CHƢƠNG 2 CÔNG NGHỆ MẠNG LƢU TRỮ SAN
3.2. Thiết kế mạng lƣu trữ cho Kho lƣu trữ điện tử của VPTW
3.2.6. xuất các giải pháp mạng lưu trữ SAN
Căn cứ vào các yêu cầu về cấu hình hay thông số kỹ thuật (mục 3.2.4) và các tiêu chí kỹ thuật (mục 3.2.5), tác giả đề xuất 2 phƣơng án mạng lƣu trữ cho Kho lƣu trữ điện tử tại sử dụng giải pháp mạng lƣu trữ, sử dụng công nghệ quang với tốc độ truyền thông là 4Gb/s và 10Gb/s.
3.2.6.1. Giải pháp mạng lưu trữ theo phương án thứ nhất
Sơ đồ hệ thống mạng lưu trữ SAN theo phương án thứ nhất (Hình 3.2)
Hình 3.2. Mô hình mạng lƣu trữ theo phƣơng án 1
Thành phần mạng và chức năng:
Phƣơng án đƣợc thiết kế theo cấu trúc chuẩn của mạng lƣu trữ với mô hình 4 lớp: Lớp Client, Lớp máy chủ, Lớp Fabric, Lớp lưu trữ. Cấu hình thiết bị đƣợc thiết lập theo giả thiết các thông số kỹ thuật tại mục 3.2.4. Cụ thể:
- Lớp Clien: gồm máy trạm, switch. Với Ethernet Switch: Đề xuất thiết bị loại Rack Switch - Cisco Catalyst 6500 có 6 module: 2 hoặc 3 Modul 48
port 10/100/1000Mbs cho kết nối máy trạm, 1 Modul 8 port 10Gbs cho kết nối máy chủ SAN, 2 Modul controller cho điều khiển truyền thông.
+ Lớp máy chủ. SAN thiết lập 4 nhóm máy chủ thực hiện 4 chức năng:
Máy chủ ứng dụng (Database Cluster): có 2 máy chủ (node1, node2) kết nối với nhau bởi cáp UTP qua hai cổng Gigabit Ethernet (tốc độ 1Gb/s) và đƣợc cài đặt theo chế độ Cluster nhằm thiết lập trạng thái hoạt động đồng bộ về hệ thống và dữ liệu giữa hai máy chủ. Trên hai máy chủ cài các ứng dụng quản lý thông tin trên một cơ sở dữ liệu nền (Oracle, SQL Server, DB2…).
Mỗi máy chủ (node1, node2) sử dụng: 4 card HBA (2 cổng vào và 2 cổng ra) cho loại tốc độ 10Gb/s hoặc 8 card HBA cho loại tốc độ 4Gb/s.
Máy chủ quản lý (Management Server): Máy chủ cài phần mềm điều khiển để thiết lập các ổ đĩa logic trên Tủ lƣu trữ cung cấp cho các máy chủ (ổ đĩa logic tập hợp từ dãy các ổ đĩa vật lý trong tủ đĩa). Cấu hình đƣợc thiết lập ở lần cài đặt đầu tiên, nếu mở rộng hoặc thay đổi cấu hình các ổ đĩa logic thì chỉ cần cài đặt lại phần mềm và thiết lập lại thông số. Sau khi thiết lập xong các thông số kỹ thuật về ổ logic, máy chủ quản lý có thể ngắt ra khỏi mạng, vì vậy, cấu hình của máy chủ quản lý không cần cao, có thể sử dụng máy tính cá nhân có trang bị Card HBA cho công việc này. Máy chủ có thể sử dụng kết nối với 2 card HBA hoặc 1 card HBA nối SAN và 1 card NIC nối mạng LAN.
