Port
Trong khung dữ liệu của kờnh quang, cú hai trường chứa ủịa chỉ N_Port: trường D_ID (Destination ID) chứa ủịa chỉ N_Port bờn ủớch ủến và trường S_ID (Source ID) chứa ủịa chỉ N_Port bờn nguồn ðịa chỉ D_ID và S_ID ủược sử dụng
_ suốt quỏ trỡnh trao ủổi dữ liệu Kết thỳc quỏ trỡnh giao dịch, trong khung dữ liệu sẽ chứa ủịa chỉ WWN Thụng tin này rất cần thiết ủể ủảm bảo tớnh toàn vẹn của giao dịch vỡ ủịa chỉ nguồn hoặc ủớch cú thể bị một thiết bị khỏc chiếm dụng khi thiết bị này ủược cắm vào chỗ thiết bị nguồn hoặc ủớch cắm iFCP cú một số hạn chế do sử dụng lược ủồ ủỏnh ủịa chỉ của mạng quang Mỗi iFCP gateway ủều ủược coi như một khối gồm 65000 ủịa chỉ ngay cả khi chỉ cú một vài ủịa chỉ ủược sử dụng cho vài thiết bị ủang hoạt ủộng Hơn nữa, khi một bộ chuyển mạch ủược gắn vào, mạng quang sẽ thực hiện quỏ trỡnh gỏn ủịnh danh miền mới và yờu cầu toàn bộ thiết bị gắn vào nú thực hiện quỏ trỡnh ủăng nhập ủể cấp phỏt lại ủịa chỉ N_Port mới Một mạng quang cú qui mụ lớn với nhiều bộ chuyển mạch và thiết bị sẽ mất nhiều thời gian ủể ổn ủịnh lại toàn bộ mạng quang ðể ủảm bảo SAN dựa trờn nền tảng IP mở rộng hơn những giới hạn của mạng quang, iFCP cũn sử dụng chế ủộ ủịa chỉ chuyển ủổi Trong chế ủộ ủịa chỉ chuyển ủổi, iFCP gateway vẫn gỏn những ủịa chỉ N_Port 24 bit cho những thiết bị gắn vào nó Về mặt chức năng, những giao dịch nội bộ trong cùng một iFCP gateway cũng giống như một bộ chuyển mạch quang Nhưng không giống với bộ chuyển mạch quang, iFCP gateway cũn gỏn ủịa chỉ N_Port cho những thiết bị từ xa (khụng cựng trờn một iFCP gateway) và coi chỳng như những thiết bị cục bộ ðịa chỉ ủược gỏn cho cỏc thiết bị từ xa này cũn ủược gọi là ủịa chỉ N_Port ủy nhiệm (proxy address) và chỳng chỉ cú thể ủược sử dụng trong phạm vi cục bộ iFCP gateway, khụng ủược quảng bỏ khắp IP SAN iFCP gateway thực hiện chuyển ủổi ủịa chỉ N_Port ủy nhiệm với ủịa chỉ N_Port thực sự Nú sẽ thay thế trường D_ID của ủịa chỉ ủy nhiệm bằng ủịa chỉ thực sự trong khung dữ liệu khi giao dịch Quỏ trỡnh này làm tăng thờm thời gian xử lý tại iFCP gateway nhưng nú trỏnh ủược những vấn ủề phỏt sinh trong sơ ủồ ủỏnh ủịa chỉ của mạng quang iFCP thực hiện ỏnh xạ ủịa chỉ IP, ủịa chỉ này ủược lưu trong phần thụng tin tiờu ủề IP (IP header) của khung số liệu iFCP Trong hỡnh 18, iFCP gateway duy trỡ một bảng tra cứu (lookup table) ủể ỏnh xạ ủịa chỉ N_Port với ủịa chỉ IP Trong chế ứ ng d ụ ng cho T ổ ng Công ty B ả o hi ể m Vi ệ t Nam -
_ ủộ chuyển ủổi ủịa chỉ, bảng tra cứu này bao gồm cả ủịa chỉ N_Port ủy nhiệm và ủịa chỉ N_Port thực.
