San một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu

SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

LỜI NĨI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của cơng nghệ thơng tin, các hoạt động của con người
ngày càng phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng thông tin. Thông tin ko những quan
trọng mà còn trở thành tài sản đối với mọi doanh nghiệp, tổ chức hay bất kì cá nhân
nào. Chính vì thế vấn đề lưu trữ dữ liệu trở nên vô cùng quan trọng và là vấn đề
không thể thiếu trong việc xây dụng cơ sở hạ tầng mạng thông tin. Các công nghệ
mạng ngày càng phát triển kéo theo yêu cầu về lưu lượng thông tin cũng như tốc độ
truy nhập ko ngừng tăng lên. Đặc biệt trong các nghành ngân hàng tài chính,các
cơng ti bảo hiểm. Mạng lưu trữ dữ liệu(SAN) được coi là một giải pháp hàng đầu
cho việc lưu trữ dữ liệu hiện nay.
Hiện nay mạng SAN hầu như đã được triển khai tại hầu hết các công ti trên
một số nước phát triển. Tuy nhiên tại Việt Nam SAN vẫn còn khá mới mẻ. Các
doanh nghiệp vẫn chủ yếu sử dụng DAS hay NAS. Trong đồ án tốt nghiệp của
mình em trình bày một cách khái quát về mạng SAN : tổ chức phần cứng,tổ chức
phần mềm và một số mạng lưu trữ khác, quy trình thiết kế một mạng SAN và mở
rộng của mạng SAN.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của giáo viên
hướng dẫn TS.Nguyễn Vũ Sơn.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu
còn hạn chế nên ko tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự giúp đỡ của
thầy cơ và bạn bè để hồn thiện cho kiến thức của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên: Vũ Thị Thanh Thảo

1


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

TÓM TẮT ĐỒ ÁN.
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin là sự tăng khối lượng dữ liệu
cần lưu trữ. Các cơng ti đang tìm kiếm phương pháp để quản lí dữ liệu đồng thời
đảm bảo được chi phí. Mạng SAN ra đời đáp ứng được nhu cầu lưu trữ hiện thời, độ
tin cậy và cung cấp các giải pháp thiết kế mạng lưu trữ cho các công ti cạnh tranh.
Đồ án mang lại một cái nhìn tổng quát về mạng lưu trữ dữ liệu SAN, được trình bày
qua chương
Chương 1. Tổng quan về các mạng lưu trữ dữ liệu. Trình bày các vấn đề đang tồn
tại trong lưu trữ dữ liệu hiện nay. Các giải pháp lưu trữ và giải pháp tối ưu hiện nay
là SAN.
Chương 2. Tổ chức phần cứng của mạng SAN. Mô tả khái quát về các thiết bị phần
cứng của mạng. Các công nghệ phần cứng: tiêu chuẩn, dãy ổ đĩa. Các cơ chế đa
đường.
Chương 3. Tổ chức phần mềm của mạng SAN. Các giao thức sử dụng trong mạng
SAN.Một số mơ hình mạng SAN theo giao thức và theo quy mô. Các giải pháp an
ninh trong mạng SAN.
Chương 4. Quy trình thiết kế mạng lưu trữ. Các bước cơ bản trong việc thiết kế
mạng lưu trữ : tiếp cận thơng tin, phân tích, hợp nhất các mạng. Và phát triển mở
rộng mạng lưu trữ.
Chương 5. Kết luận.

2


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

ABSTRACT.
The incresement of data follows the development of information
technology.Businesses are loking for method to manage data and suitable cost. SAN
comes into response requirement storage, realiability and provide some network

designs for compete companies. In my thesis, it will bring about a general view of
SAN. There are 5 chapters, in this following:
Chapter 1. Fundanmetal Storage Area Network. This chapter covers topics
including issues with data storage and how data is used in the business for everyday
life activity such as DAS,NAS,SAN etc.In addtion, it also covers in-depth topics
about the advantage/disadvantage of each technology. Storage Area Network (SAN)
will be emphasised for most of the high speed data storage solutions .
Chapter 2. Hardware organization of SAN. This chapter descrip hardware
devices: Server, connected system,storage system(storage devices, disk manage,
etc). And hardware technology : standard, RAID, multipathing, etc.
Chapter 3 . Software organization of SAN. Some protocols are used in SAN :
FC, iSCSI, FCIP, etc. Some SAN infrastructions follow protocols and size.And
discussing security methods in SAN.
Chapter 4 . Storage Network Design.Fundanmental Steps to design SAN :
information approach, analyse, merging Network, etc and SAN Extension
Chapter 5. Concluding of Thesis