Máy chủ quản lý sao lƣu dữ liệu (Backup Server): Với chức năng quản lý giám sát toàn bộ hoạt động sao lƣu dữ liệu, máy chủ đƣợc cài đặt phần mềm: quản lý dữ liệu của Tủ lƣu trữ và Tủ backup; thiết lập các công cụ tự động sao lƣu, lập lịch biểu, đƣa ra các thông báo phiên, cảnh báo hệ thống khi gặp sự cố. Yêu cầu phải trang bị máy chủ với cấu hình cao, khả năng xử lý thông tin tốt, dễ dàng nâng cấp, hiệu suất hoạt động cao. Việc thiết lập máy chủ sao lƣu với chức năng chuyên biệt sẽ giảm gánh nặng cho máy chủ ứng dụng. Máy chủ có thể sử dụng kết nối với 2 card HBA hoặc 1 card HBA cho kết nối SAN và 1 card NIC cho kết nối mạng LAN.
tạo kết nối giữa mạng SAN với mạng LAN, cho phép hệ thống các thiết bị lƣu trữ có thể chia sẻ cho toàn mạng LAN. Ví dụ, tại máy chủ File Server tạo ra ổ đĩa ảo chia sẻ cho tất cả các máy trạm trong mạng LAN. Khi đó, máy chủ File Server kết hợp với tủ đĩa để tạo ra mô hình lƣu trữ NAS, có chức năng nhƣ kênh dịch vụ file. Máy trạm trong LAN có thể truy cập đồng thời trên cùng tệp dữ liệu trong máy chủ file server mà không biết rằng dữ liệu lại đƣợc lƣu tại hệ thống tủ lƣu trữ. Máy chủ sử dụng 4 card HBA cho loại tốc độ 10Gb/s hoặc 8 card HBA loại tốc độ 4Gb/s. Có thể thiết kế với 2 máy chủ File Server cho chế độ Cluster nhƣ máy chủ ứng dụng, mỗi máy có tối thiểu 2 card HBA.
Card HBA. Các thiết bị sử dụng card HBA giao diện kết nối quang cho truyền dẫn thông tin trong mạng SAN với cùng tốc độ hoặc 4Gb/s hoặc 10Gb/s. Vì các thiết bị kết nối qua SAN Switch nên Card HBA hay cổng mạng N_Port của thiết bị kết nối điểm-điểm với cổng F_Port của Switch.
Chú ý: Yêu cầu kỹ thuật cho cấu hình máy chủ là phải có khả năng tích
hợp và tƣơng thích với nhiều hệ thống phần cứng, hệ điều hành hiện có. Ngoài ra, luồng dữ liệu qua các máy chủ ứng dụng, máy chủ File Server là liên tục, hiệu suất cao, do vậy, cấu hình cần có tốc độ xử lý cao, mỗi máy chủ có thể lắp đặt nhiều CPU (theo cặp 2, 4 CPU…) hoặc hai máy chủ thiết lập chế độ Cluster để nâng tính năng xử lý. Các máy chủ đƣợc nối với mạng LAN để ngƣời quản trị có thể điều khiển hệ thống từ xa.
Đề xuất các dòng máy chủ phù hợp: IBM xSeries 3850 2x3.0GHz/677MHz FSB, HP DL380 2x 2.66GHz/1333MHz FSB
- Lớp Fabric hay lớp kết nối mạng - các thành phần cấu tạo nên các kết nối vật lý của SAN gồm: switch, cáp nối…
Cáp kết nối. Cáp sử dụng kết nối giữa các thiết bị trong mạng SAN (máy chủ, Tủ backup, Tủ lƣu trữ với SAN switch) và kết nối mạng LAN (máy chủ với Switch) đều sử dụng cáp quang đa mode loại LC-LC độ dài 5m, tốc độ truyền thông 4Gb/s hoặc 10Gb/s. Có thể sử dụng cáp quang đơn mode tốc độ cao cho kết nối giữa các thiết bị trong mạng SAN.
Chuyển mạch SAN Switch: SAN Switch dùng để kết nối các thiết bị trong mạng SAN. Switch sử dụng giao tiếp FC tốc độ Gigabit theo kiến trúc ghép nối Switched Fabric sẽ đáp ứng tốt khả năng trao đổi thông tin liên tục và luồng dữ liệu lớn. Độ rộng băng thông của hệ thống Switch nhiều hơn nhiều tốc độ của một cổng kết nối, với tốc độ truyền cao cho phép đáp ứng nhiều truy xuất mạng đồng thời với cùng nguồn dữ liệu. Ví dụ, sản phẩm HP StorageWorks SAN Switch 2/16 với 16 cổng 10Gbps cho băng thông rất lớn 20000MB/s, IBM TotalStorage SAN16B2 có 16 cổng 4Gbps hoặc 10Gbps.