IP Portal Address N_Port ID -
AA.BB.CC.DD 01XXYY Key
IP Source - TCP Header - iFCP Header - Payload
Fibre Channel Frame iFCP Lookup Table Outbound iFCP Frame
Hỡnh 18 - Chế ủộ chuyển ủổi ủịa chỉ iFCP và ủịa chỉ IP
Trong sơ ủồ trờn, “80” là giỏ trị ủịnh danh miền của ủịa chỉ D_ID trong mạng quang ủịa chỉ N_Port ủy nhiệm trong khung số liệu này thụng bỏo với iFCP rằng: khung số liệu này cần ủược chuyển ủến một thiết bị từ xa nào ủấy iFCP gateway thực hiện thao tỏc tỡm ủịa chỉ trong bảng tỡm kiếm, kết quả trả về là ủịa chỉ IP và N_Port thực tương ứng Trong quỏ trỡnh xõy dựng khung dữ liệu iFCP, ủịa chỉ N_Port thực sự ủược gắn vào phần thụng tin tiờu ủề kờnh quang, ủịa chỉ IP ủớch ủược ủiền vào phần thụng tin tiờu ủề IP của khung số liệu iFCP
Quỏ trỡnh ỏnh xạ và chuyển ủổi ủịa chỉ làm tăng thời gian trễ xử lý Tuy nhiờn trong thực nghiệm, iFCP vẫn cú thể ủạt ủược tốc ủộ gigabit
2.1.3 Giả lập dịch vụ kênh quang học của iFCP
Giao thức iFCP ủược thiết kế hỗ trợ thiết bị cuối quang học cũng như thiết bị thuần
_ iFCP Do một cổng mạng iFCP có thể thay thế trực tiếp một bộ chuyển mạch kênh quang và cho phép kết nối N_Port, nó phải giả lập những dịch vụ kênh quang chuẩn như ủăng nhập, ủăng ký SNS và ELS Hơn nữa iFCP gateway chặn cỏc yờu cầu của kờnh quang như ủăng nhập cổng (PLOGI) và phải thiết lập kết nối TCP/IP với iFCP gateway ủớch
Set Up TCP/IP Connection
Fibre Channel Domain IP Domain
Hình 19 - iFCP gateway xử lý PROGI
Hình 19 minh họa quá trình một thiết bị kênh quang cục bộ gửi yêu cầu PLOGI tới ủớch ðầu tiờn, iFCP phải xỏc ủịnh ủớch là cục bộ hay ở xa Nếu PLOGI ủược gửi ủến ủịa chỉ ủớch là một thiết bị cục bộ, iFCP chuyển tiếp tới cổng tương ứng Ngược lại, cổng mạng iFCP thiết lập kết nối TCP/IP ủến ủỳng iFCP gateway cú gắn thiết bị ủú và gửi yờu cầu PLOGI thụng qua khung dữ liệu iFCP Bước tiếp theo là quỏ trỡnh ủàm phỏn về kớch cỡ tối ủa của khung số liệu giữa hai thiết bị kờnh quang, kết quả ủàm phỏn ủược cập nhật vào trường qui ủịnh kớch cỡ tối ủa cho khung số liệu Núi chung, cổng mạng iFCP khi ủàm phỏn sẽ ủề nghị kớch cỡ gúi dữ liệu tối ủa là 1.5KB ủể ủảm bảo khung số liệu kờnh quang ủược ủúng gúi trong mạng Ethernet mà không làm phân mảnh gói tin
Trong mạng kênh quang, bên nguồn gửi truy vấn SNS tới bộ chuyển mạch, kết ứ ng d ụ ng cho T ổ ng Công ty B ả o hi ể m Vi ệ t Nam -
_ quả nhận ủược là danh sỏch ủịa chỉ kờnh quang của bờn ủớch iFCP gateway cũng giả lập dịch vụ này, nhưng lại chuyển ủổi truy vấn SNS thành truy vấn iSNS Khi nhận ủược phản hồi từ mỏy chủ iSNS, iFCP gateway ghi lại ủịa chỉ kờnh quang và ủịa chỉ IP tương ứng vào trong bảng chuyển ủổi ủịa chỉ (Translation Table Address) và ủịnh dạng thành hồi ủỏp SNS ủể gửi cho bờn nguồn Hỡnh 20 thể hiện một quỏ trỡnh xử lý yờu cầu SNS, trong quỏ trỡnh này việc cập nhật lại bảng chuyển ủổi ủịa chỉ ủể tạo thuận lợi cho quỏ trỡnh truyền thụng sau này giữa bờn nguồn và bờn ủớch
