Công nghệ mạng lưu trữ và ứng dụng

3
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




Nguyễn Văn Dũng





CÔNG NGHỆ MẠNG LƢU TRỮ VÀ ỨNG DỤNG




LUẬN VĂN THẠC SĨ





Hà nội, 2006



4

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ



Nguyễn Văn Dũng


CÔNG NGHỆ MẠNG LƢU TRỮ VÀ ỨNG DỤNG

Ngành: Công nghệ thông tin
Mã số: 1.01.10


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. Nguyễn Văn Tam




Hà nội, 2006



5
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 7
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 9
MỞ ĐẦU 11
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ MẠNG LƢU TRỮ 12
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG LƯU TRỮ 12
1.1.1. Khái niệm mạng lưu trữ 12
1.1.2. Lợi ích của SAN 13
1.2. CÁC GIẢI PHÁP LƯU TRỮ 14
1.2.1. Thiết bị lưu trữ kết nối trực tiếp (Direct attached storage - DAS) 14
1.2.2. Thiết bị lưu trữ kết nối qua mạng (Network Attached Storage - NAS) 15
1.2.3. Mạng lưu trữ (Storage Area Network – SAN) 16
1.3. CÁC THÀNH PHẦN TẠO NÊN SAN 17
1.3.1. SAN Server 18
1.3.2. Host Bus Adapter (HBA) 18
1.3.3. Hub và Switch kênh quang 19
1.3.4. Router và gateway kênh quang 20
1.3.5. Bridge và Multiplexer kênh quang 20
1.3.6. Thiết bị lưu trữ 21
1.3.7. Thiết bị backup 21
1.3.8. Các thành phần phần mềm 22
CHƢƠNG 2. MÔ HÌNH KẾT NỐI, CÔNG NGHỆ VÀ GIAO THỨC SỬ DỤNG
TRONG MẠNG LƢU TRỮ 23
2.1. CÁC MÔ HÌNH KẾT NỐI TRONG MẠNG LƯU TRỮ 23
2.1.1. Điểm-tới-điểm (Point-to-point) 23
2.1.2. Mạng vòng (FC-AL) 24
2.1.3. Mạng Fabric (FC-SW) 26
2.2. CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG MẠNG LƯU TRỮ 29
2.2.1. Công nghệ ảo hóa lưu trữ 29
2.2.2. Công nghệ RAID 33

2.3. CÁC GIAO THỨC SỬ DỤNG TRONG MẠNG LƯU TRỮ 37
2.3.1. Giao thức FC (Fibre Channel) 37
2.3.2. Giao thức iFCP (Internet Fiber Channel Protocol) 52
2.3.3. Giao thức iSCSI (Internet SCSI Protocol) 56
2.3.4. So sánh iFCP và iSCSI 58
CHƢƠNG 3. GIẢI PHÁP CẢI TIẾN MẠNG LƢU TRỮ TRONG MỘT HỆ
THỐNG NGÂN HÀNG 60
3.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI CẢI TIẾN HỆ THỐNG MẠNG LƯU
TRỮ 60
3.2. THỰC TRẠNG MẠNG LƯU TRỮ TRONG MỘT HỆ THỐNG NGÂN HÀNG
63


6
3.2.1. Hệ thống Xử lý giao dịch trực tuyến - OLTP 63
3.2.2. Hệ thống kho dữ liệu – DataWarehouse 66
3.2.3. Hệ thống đào tạo – Training 67
3.2.4. Một số đánh giá chung về các hệ thống 68
3.3. MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI TIẾN 68
3.3.1. Yêu cầu đặt ra của các hệ thống 68
3.3.2. Tích hợp các hệ thống về một SAN thống nhất 69
3.3.3. Tăng cường khả năng sẵn sàng của hệ thống fabric 73
3.3.4. Phương pháp đồng bộ giữa hai tủ đĩa 74
3.3.5. Nâng cao tính sẵn sàng (clustering) 76
3.3.6. Phân vùng (zoning) 78
3.3.7. Cải tiến hệ thống sao lưu và phục hồi dữ liệu 82
3.4. AN TOÀN VÀ BẢO MẬT CHO HỆ THỐNG SAN 84
3.4.1. Các đặc trưng chính 85
3.4.2. Các lợi ích thu được khi thiết lập các chính sách bảo mật 86
3.4.3. Một số kỹ thuật sử dụng trong an toàn và bảo mật mạng 87