3


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

MỤC LỤC
PHỤ LỤC 1 . DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.....................................................6
PHỤ LỤC 2 . DANH MỤC CÁC BẢNG...........................................................7
PHỤ LỤC 3 . CÁC TỪ TIẾNG ANH VIẾT TẮT............................................8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG LƯU TRỮ......................................11
1.1. Vấn đề lưu trữ dữ liệu................................................................................11
1.1.1. Các vấn đề lưu trữ trong mạng máy tính..............................................11
1.1.2. Yêu cầu đối với mạng lưu trữ.................................................................11

1.2. Các kiến trúc lưu trữ dữ liệu.....................................................................13
1.2.1. Kiến trúc lưu trữ lấy server làm trung tâm...........................................13
1.2.2. Kiến trúc lưu trữ lấy dữ liệu làm trung tâm.........................................14
1.3. Các loại hình mạng lưu trữ hiện nay........................................................16
1.3.1. DAS(Direct Attached Network).............................................................16
1.3.2. NAS(Network Attached Storage)...........................................................18
1.3.3. SAN(Storage Area Network)..................................................................20
1.3.4. So sánh SAN và NAS...............................................................................24
CHƯƠNG 2 : TỔ CHỨC PHẦN CỨNG CỦA MẠNG SAN.........................27
2.1. Tổ chức phần cứng.....................................................................................27
2.1.1. Server.......................................................................................................27
2.1.2. Hệ thống lưu trữ......................................................................................27
2.1.3. Hệ thống kết nối.......................................................................................29
2.2. Công nghệ phần cứng.................................................................................30
2.2.1. Các chuẩn giao tiếp với ổ cứng...............................................................30
2.2.2. Cơ chế dư thừa dữ liệu............................................................................31
2.2.3. Kĩ thuật tổ chức dãy ổ cứng RAID.........................................................32
2.2.4. Cơ chế tạo dư thừa với sao chép từ xa...................................................36
2.3. Kết nối dư thừa và cơ chế đa đường.........................................................38
2.3.1. Cơ chế soi gương.....................................................................................38
2.3.2. Cơ chế đa đường......................................................................................40
2.3.3. Cơ chế che dấu LUN...............................................................................43

4


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

CHƯƠNG 3 : TỔ CHỨC PHẦN MỀM CỦA MẠNG SAN..........................45
3.1. Các giao thức sử dụng trong mạng SAN..................................................45

3.1.1. Chồng giao thức FC(Fibre Channel).....................................................45
3.1.2. Các cổng kết nối va các loại dịch vụ của FC..........................................52
3.1.3. Giao thức iSCSI.......................................................................................55
3.1.4. Một số các giao thức phổ dụng khác......................................................59
3.2. Mơ hình tổ chức SAN.................................................................................59
3.2.1. Mơ hình mạng SAN theo giao thức FC.................................................59
3.2.2. Mơ hình mạng SAN theo quy mô...........................................................60
3.3. Hoạt động của mạng SAN..........................................................................63
3.3.1. Sao lưu và phục hồi dữ liệu.....................................................................63
3.3.2. Ảo hóa dữ liệu..........................................................................................66
3.3.2. Giải pháp an ninh trong mạng SAN......................................................66
CHƯƠNG 4 : QUY TRÌNH THIẾT KẾ MẠNG LƯU TRỮ.........................68
4.1. Tổng quan về tiến trình thiết kế mạng lưu trữ.........................................68
4.1.1. Khảo sát các yêu cầu và xác định mục tiêu thiết kế..............................68
4.1.2. Quy trình thiết kế....................................................................................69
4.2. Phân tích.....................................................................................................70
4.2.1. Tiếp cận thơng tin....................................................................................70
4.2.2. Các ứng dụng triển khai trên hệ thống mạng.......................................71
4.2.3. Quy hoạch dung lượng cho hiện tại và tương lai..................................73
4.2.4. Lựa chọn các thiết bị cho mạng..............................................................74
4.2.5. Lựa chọn giao thức cho mạng.................................................................76
4.3. Giải pháp hợp nhất các mạng lưu trữ.......................................................81
4.3.1. Giải pháp hợp nhất SAN với DAS..........................................................82
4.3.2. Hợp nhất nhiều mạng SAN.....................................................................82
4.3.3. Hợp nhất các mạng lưu trữ SAN qua WAN và MAN..........................83
4.4. Phát triển mở rộng mạng SAN..................................................................84
4.4.1. Mở rộng về mặt dung lượng...................................................................84
4.4.2. Mở rộng theo khoảng cách.....................................................................85
CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN................................................................................87

5


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

PHỤ LỤC 4 . TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................88
PHỤ LỤC 1.