- Lớp lưu trữ: gồm Tủ sao lƣu, Tủ lƣu trữ tạo thành Hệ thống lƣu trữ đáp
ứng khả năng lƣu trữ và sao lƣu dung lƣợng 15TB gồm nguồn dữ liệu khoảng 12TB và 3TB là dung lƣợng ổ cứng để tạo các ổ đĩa thay thế nóng (Hot Swap) cho giải pháp dự phòng theo kỹ thuật RAID5. Cụ thể:
Tủ lƣu trữ: có chức năng lƣu nguồn tài nguyên hay dữ liệu. Tủ lƣu trữ gồm 2 bộ điều khiển (controller1, controller2) và hệ thống đĩa (Array Disks). Hệ thống đĩa đƣợc thiết lập theo cấu hình mảng ổ đĩa sử dụng công nghệ RAID để gộp một nhóm đĩa vật lý thành các ổ đĩa logic (mảng đĩa). Đặc điểm kỹ thuật của RAID cung cấp các mức an toàn, mảng đĩa thƣờng đƣợc thiết kế dự phòng và có khả năng thay thế nóng, đây là phƣơng cách thực hiện khắc phục lỗi và đạt hiệu suất cao, do đó tính sẵng sàng của các thiết bị này rất cao. Ví dụ, bài toán dung lƣợng lƣu trữ tại mục 3.2.4, hệ thống dẫy đĩa cấu hình theo công nghệ RAID5 với tỷ lệ 4/5 cho dung lƣợng lƣu trữ thực trên toàn bộ dung lƣợng dẫy đĩa là 12TB/15TB .
Tủ lƣu trữ đƣợc thiết kế với 2 bộ điều khiển controller, mỗi Controller có tối thiểu 2 cổng kết nối song song tới SAN tốc độ 10 Gb/s. Một bộ điều khiển có chức năng thiết lập nhiều ổ đĩa logic ảo khác nhau cho các máy chủ khác nhau. Khi đó các máy chủ (máy chủ ứng dụng, máy chủ File Server) có thể truy cập cùng khối dữ liệu nhƣng đƣợc thể hiện ở các ổ logic ảo khác nhau nhằm tránh khả năng xung đột trên cùng ổ logic.
kết nối quang tốc độ 10Gb/s, tốc độ đọc ghi ổ cứng cỡ 1380MB/s (≈ 11Gb/s), sử dụng 2 Controller với mỗi Controller có 2 cổng kết nối song song với tốc độ 10Gb/s. Phần mềm hệ thống có thể thiết lập chế độ hoạt động riêng rẽ cho từng controller hoặc cùng chia sẻ truyền thông. Tủ đĩa IBM TotalStorage DS4800 cung cấp dung lƣợng lƣu trữ khả mở, tính module, kết nối công nghệ 10Gbps Fibre Channel, hệ thống đĩa hỗ trợ mức RAID 0,1,5,10.
Hiện nay, các thiết bị đƣợc thiết kế rất gọn nhẹ, dạng khối để phù hợp cho việc lắp đặt, thay thế, di chuyển… . Với hệ thống thiết bị mạng lƣu trữ SAN của Kho lƣu trữ điện tử chỉ cần 2 khối thiết bị lắp đặt trên 2 tủ mạng (tủ đĩa nhiều ngăn): khối thứ nhất gồm: khối đĩa, Controller, Switch, Máy chủ; khối thứ hai là khối tủ sao lƣu backup. Việc tích hợp các thiết bị trên một tủ mạng sẽ giúp cho hệ thông bố trí gọn nhẹ và tập trung, việc đấu dây kết nối nhất là đấu nối cáp quang trở lên thuận lợi, hệ thống có thể dễ dàng di chuyển.
Tủ Backup. Tủ sao lƣu gồm thiết bị sao lƣu ra băng từ Tape. Đây là những giải pháp sao lƣu với dung lƣợng lớn, có thể lƣu trữ dữ liệu từ 10TB đến vài nghìn terabytes dữ liệu. Tủ sao lƣu có chức năng sao lƣu dữ liệu cho dự phòng từ Tủ lƣu trữ, trong trƣờng hợp sự cố xẩy ra thì dữ liệu có thể đƣợc sao lƣu ngƣợc lại Tủ lƣu trữ. Đề suất sản phẩm: IBM Ultrium Tape Driver 3580, HP EML 103e Tape Library có hệ thống gồm hai dàn đĩa 16 băng từ mỗi băng 800GB sẽ lần lƣợt sao lƣu quay vòng. Tủ sao lƣu Backup đƣợc hỗ trợ tối thiểu 1 cổng giao diện kết nối quang tốc độ 4Gb/s hoặc 10Gb/s.