Convert to iSNS Query iSNS Name Service Query
Fibre Channel Domain IP Domain
Hình 20 - Quá trình iFCP gateway xử lý một yêu cầu SNS
Nhằm hỗ trợ các thiết bị kênh quang gửi và nhận yêu cầu một cách thuận tiện, iFCP sử dụng những ủịa chỉ ủó ủược chuẩn húa trong kờnh quang Vớ dụ dịch vụ SNS cú ủịa chỉ “FF FF FC” ở cả bộ chuyển mạch và iFCP
Giao thức iSCSI (Internet SCSI Protocol)
Giao thức iSCSI (Internet SCSI Protocol) cho phép những khối dữ liệu SCSI (lệnh hoặc dữ liệu) chuyển qua hệ thống mạng dựa trên nền tảng TCP/IP Giao thức iSCSI ủược ủỏnh giỏ như một cụng nghệ then chốt ủể phỏt triển thị trường SAN [1]
Do tớnh phổ biến của mạng nờn iSCSI dễ dàng ủược chấp nhận và ủược ứng dụng rộng rãi
2.2.1 Mô hình lớp của giao thức iSCSI
Mụ hỡnh lớp trong giao thức iSCSI ủược thể hiện thụng qua hỡnh 21:
SCSI Application protocol iSCSI protocol
TCP Connections for iSCSI Session
Hình 22 - Mô hình giao thức iSCSI ðặc tả iSCSI bổ sung thêm vào giữa tầng giao vận TCP/IP một lớp chức năng nhằm cung cấp thêm một số dịch vụ như dịch vụ mã hóa dữ liệu IPSec Lớp Data
Sync phục vụ cơ chế ủịnh hướng và ủồng bộ dữ liệu Lớp Data Sync ủảm bảo ủỳng thứ tự lệnh, dữ liệu và làm phù hợp dữ liệu khi ghi trực tiếp vào vùng bộ nhớ của ứng dụng Nếu khụng cú lớp Data Sync, thiết bị iSCSI ủũi hỏi lượng bộ nhớ ủệm lớn hơn và phải thực hiện một số tỏc vụ sao chộp ủể lưu trữ cũng như sắp xếp lại dữ liệu trước khi chuyển chúng lên lớp trên
Việc thiết lập một phiên giao dịch iSCSI giữa Initiator và Target cần dùng một hoặc nhiều kết nối TCP ủể vận chuyển cỏc lệnh, trạng thỏi và dữ liệu SCSI bờn trong cỏc cỏc gúi dữ liệu iSCSI (là ủơn vị dữ liệu của giao thức - PDU) PDU chứa khối mụ tả lệnh SCSI chuẩn theo cấu trỳc thụng ủiệp bỏo cho bờn nhận biết ủú là gúi dữ liệu hay lệnh ủiều khiển
2.2.2 ðịa chỉ iSCSI và qui ước ủặt tờn
Network Entity (iSCSI Server) Target iSCSI Node
IP Address TCP Port # iSCSI Node
Hỡnh 23 - Sử dụng tờn và ủịa chỉ ủể liờn kết giữa nguồn và ủớch
Giống như SCSI, iSCSI thực hiện theo mụ hỡnh Client/Server trong ủú Target làm chức năng cung cấp dữ liệu theo yờu cầu của Initiator iSCSI hoạt ủộng trờn toàn mạng nờn cả Target và Initiator ủều phải cú ủịnh danh mạng, mỗi thực thể ủược gỏn một hoặc vài ủịa chỉ IP Hỡnh 23 minh họa việc sử dụng tờn và ủịa chỉ ủể liờn kết giữa bờn nguồn và ủớch thụng qua mạng IP ứ ng d ụ ng cho T ổ ng Công ty B ả o hi ể m Vi ệ t Nam -
Một nỳt iSCSI ủược ủịnh nghĩa như một thiết bị SCSI ủặc biệt bờn trong một thực thể mạng, cú thể truy cập ủược thụng qua Network Portal Một thực thể mạng cú nhiều nỳt iSCSI thể hiện ủầu vào của nhiều Intiator và Target Mỗi nỳt iSCSI ủược nhận diện thụng qua một tờn iSCSI duy nhất, cú ủộ dài tối ủa 255 ký tự và ủược thiết lập bởi người quản trị.