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Mơ hình chia sẻ file dùng chung client/server...........................................12
Hình 1.2. Kiến trúc lưu trữ lấy server làm trung tâm.................................................13
Hình 1.3. Lãng phí trong kiến trúc lưu trữ lấy server làm trung tâm..........................14
Hình 1.4. Kiến trúc lưu trữ lấy dữ liệu làm trung tâm(a)............................................15
Hình 1.5. Kiến trúc lưu trữ lấy dữ liệu làm trung tâm(b)............................................16
Hình 1.6. Kết nối các đĩa cứng với đường bus theo kiểu daisy chain..........................17
Hình 1.7. Cấu trúc phần cứng của một thiết bị NAS....................................................18
Hình 1.8. Cấu trúc phần mềm của thiết bị NAS...........................................................19
Hình 1.9. NAS trong mạng LAN..................................................................................19
Hình 1.10. NAS sử dụng qua internet.........................................................................20
Hình 1.11. Mơ hình mạng lưu trữ đơn giản sử dụng SAN...........................................21
Hình 1.12. Mơ hình SAN với topo vịng ring................................................................22
Hình 1.13. Mơ hình SAN dùng FC switch....................................................................23
Hình 1.14. Vào ra theo khối và theo file......................................................................24
Hình 2.1. Thành phần cơ bản của mạng lưu trữ..........................................................27
Hình 2.2. Cấu trúc của hệ thống lưu trữ......................................................................28
Hình 2.3. Các chồng giao thức sử dụng trong hệ thống mạng...................................30
Hình 2.4. Duy trì phục vụ bằng ổ đĩa dự phịng..........................................................32
Hình 2.5. Tiêu chuẩn RAID 0.......................................................................................33
Hình 2.6. Tiêu chuẩn RAID 1.......................................................................................34

Hình 2.7. Tiêu chuẩn RAID 0+1 và 10........................................................................35
Hình2.8. Tạo dư thừa với sao chép từ xa.....................................................................37
Hình 2.9. Các chế độ hoạt động trong sao chép từ xa.................................................38
Hình 2.10. Soi gương trên phần mềm hệ thống máy chủ.............................................39
Hình 2.11. Soi gương với HBA hai cổng......................................................................40
Hình 2.12. Cơ chế đa đường........................................................................................40
Hình 2.13. Vị trí của phần mềm đa đường..................................................................42
Hình 2.14. Phần mềm đa đường trong cấu trúc stack.................................................42
Hình 2.15. Che dấu LUN.............................................................................................44
Hình 3.1. Các kiến trúc FC..........................................................................................46
Hình 3.2. Mối quan hệ giữa FC và OSI.......................................................................48
Hình 3.3. Cấu trúc truyền dẫn tại lớp FC-2.................................................................49
Hình 3.4. Cấu trúc FC..................................................................................................50
Hình 3.5. Chồng giao thức Fibre Channel.....................................................51
Hình 3.6. Thực hiện báo nhận cho từng khung trong dịch vụ loại 2...........................54
Hình 3.7. Khơng thực hiện báo nhận trong dịch vụ loại 3...........................................55
Hình 3.8. Kiến trúc mạng IP với các thiết bị iSCSI.....................................................56
Hình 3.9. Mơ hình các mức thấp hơn của iSCSI.........................................................56
Hình 3.10. Kết nối full mesh các FC switch...............................................................60
Hình 3.11. Mơ hình mạng SAN nhỏ, kết hợp với NAS................................................61
Hình 3.12. Mơ hình mạng SAN đơn lẻ theo chuẩn FC...............................................62
Hình 3.13. Mơ hình mạng SAN qua WAN hoặc MAN................................................63
Hình 3.14. Sao lưu tập trung qua hạ tầng LAN sẵn có..............................................64
Hình 3.15. Sao lưu từ xa qua WAN............................................................................64
Hình 3.16. Các vị trí có thể thực hiện ảo hóa lưu trữ..................................................66