- Phần mềm. Để quản lý và điều hành hoạt động của tủ đĩa cũng nhƣ cấu hình mọi giao tiếp với các máy chủ, thiết lập môi trƣờng bảo mật lƣu trữ, phân vùng dữ liệu, ta cần sử dụng phần mềm quản lý tủ đĩa, kết hợp với các phần mở rộng sao cho lƣu trữ đƣợc dung lƣợng dữ liệu lớn và xử lý lƣu trữ dữ liệu một cách linh hoạt. Các phần mềm quản trị mạng với khả năng quản lý linh hoạt đƣợc thiết lập sẽ cho phép hệ thống lƣu trữ, sao lƣu đáp ứng các môi trƣờng hệ điều hành khác nhau, tƣơng thích với các công nghệ mới.
lƣu trữ, Tủ Backup cũng nhƣ mọi giao tiếp với các máy chủ dữ liệu, hệ thống cần cài đặt các phần mềm chức năng sau: giao diện và điều hành hoạt động, sao lƣu dữ liệu, phân định vùng dữ liệu… Phần mềm phải có khả năng: Hỗ trợ hệ điều hành Windows Server 2003 Enterprise; Windows NT Enterprise; Hỗ trợ các nền máy chủ - AIX, HP-UX, Linux (Red Hat and Suse).; Hỗ trợ cơ sở dữ liệu - DB2/Universal Database (UDB), Microsoft SQL Server, Oracle; Hỗ trợ giao diện đồ hoạ GUI dễ sử dụng và quản trị; Hỗ trợ quản trị hệ thống tập trung gồm toàn bộ quá trình sao lƣu, phục hồi dữ liệu thông qua Web….
Phần mềm quản lý nội dung (Management Content Software). Phần mềm cho phép phát triển các ứng dụng quản lý dữ liệu, bảo mật dữ liệu, mã hoá dữ liệu, index dữ liêu… Phần mềm phải có khả năng hỗ trợ tích hợp với các hệ cơ sở dữ liệu (Oracle, SQL Server, DB2…) hay tạo phƣơng thức trao đổi thông tin giữa các phần mềm. Giả sử Máy chủ ứng dụng (Node Cluster) sử dụng các ứng dụng dùng chung cho LAN đƣợc phát triển trên nền hệ cơ sở dữ liệu Oracle thì Máy chủ quản lý dữ liệu (Backup Server) sử dụng các phần mềm có hỗ trợ hệ cơ sở dữ liệu Oracle, khi đó các thông tin của hai ứng dụng có thể sử dụng của nhau. Các ứng dụng phổ biến nhƣ: tạo bảng mục lục index dữ liệu; ứng dụng quản lý ngƣời dùng (ví dụ LDAP…) để sử dụng chung bảng phân quyền ngƣời dùng giữa các ứng dụng quản lý.
Phần mềm tiện ích khác. SAN có thể sử dụng một số số phần mềm công cụ và phần mềm kỹ thuật để hỗ trợ các tiện ích cho kết cấu chuyển mạch. Ví dụ, Những hệ thống file nhƣ Xsan của IBM hỗ trợ khả năng an ninh, mở rộng, điều khiển truy cập và cũng có thể tác động các phƣơng pháp kỹ thuật cho điều hành kết cấu gồm: zoning-phân vùng, LUN masking & mapping, Multipathing-đa đƣờng.
+ Zoning (phân vùng) - phân chia fabric thành những tập hợp nhỏ hơn (đã đề cập tại mục 2.2.3. Ứng dụng công nghệ FC trong FC SAN)
+ Multipathing-đa đƣờng. Trong SAN kết nối đa cổng có thể tạo ra nhiều hơn một đƣờng vật lý tới thiết bị lƣu trữ. Sự dƣ thừa này nhằm bảo vệ
khỏi lỗi điểm tiềm tàng tại các lớp cáp. Lợi ích khác là lớp phần mềm đa đƣờng có khả năng nâng cao cân bằng tải, hình dạng hệ thống truyền tải, tính toán đƣờng truyền ngắn nhất… (đã đề cập tại mục 2.2.3)
+ LUN masking & mapping. Công nghệ này giúp SAN khỏi bị mất dữ liệu và cho phép nhiều hơn một máy chủ ghi dữ liệu vào mảng đĩa.