Việc tỏch biệt tờn iSCSI và ủịa chỉ iSCSI ủảm bảo: mỗi thiết bị lưu trữ chỉ cú một ủịnh danh duy nhất trong mạng Tờn iSCSI ủược gỏn mềm và ủộc lập với thiết bị phần cứng ðịa chỉ iSCSI giỳp ta phỏt hiện ra thiết bị ngay cả khi ta thay ủổi vị trớ của thiết bị trong mạng Ví dụ khi người quản trị chuyển thiết bị sang một phân ủoạn mạng khỏc, ủịa chỉ IP và số hiệu cổng TCP cú thể bị thay ủổi nhưng tờn iSCSI vẫn ủược giữ nguyờn Vỡ lý do ủộ dài (cho phộp tối ủa 255 ký tự), tờn iSCSI khụng ủược sử dụng cho mục ủớch ủịnh tuyến Khi ủú nỳt iSCSI sử dụng ủịa chỉ IP và số hiệu cổng TCP (người quản trị gỏn cho) ủể thực hiện giao dịch
Tuy khụng bắt buộc (chỉ cần ủảm bảo tớnh duy nhất), việc ủặt tờn iSCSI nờn tuõn theo những qui ủịnh chuẩn về ủặt tờn tài nguyờn ủược mụ tả trong RFC 1737 Giao thức iSCSI còn cho phép khai báo thêm tên bí danh (alias), mặc dù tên bí danh khụng thay thế ủược cho tờn iSCSI Tờn bớ danh cũng cú ủộ dài tối ủa là 255 ký tự và ủược trao ủổi trong quỏ trỡnh ủăng nhập Tờn bớ danh ủược sử dụng như cụng cụ ủể người quản trị phõn biệt thiết bị lưu trữ một cỏch nhanh chúng
2.2.3 Quản lý phiên giao dịch iSCSI
Trước khi thực hiện một phiờn giao dịch giữa bờn nguồn và ủớch, hệ thống phải thực hiện một tiến trỡnh ủăng nhập cũn ủược gọi là pha ủăng nhập iSCSI Quỏ trỡnh này thực hiện việc trao ủổi cỏc tham số và trong một số trường hợp, nú bao gồm cả việc xỏc thực hai bờn Nếu thành cụng, bờn ủớch phỏt ủi thụng bỏo chấp nhận việc ủăng nhập cho bờn nguồn Ngược lại việc ủăng nhập bị loại bỏ và kết nối cũng bị ngắt
Tiến trỡnh ủăng nhập sử dụng cỏc trường text ủể trao ủổi những tham số biến
_ ủược phộp Những trường này bao gồm cỏc từ khoỏ và giỏ trị của chỳng Vớ dụ trường: số kết nối tối ủa (MaxConnections) dựng ủể thiết lập số kết nối TCP tối ủa cho một phiờn giao dịch iSCSI Nếu số kết nối tối ủa ủược qui ủịnh ở bờn nguồn và ủớch khỏc nhau thỡ giỏ trị ủược chọn là giỏ trị nhỏ nhất Trường text cũng ủược sử dụng ủể trao ủổi tờn và tờn bớ danh cũng như cỏc tham số khỏc như giao thức an ninh, giá trị timeout…
Trong thực tế, việc thiết lập phiên khá phức tạp vì một thiết bị iSCSI có thể có nhiều cổng mạng (gồm ủịa chỉ IP + số hiệu cổng TCP) và cú thể ủại diện cho nhiều iSCSI Target (vớ dụ dóy cỏc ủĩa) Khi bờn nguồn thiết lập phiờn làm việc SCSI với bờn ủớch, cỏc số nhận diện phiờn làm việc ủược sinh ra ủể xỏc ủịnh duy nhất từng giao tiếp giữa nút iSCSI cụ thể với những thực thể mạng tương ứng Bên nguồn ủăng nhập và gửi ủi: tờn iSCSI và số nhận diện phiờn làm việc của nú cho bờn ủớch (ISID) Bờn ủớch tạo ra số nhận diện phiờn duy nhất (TSID) ủỏp ứng yờu cầu ủăng nhập của bên nguồn Kết quả của quá trình “bắt tay” tạo ra một cặp giá trị ISID/TSID với nhiều kết nối TCP giữa chỳng (trong ủú cặp tờn iSCSI/ISID ủối với bờn nguồn và bờn ủớch là duy nhất trong thực thể mạng) iSCSI Host iSCSI Initiator iSCSI Device iSCSI Target iSCSI Target
TCP Connection TCP Connection TCP Connection iSCSI Session iSCSI Session Hình 24 - Kết nối TCP trong các phiên giao dịch