6


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

Hình 3.17. Ảo hóa dữ liệu trên hệ thống lưu trữ..........................................................66
Hình 4.1. Quy trình thiết kế mạng SAN.......................................................................70
Hình 4.2. Kết nối hai mạng SAN dùng chuẩn FC và iSCSI........................................79
Hình 4.3. Chi phí cho hệ thống dựa trên số lượng máy chủ theo IDC.......................81
Hình 4.4. Chuyển đổi DAS sang SAN........................................................................82
Hình 4.5. Kết nối trực tiếp đến kho dữ liệu và dự phịng...........................................83
Hình 4.6. Kết nối thơng qua SAN switch....................................................................83
Hình 4.7. Mơ hình kết hợp MAN và WAN..................................................................84
Hình 4.8. Kết nối các thiết bị chuyển mạch kiểu phân cấp,Error! Bookmark not defined.
Hình 4.9. Khả năng mở rộng khoảng cách lớn............................................................86

PHỤ LỤC 2.

DANH MỤC CÁC BẢNG.

Bảng 4.1. Đánh giá về các loại ứng dụng và phương pháp truy nhập........................72
Bảng 4.2. So sánh sử dụng các cấu trúc mạng SAN....................................................75
Bảng 4.3. So sánh các phương thức lưu trữ.................................................................76
Bảng 4.4. lựa chọn giao thức theo dịch vụ...................................................................77
Bảng 4.5. Lựa chọn phương tiện kết nối theo khoảng cách.........................................78
Bảng 4.6. So sánh FC SAN và IP SAN.........................................................................79
Bảng 4.7. các phần mềm hỗ trợ FC và iSCSI..............................................................80
Bảng 4.8. Chi phí kết nối SAN cấu hình nhỏ(dưới 16 nút)..........................................80
Bảng 4.9. Chi phí kết nối SAN cấu hình lớn hơn(trên 16 nút).....................................80

7


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

PHỤ LỤC 3.

CÁC TỪ TIẾNG ANH VIẾT TẮT

ANSI

American National Standard

Viện công nghệ các chuẩn Hoa

API
AL
ARP
ATA
CDB
CDMA
CIFs
CWDM

Insitute
Application programming Interface
Arbitrated Loop
Address Resolution Protocol
Advanced Technology Attachment
Command Descriptor Block
Code Division Multiple Access
Common Internet File Sysem
Coarse Wavelength Division

Kỳ

Giao diên chương rình ứng dụng
Vịng lặp
Giao thức phân giải địa chỉ
Kết nối công nghệ cao
Khối lệnh
Đa truy nhập phân chia theo mã
Hê thống file liên mạng
Ghép kênh theo bước sóng thơ

DAFS
DAS
DWDM

multiplexing
Direct Access File System
Direct Attached Storage
Dense Wavelength Division

Hệ thống file truy nhập trực tiếp
Hệ thống lưu trữ gắn trực tiếp
Ghép kênh theo mật độ bước

FC
FC_AL
FC_P2P
FC_SW
FCIP
FDDI
FICON
GbE

GBIC
HBA
IDE
IEEE

Multiplexing
Fibre Channel
Fibre Channel Arbitrated Loop
Fibre Chanel Point to Point
Fibre Channel Switch
Fibre Channel Internet Protocol
Fibre Distributed Data Interface
Fibre Channel Connection
Gigabit Ethernet
Gigabit Interface Converter
Host Bus Adapter
Integrated Drive Electronic
Istitute of Electrical and electronics

IETF
IP
IPTV
iSCSI
iSNS

Engineers
Internet Engineering Task Force
Internet protocol
Internet Protocol Television
Internet Small Computer Interface

Internet Storage Name Service

JBOD
LAN
MAN
MIB
NIC

Just a Bunch Of Disks
Local Area Network
Metropolitan Area Network
Management Information Base
Network Interface Card

sóng
Vịng lặp trong FC
Cấu trúc điểm-điểm FC
Chuyển mạch FC
Giao thức Fc trên nền IP
Kết nối FC
Bộ chuyển đổiGigabit
Bộ điều hợp bus chủ
Viện kĩ thuật điện và điện tử
Lực lượng quản lí kĩ thuật
Truyền hình trực tuyến
Giao thức Internet SCSI
Dịch vụ tên thiết bị lưu trữ trên
internet
Nhóm các ổ đĩa thành khối
Mạng cục bộ

Mạng đơ thị
Cơ sở quản lí thơng tin
Card kết nối internet

8


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

NAS

Network Access Storage

Lưu trữ truy nhập trực tiếp vào

NFS
OLTP
OSI
OSS
PCI

mạng
Network File System
Hệ thống file mạng
Online Transaction Processing
Các giao tác trực tuyến
Open System Interconnection
Kết nối các hệ thống mở
Operation Support System
Hỗ trợ hệ điều hành