Ví dụ, một số phần mềm tích hợp các tính năng quản lý và điều hành hệ thống của các hẵng nhƣ sản phẩm HP OpenView Data Protector của hẵng HP hay sản phẩm Productivity Center Standard Edition của hãng IBM, đó là các
phần mềm sử dụng giao diện đồ hoạ dễ quản lý, lắp đặt và vận hành hệ thống. 3.2.6.2. Giải pháp mạng lưu trữ theo phương án thứ hai
Đối với một hệ thống lƣu trữ lớn thì rất cần có các giải pháp dự phòng về dữ liệu và thiết bị, giải pháp mạng mạng lƣu trữ của phƣơng án thứ hai đƣợc thiết kế theo phƣơng pháp dƣ thừa hay dự phòng (Redundant) hệ thống thiết bị để tăng các tính năng tối ƣu cho mạng lƣu trữ nhƣ tính ổn định, tính sẵn sàng cao của hệ thống, phòng ngừa các thảm hoạ, hỗ trợ hiệu suất mạng.
- Sơ đồ hệ thống mạng lưu trữ SAN theo phương án thứ hai (Hình 3.3).
- Thành phần mạng và chức năng. Mô hình gồm 4 lớp: Lớp Client, Lớp máy chủ, Lớp Fabric, Lớp lưu trữ. Cấu hình thiết bị cũng đƣợc thiết lập theo
giả thiết các thông số kỹ thuật tại mục 3.2.4. Các thành phần mạng và chức năng không khác phƣơng án thứ nhất, chỉ có thay đổi về cấu hình nhƣ: số lƣợng và thiết lập chức năng của thiết bị, cụ thể:
+Lớp máy chủ: mỗi máy chủ đƣợc tăng kết nối tới 2 SAN Switch. Đối
với máy chủ ứng dụng, máy chủ File Server, số cổng ra không thay đổi với 4 card HBA nhƣng đƣợc kết nối tới mỗi SAN Switch là 2 cổng; các máy chủ khác sx tăng số cổng kết nối hay tăng số card HBA.
+ Lớp Fabric: có 2 SAN Switch, mỗi Switch hỗ trợ 16 cổng kết nối. + Lớp lưu trữ: Bộ điều khiển của Tủ đĩa lƣu trữ vẫn sử dụng 2 Controller với mỗi Controller có 4 cổng kết nối song song với tốc độ 10Gb/s nhƣng đƣợc phân bổ chức năng nhƣ sau: Controller1 cho kết nối với SAN Switch 1, Controller2 cho kết nối tới SAN Switch 2.
3.2.6.3. Đánh giá các giải pháp mạng SAN
Đánh giá giải pháp mạng lƣu trữ theo các tiêu chí đã đặt ra tại mục 3.2.5.
3.2.6.3.1. Đánh giá giải pháp kỹ thuật chung của hệ thống
Giải pháp mạng lƣu trữ theo 2 phƣơng án có các điểm chung nhƣ sau: <1> Thông lượng và hiệu suất truyền cao.
Hệ thống thiết bị truyền thông trong SAN sử dụng công nghệ giao diện quang có cùng tốc độ truyền (ví dụ 10Gb/s) sẽ tạo ra đƣờng truyền băng thông cao, đƣờng kết nối có cùng mức cân bằng tải nên tránh hiện tƣợng thắt cổ chai trong truyền thông. Ví dụ. Theo kết quả tính tại mục (3.2.4), hệ thống SAN
đáp ứng băng thông là 2500MB/s.
Kết cấu fabric gồm một hoặc hai SAN Switch nối song song, phân chia mạng lƣu trữ theo cấu trúc kết nối topo Switched Fabric, vì vậy, mạng lƣu trữ có mô hình kiểu Star (các nút mạng nối với đầu nối trung tâm). Kết cấu fabric