Khi quỏ trỡnh ủăng nhập hoàn thành, phiờn iSCSI cho phộp thực hiện những giao dịch bỡnh thường Trường hợp phiờn cú nhiều kết nối thỡ từng cặp ra lệnh/ủỏp ứng ủều phải thực hiện ủỳng qua kết nối tương ứng ðiều này ủảm bảo cỏc lệnh ủọc và ghi dữ liệu ủược hoàn thành mà khụng phải kiểm tra từng kết nối Một lệnh ủọc ứ ng d ụ ng cho T ổ ng Công ty B ả o hi ể m Vi ệ t Nam -
_ hoặc ghi dữ liệu ủược thực hiện thụng qua một kết nối ủơn cho ủến khi tất cả dữ liệu ủược truyền xong Một giao dịch khỏc cú thể diễn ra ủồng thời dựa trờn những kết nối của chúng trong cùng một phiên giao dịch
Trong hỡnh 25, R2T (iSCSI PDUs bỏo trạng thỏi sẵn sàng nhận) ủược sử dụng ủể gửi lệnh, trạng thỏi, dữ liệu và thực hiện vai trũ ủiều khiển luồng SCSI giữa nguồn và ủớch ðối với thao tỏc ghi, R2T ủược hiểu là trạng thỏi thụng bỏo bộ ủệm của thiết bị ủớch ủó sẵn sàng tiếp nhận thờm dữ liệu Khi quỏ trỡnh ghi hoàn thành, bờn ủớch sẽ gửi thụng bỏo trạng thỏi R2T xỏc nhận giao dịch ủó thành cụng
Queue Command Prepare Buffer Send R2T
SCSI Data Ready to Transmit
Hình 25 - Ví dụ về quá trình ghi trong một phiên giao dịch
Dữ liệu vận chuyển trong quỏ trỡnh ủọc hoặc ghi ủược theo dừi thụng qua trạng thỏi, số tuần tự của gúi dữ liệu và cặp thụng số: con trỏ của bộ nhớ ủệm và trường ủộ dài dữ liệu truyền trong gúi số liệu iSCSI Bờn ủớch ủiều khiển tốc ủộ nhận dữ liệu bằng cỏch ủiều chỉnh giỏ trị ủộ dài dữ liệu truyền Bờn ủớch cú thể yờu cầu truyền cỏc khối dữ liệu theo một thứ tự nhất ủịnh bằng cỏch thiết lập ủịa chỉ con trỏ bộ nhớ ủệm khi bắt ủầu giao dịch
So sánh FCP SAN và IP SAN
Cỏc giao thức nền tảng ủược sử dụng trong SAN bao gồm: FCP (Fibre Channel Protocol), FCIP (Fibre Channel over IP), iFCP (Internet Fibre Channel Protocol), iSCSI (Internet SCSI) vv Mỗi giao thức ủều cú những ủiểm thuận lợi và những hạn chế riờng Trong luận văn này, chỳng tụi chỉ xem xột, ủỏnh giỏ hai giao thức ủược sử dụng phổ biến nhất trong thực tế là FCP và iSCSI
Khái niệm SAN thường gắn với mạng quang, dành riêng phục vụ kết nối giữa cỏc thiết bị lưu trữ hoặc giữa thiết bị lưu trữ và mỏy chủ Giao thức dựng ủể vận chuyển các khối dữ liệu cũng là giao thức kênh quang (Fibre Channel) Trong thời gian gần ủõy, iSCSI ủược coi là giao thức ủầy tiềm năng trong việc phỏt triển thị trường SAN Những ưu ủiểm và nhược ủiểm của giao thức iSCSI dựa trờn cơ sở giao thức vận tải dữ liệu mà nó sử dụng (TCP/IP) Chính vì vậy, ta có thể coi việc so sánh giữa hai giao thức của SAN là FCP và iSCSI chính là so sánh giữa hai giao thức vận tải dữ liệu kênh quang (FC) và TCP/IP
So sánh các chỉ tiêu:
FCP cho phép thực hiện các kết nối có khoảng cách xa lên tới 10 km Tuy vậy, việc triển khai những kết nối như vậy là khụng thực tiễn ủối với cỏc doanh nghiệp Trong thực tế, những mạng SAN có sử dụng kết nối kênh quang cho trung tâm dữ liệu ở trong một hay nhiều tòa nhà gần nhau iSCSI không chỉ cung cấp giải pháp xây dựng SAN cho những trung tâm dữ liệu tập trung, nó còn thực hiện tốt việc kết nối giữa những khoảng cách cực ứ ng d ụ ng cho T ổ ng Công ty B ả o hi ể m Vi ệ t Nam -