Peripheral Component Interconnect Liên kết các thành phần bên

PDI
PLOGI
RAID

Protocol Data Unit
Port Login
Redundancy Array of Inexpensive

ngoài
Đơn vị dữ liệu giao thức
Đăng nhập cổng
Dư thừa dãy ổ đĩa

RTOS
SAN
SATA

Disks
Real Time Operating System
Storage Area Network
Serial Advanced Technology

Hệ điều hành thời gian thực
Mạng lưu trữ
Kết nối chuỗi công nghệ cao

SCSI

Attachment
Small Computer System Interface

Giao tiếp với hệ thống máy tính
nhỏ

SLA
SONET
SDH
SMNP

Service Level Agreement
Syynchronous Optical Network
Synchronous Digital Hierachy
Simple Management Network

SSL
TOE
TCP
UDP
ULP
WAN
WWN
WWPN

Protocol
Secure Socket Layer
Traffic Offload Engine
Transmission Control Protocol
User Data Protocol

Upper Layer Protocol
Wide Area Network
World Wide Name
World Wide Port Name

Mạng truyền dẫn quang đồng bộ
Truyền dẫn phân cấp đồng bộ số
Giao thức quản lí mạng đơn giản
Lớp bảo mật
Giao thức điều khiển truyền dẫn
Giao thức dữ liệu người dùng
Giao thức lớp trên
Mạng diện rộng
Tên quốc tế
Tên quốc tế dành cho cổng

9


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

CHƯƠNG1 : TỔNG QUAN VỀ MẠNG LƯU TRỮ
1.1. Vấn đề lưu trữ dữ liệu
1.1.1. Các vấn đề lưu trữ trong mạng máy tính.
Thế kỉ 20 đánh dấu sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin trên mọi lĩnh
vực của cuộc sống. Cùng với đó là sự tăng lên của các dữ liệu cần được lưu trữ và
bảo mật,nhất là khi các dịch vụ trực tuyến qua mạng ngày càng phát triển và nở
rộ.Các nghành ngân hàng, tài chính, bảo hiểm, y học, bệnh viện, khách sạn,giáo
dục…với số lượng khách hàng khổng lồ cần được lưu trữ và bảo mật. Cùng với đó
là những đặc thù nghành nghề nhất định mà yêu cầu về việc truy cập hay trao đổi

thông tin một cách nhanh chóng và chính xác.
Khi xã hội càng phát triển kéo theo sự phát triển của các nghành nghề, số lượng
thông tin tăng lên một cách đáng kể, trong khi yêu cầu về lưu trữ ko đổi. Do vậy địi
hỏi có một mạng lưu trữ đáp ứng được những u cầu mới này. Đó chính là mạng
lưu trữ dữ liệu SAN(Storage area network).
1.1.2. Yêu cầu đối với mạng lưu trữ
Trước khi có mạng lưu trữ thì việc lưu trữ chỉ thực hiện trên các máy cục bộ, các
thiết bị lưu trữ được thiết kế riêng biệt và chỉ sử dụng được cho các máy tính đó. Để
đáp ứng nhu cầu về chia sẻ dữ liệu mơ hình hệ thống mở cho phép chia sẻ dữ liệu
lưu trữ qua mạng Ethernet và TCP/IP. Mơ hình này dữ liệu được gắn trên các file
của máy chủ và các máy trạm trong mạng LAN truy cập qua mạng để lấy hoặc lưu
10


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

thông tin. Với mơ hình này thì việc lưu trữ ko liên quan gì đến nền tảng hệ thống
của máy trạm.


Ưu điểm : Cho phép triển khai hệ thống nhanh chóng và đơn giản.chỉ cần
có ổ đĩa cứng và cáp SCSI là có thể nhanh chóng thiết lập một hệ thống lưu
trữ mà ko cần phải tính tốn hay cấu hình gì. Mơ hình này thích hợp với
những người dùng cá nhân mà dung lượng không quá lớn.



Nhược điểm : Nhược điểm lớn nhất của mơ hình truyền thống này là khả
năng mở rộng mạng kém, phân tán về mặt địa lí và lãng phí về tài ngun.
Ngồi ra một số nhược điểm khác sẽ được phân tích cụ thể ở phần mơ hình

DAS.

Dưới đây là mơ hình lưu trữ truyền thống theo kiểu client/server:

Hình 1.1. Mơ hình chia sẻ file dùng chung client/server
Những yêu cầu đối với mạng lưu trữ hiện nay :


Yêu cầu về tính khả dụng : được đặc trưng bởi băng thông và độ trễ. Băng
thông là tổng lưu lượng truyền trên một mạng, được tính bằng đơn vị
Mbits/s hay Mbytes/s. Việc tính tốn băng thơng có ý nghĩa quan trọng
11


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

trong việc lựa chọn các thiết bị cho mạng. Độ trễ cũng là một tham số quan
trọng trong việc đánh giá chất lượng của mạng.


Yêu cầu về độ tin cậy : là yêu cầu hàng đầu đối với việc lưu trữ. Giúp đảm
bảo tính khả thi của mạng trong vấn đề giải quyết độ trễ.



Yêu cầu toàn vẹn dữ liệu : Tức là đảm bảo cho việc dữ liệu ko bị sai lệch
so với dữ liệu gốc. Điều này có nghĩa là dữ liệu được ghi lên các phương
tiện lưu trữ đúng theo thứ tự hay lệnh đã được đề cập đền từ trước của các
ứng dụng. Độ chắc chắn của dữ liệu là việc ghi dữ liệu hoàn thiện và chính
xác lên các thiết bị lưu trữ.



Khả năng mở rộng và nhanh chóng : Mạng lưu trữ phải thích ứng được với
sự thay đổi liên tục về nhu cầu đối với tài nguyên lưu trữ.



Đơn giản hóa hạ tầng mạng : Khả năng dễ dàng triển khai với chi phí duy
trì tối thiểu. Một hạ tầng mạng tốt cho phép giảm chi phí cũng như tận
dụng được tài nguyên đã có.



Kết nối mềm dẻo và hỗ trợ mơi trường khơng đồng nhất.

 Đảm bảo bảo mật các giao dịch và việc truyền dữ liệu

1.2. Các kiến trúc lưu trữ dữ liệu.
1.2.1. Kiến trúc lưu trữ lấy server làm trung tâm.
Trong mơ hình mạng lưu trữ truyền thống thơng thường các thiết bị lưu trữ chỉ kết
nối đến một server. Nhưng cũng có thể kết nối đồng thời đến hai server để tăng khả
năng chịu lỗi khi gặp sự cố, nhung thực sự tại một thời điểm chỉ có một server giao
tiếp với các thiết bị lưu trữ này. Mơ hình như sau:

12


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

Hình 1.2. Kiến trúc lưu trữ lấy server làm trung tâm
Nhược điểm của kiến trúc lưu trữ:


Khả năng truy xuất dữ liệu phụ thuộc vào trạng thái của server. Khi server
gặp sự cố thì dữ liệu trong các thiết bị liên quan đến nó khơng thể truy xuất
được.



Khả năng mở rộng dung lượng phụ thuộc vào server.



Sử dụng tài nguyên không hiệu quả do các server khác nhau không thể chia
sẻ dung lượng với nhau.

 Quản lí khó khăn và khơng tập trung do các server cài đặt khác nhau và dữ
liệu nằm rải rác trên các server

Hình 1.3. Lãng phí trong kiến trúc lưu trữ lấy server làm trung tâm.
1.2.2. Kiến trúc lưu trữ lấy dữ liệu làm trung tâm.

13


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

Kiến trúc này còn gọi là kiến trúc lấy thiết bị lưu trữ làm trung tâm, được ra
đời nhằm khắc phục những nhược điểm của kiến trúc lấy server làm trung tâm.

Hình 1.4. Kiến trúc lưu trữ lấy dữ liệu làm trung tâm(a).
Ý tưởng của mơ hình này dựa trên việc làm giảm bớt những điểm có thể gây
nên hiểm họa cho hệ thống bằng cách thay thế kết nối bus từ thiết bị lưu trữ đến
server bằng một mạng lưu trữ dữ liệu độc lập (kể từ sau server). Qua mơ hình có thể
thấy thiết bị lưu trữ hồn tồn độc lập với các server và các server này có thể truy
xuất đến các thiết bị lưu trữ mà không phải thơng qua bất kì một server nào. Khi
nhu cầu lưu trữ và truy nhập tăng lên thì các thiết bị lưu trữ được chia thành phân hệ
lưu trữ. Tức là khi một khơng gian lưu trữ trống có thể cấp phát một cách linh hoạt
cho các server khi nó có nhu cầu, đồng thời kiểu kiến trúc này cũng cho phép khắc
phục sự cố mà không làm gián đoạn phục vụ. Mơ hình lấy dữ liệu làm trung tâm
tổng quát như sau.