_ lớn nhờ mạng internet toàn cầu Sự phát triển hệ thống mạng internet băng thông rộng sẽ là một thuận lợi cho việc phát triển thị trường iSCSI [5]
Kh ả n ă ng t ươ ng tác :
Các nhà phát triển thiết bị lưu trữ kênh quang vẫn phát triển và cải tiến sản phẩm phần cứng và phần mềm một cỏch riờng rẽ ðiều này dẫn ủến khả năng tương thích không cao của các thiết bị ðể giảm bớt những lỗi phát sinh, người sử dụng thường phải giảm thiểu việc sử dụng các tính năng mới của các thiết bị kênh quang iSCSI sử dụng nền giao thức TCP/IP là chuẩn thống nhất nên không phát sinh những lỗi liên tác giữa các thiết bị
Trong thực tế cho thấy chi phí cho SAN dựa trên iSCSI thường thấp hơn Các yếu tố làm giảm chi phí cho iSCSI SAN bao gồm:
- Giá các thiết bị thành phần SAN dựa trên giao thức iSCSI thấp hơn do tính phổ dụng, số lượng nhà cung cấp và qui mô sản xuất của các thiết bị xây lờn SAN như bộ ủiều hợp, bộ chuyển mạch, bộ dẫn ủường, vv
- Thời gian ủào tạo, chi phớ ủào tạo và duy trỡ iSCSI SAN thấp hơn nhiều so với FCP SAN TCP/IP gần như là kỹ năng cơ bản của các kỹ thuật viên cụng nghệ thụng tin và việc ủào tạo cũng như duy trỡ hệ thống SAN khụng ủũi hỏi cỏc chuyờn gia thuộc cỏc lĩnh vực cụng nghệ thụng tin khỏc nhau
Với iSCSI, kết nối của thiết bị lưu trữ với mỏy chủ rất ủa dạng thụng qua IP SAN, qua IP LAN hay thậm chớ nối thẳng vào mỏy chủ và ủược sử dụng như là một thiết bị lưu trữ gắn thẳng (DAS - Direct Attacked Storage) [5]:
IP LAN iSCSI appliance storage
IP LAN iSCSI appliance storage iSCSI appliance storage Hình 27 - Các dạng kết nối iSCSI
Hiệu năng, thông lượng truyền tải:
TCP/IP khụng phải là một giao thức ủạt hiệu quả cao trong việc tận dụng băng thụng Lý do là nú phải thực hiện ủúng/giải gúi tiờu ủề (pack/unpack header) ở cả hai tầng TCP và IP Hơn nữa cơ chế ủể kiểm soỏt lỗi, ủiều khiển lưu lượng, ủiều khiển tắc nghẽn của TCP phức tạp làm tăng thời gian trễ xử lý [5]
Header IP TCP iSCSI SCSI DATA CRC iSCSI Data Packet
Source Address Type IP TCP Data FCS
Hình 28 - So sánh FCP SAN và iSCSI SAN Hiệu năng giữa FCP và iSCSI sẽ càng khác biệt nếu iSCSI sử dụng kết nối ứ ng d ụ ng cho T ổ ng Công ty B ả o hi ể m Vi ệ t Nam -
_ theo chuẩn Ethernet Kớch cỡ ủầu gúi số liệu (over head) của FCP chỉ là 36 byte trong khi kớch cỡ gúi số liệu tiờu ủề theo tiờu chuẩn Ethernet là 66 byte (một byte bắt ủầu và một byte bỏo hiệu kết thỳc gúi số liệu) Cỏc số liệu sau thể hiện rõ hơn sự khác biệt trong việc chuyển tải 256 MB dữ liệu [2]:
Trong ủú: o 2112B là kớch cỡ dữ liệu tối ủa cú thể mang trong gúi số liệu FCP o 4.36 MB là tổng kớch cỡ tiờu ủề
1 = 37.22 MB Trong ủú: o 1460B là kớch cỡ dữ liệu tối ủa cú thể mang trong gúi số liệu Ethernet o 454B là kích cỡ dữ liệu tối thiểu có thể mang trong gói số liệu Ethernet o 11.57 MB và 37.22 là tổng kớch cỡ tiờu ủề tương ứng với từng trường hợp
Sử dụng những công nghệ hỗ trợ như TOEs hay iSCSI Accerleter sẽ khắc phục ủược nhược ủiểm của iSCSI (thụng lượng truyền tải) Do ủú iSCSI SAN là giải pháp khá hoàn thiện Bảo việt sẽ sử dụng giải pháp iSCSI SAN làm giải pháp lưu trữ trong hệ thống thông tin của mình