14


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

Hình 1.5. Kiến trúc lưu trữ lấy dữ liệu làm trung tâm(b)
Một trong những điểm quan trọng của kiến trúc này chính là việc hình thành các
điểm đa truy nhập mạng lưu trữ và hệ thống. Các điểm truy nhập này có thể được
kết nối đến một port với địa chỉ duy nhất, ví dụ như : card mạng (NICs), bộ điều
hợp chủ (HBAs) hay các điểm truy cập logic như điểm truy cập dịch vụ (SAPs), địa
chỉ con hay địa chỉ mạng ảo. Khi thiết kế theo mơ hình này cần chú ý rằng phải tính
tốn đến tính ổn định, các cấu trúc dự phòng và một hệ thống lưu trữ nhiều cổng để
dễ dàng kết nối đến nhiều server khác nhau cùng lúc.

1.3. Các loại hình mạng lưu trữ hiện nay.
1.3.1. DAS(Direct Attached Network)

15


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

DAS là khái niệm được đưa ra để chỉ mơ hình lưu trữ kiểu máy trạm/máy
chủ, trong đó các máy trạm chia sẻ các file dùng chung trên một máy chủ lưu trữ.
Các máy chủ này sử dụng nhiều ổ đĩa cứng để lưu trữ dữ liệu và có nhiều cách để tổ
chức các ổ đĩa này phụ thuộc vào đường bus kết nối và bộ điều khiển vào ra. DAS
sử dụng kiểu kết nối tuần tự và mỗi thực thể kết nối vào đường bus chỉ có địa chỉ
duy nhất.

Hình 1.6. Kết nối các đĩa cứng với đường bus theo kiểu daisy chain
Nhược điểm của mạng DAS:


Mức độ sẵn sàng của dữ liệu phụ thuộc vào hệ thống máy chủ. Mơ hình
cho thấy tất cả các thiết bị trên đường bus đều phụ thuộc vào một bộ điều
khiển vào ra, nếu hệ thống có lỗi thì tất cả các thiết bị trên đường bus đều
không thể truy cập. Đồng thời mơ hình cũng có khả năng gây hiện tượng
nút cổ chai khi lượng truy nhập quá lớn.



Cấu hình của DAS là tĩnh do cấu trúc đường bus sẽ gây khó khăn trong
việc mở rộng dung lượng tránh tắc nghẽn đường bus.

 Hạn chế về độ dài đường bus.
 Hạn chế khả năng sử dụng tài nguyên nhớ do các máy chủ khơng thể chia
sẻ dữ liệu với nhau.



Khơng có tính mở rộng do khơng gian quản lí nhỏ. Khi số lượng thực thể
trong DAS càng lớn thì việc phân quyền đường bus là khó khăn trong
chuẩn SCSI.

Nhìn chung DAS chỉ thích hợp với mạng có u cầu nhỏ, mang tính chất cá nhân.
Ngày nay khi yêu cầu về dữ liệu càng lớn và mức độ sẵn sàng của dữ liệu, số lượng
thiết bị và khả năng dự phòng của dữ liệu thì DAS khơng thể đáp ứng được.

16


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

1.3.2. NAS(Network Attached Storage)
NAS chính là triển khai của mơ hình máy trạm/máy chủ bằng cách tách riêng
máy chủ chạy các ứng dụng khỏi kho lưu trữ. Đặt kho lưu trữ trên một máy tính và
đơn giản hóa nó đến mức tối đa có thể. Có thể thấy NAS là một máy tính chuyên
biệt phục vụ cho việc truy nhập dữ liệu theo kiểu máy trạm/máy chủ.NAS có thể coi
là giải pháp về phần cứng và phần mềm nhằm tối ưu hóa cho việc chia sẻ dữ liệu.
Phần cứng bao gồm máy chủ, card mạng, thiết bị lưu trữ. Phần mềm bao gồm hệ
thống file, hệ điều hành, bộ điều khiển.
Ưu điểm lớn nhất của NAS là khả năng plug&play (cắm là chạy) tức là cho
phép gắn thiết bị NAS vào mạng sẵn có và tự động hoạt động ln khơng cần mất
nhiều thời gian cấu hình và cài đặt. Xem xét cấu trúc phần cứng và phần mềm của
NAS
 Cấu trúc phần cứng

Hình 1.7. Cấu trúc phần cứng của một thiết bị NAS.

Cấu trúc này bao gồm ba phần quan trọng là máy chủ, phần lưu trữ, phần mạng
 Cấu trúc phần mềm:

17


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

Hình 1.8. Cấu trúc phần mềm của thiết bị NAS
Phần mềm hệ điều hành của NAS dụa trên nhân UNIX và được tối ưu hóa cho truy
nhập vào ra. Hệ điều hành có nhiệm vụ quản lí bộ nhớ, tài ngun phần cứng và bộ
nhớ đệm. Hệ thống file của NAS sử dụng chuẩn CIFs và NFS.
• Vị trí của NAS trong mạng lưu trữ
NAS trong mạng LAN được sử dụng như một hệ thống máy chủ file có dung
lượng lưu trữ tăng nhanh. Các máy client sử dụng dịch vụ của máy chủ ứng dụng,
máy chủ ứng dụng truy vấn dữ liệu trong NAS, khi nhu cầu lưu trữ dữ liệu tăng, có
thể bổ sung đĩa cứng vào NAS, hoặc thêm thiết bị NAS mới vào mạng.

Hình 1.9. NAS trong mạng LAN

18


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

Trong mạng internet NAS đươc sử dụng như một giải pháp có tính mở do kết
hợp nhiều máy chủ thành một thiết bị NAS, đồng thời đó là giải pháp cho việc truy
cập file lưu trữ qua môi trường web bằng http

Hình 1.10. NAS sử dụng qua internet

Ngồi ra trong mạng doanh nghiệp NAS có thể hỗ trợ việc lưu trữ dữ
liệu với dung lượng lớn nhằm mục đích giảm các giao tác của người dùng trong xử
lí vào ra. NAS được coi là giải pháp tốt cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ có nhu
cầu sử dụng dữ liệu khơng lớn và mơ hình tổ chức đơn giản. Đồng thời NAS tận
dụng cơ sở hạ tầng mạng LAN và nền mạng IP sẵn có nên chi phí lắp đặt mạng
giảm và dễ dàng hỗ trợ các truy cập từ xa qua internet. Tuy nhiên NAS không phù
hợp với các dịch vụ mạng đòi hỏi hiệu năng cao về tốc độ vào ra dữ liệu, do hoạt
động trên nền IP nên tính bảo mật của NAS khơng cao.
1.3.3. SAN(Storage Area Network)
SAN là một mạng lưu trữ tốc độ cao được thiết kế để kết nối các thiết bị lưu
trữ với máy chủ. Ý tưởng trong mơ hình mạng SAN là sử dụng tập trung các máy
chủ và các thiết bị lưu trữ vào một mạng trung tâm, các máy chủ và máy trạm cũng
có thể độc lập truy nhập tới thiết bị lưu trữ qua mạng. Cách thức của việc truy nhập
dữ liệu là theo khối (block), không theo file, do đó việc truy nhập dữ liệu như trong
mơ hình DAS, chỉ khác là thiết bị lưu trữ không gắn trực tiếp vào máy chủ, mà qua
một mạng tốc độ cao.

19


SAN-Một giải pháp tối ưu cho lưu trữ dữ liệu.

Hình 1.11. Mơ hình mạng lưu trữ đơn giản sử dụng SAN
Sự phát triển của SAN được khởi đầu bằng sự ra đời của chuẩn kết nối Fibre
Channel (FC). Chuẩn kết nối này cho phép kết nối các thiết vị ngoại vi, các hệ lưu
trữ lớn, máy tính lớn và các thiết bị ngoại vi khác với tốc độ cao hơn rất nhiều môi
trường truyền dẫn của mạng thông thường. Băng thông hỗ trợ của chuẩn này từ 1
Gbps đến 4 Gbps. Chuẩn kết nối này cho phép các thiết bị lưu trữ có thể kết nối với
máy chủ ứng dụng để xử lý các yêu cầu truy nhập vào ra dữ liệu với số lượng lớn.
Trong thời kì đầu được ứng dụng, các thiết bị lưu trữ kết nối với nhau bằng

chuẩn FC theo vòng ring, đấu nối vào Hub FC. Với ưu điểm tốc độ cao và băng
thông lớn, các thiết bị lưu trữ khơng gặp nhiều khó khăn trong vấn đề phân xử sử
dụng đường truyền. Tuy nhiên mơ hình kết nối này sẽ khiến việc mở rộng mạng lưu
trữ bị hạn chế do việc kết nối thiết bị mới vào sẽ ảnh hưởng đến cả mạng. Thêm
nữa, khi số lượng thiết bị lưu trữ trên vòng ring càng nhiều, hiệu quả truyền dẫn
càng bị thu hẹp.

20