KẾT LUẬN 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO 107



7
LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Văn Tam -
Viện Công nghệ thông tin - Viện khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thầy kính mến về sự hướng dẫn nhiệt
tình, những ý kiến đóng góp quý báu và luôn tạo điều kiện thuật lợi cho tôi hoàn thành
tốt bản luận văn này.
Xin cảm ơn Khoa Công nghệ thông tin - Trường Đại học Công nghệ - Đại học
Quốc gia Hà nội và các thầy cô giáo đã tạo điều kiện tốt về mọi mặt để tôi hoàn thành
được bản luận văn.
Hà nội, ngày 20 tháng 11 năm 2006
Tác giả.


8
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT

ACL - Access Control List
CSDL - Cơ sở dữ liệu
CNTT - Công nghệ thông tin
CRC - Cyclic Redundant Check
DAS - Direct Attached Storage
DES - Data Encryption Standard
FC - Fibre Channel
FC-AL - Fibre Channel Arbitrated Loop

FCP - Fibre Channel Protocol
FCIP - Fibre Channel over IP
GBIC - Gigabit Interface Converters
HBA - Host Bus Adapter
ID - Identification
iFCP - Internet Fibre Channel Protocol
I/O - Input/Output
IOPS - Inputs/Outputs Per Second
IP - Internet Protocol
iSCSI - Internet Small Computer System Interface
ISL - Inter-Switch Link
iSNS - Internet Storage Name Services
KDC - Key Distribution Center
LAN - Local Area Network
NAS - Network Attached Storage
NIC - Network Interface Card
OLTP - Online Transaction Processing
PKI - Public Key Infrastructure
QoS - Quality of Service
RAID - Redundant Array of Independent Disk
RD - Running Disparity
SAN - Storage Area Network
SNS - Simple Name Server
SHA - Secure Hash Algorithm
TCP - Transmission Control Protocol
UDP - User Datagram Protocol
ULP - Upper Layer Protocol
WAN - Wide Area Network
WWN - World Wide Name
WWPN - World Wide Port-Name

9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Các thành phần trong môi trường mạng SAN
11
Hình 1-2: Thiết bị lưu trữ kết nối trực tiếp - DAS
12
Hình 1-3: Thiết bị lư trữ kết nối qua mạng - NAS
14
Hình 1-4: Mạng lưu trữ - SAN
14
Hình 1-5: Hub
17
Hình 1-6: Switch
17
Hình 1-7: Router kênh quang
18
Hình 1-8: Bridge
19
Hình 2-1: Các mô hình kết nối trong mạng lưu trữ
21
Hình 2-2: Mô hình kết nối điểm - tới - điểm
22
Hình 2 - 3: Mô hình kết nối mạng vòng FC-AL
22

Hình 2-4: Tiến trình tạo mạng vòng
22
Hình 2-5: Chức năng Repeater
23
Hình 2-6: Chức năng kênh vượt cổng
23
Hình 2-7: Mô hình kết nối mạng fabric
24
Hình 2-8: Các thành phần trong fabric
25
Hình 2-9: Ảo hóa lưu trữ
27
Hình 2-10 : Snapshot truyền thống và Vsnap
30
Hình 2-11: RAID 0
32
Hình 2-12: RAID 1
32
Hình 2-13: RAID 0+1
33
Hình 2-14: RAID 2
33
Hình 2-15: RAID 3
34
Hình 2-16: RAID 4
34
Hình 2-17: RAID 5
34
Hình 2-18: RAID 6
35

Hình 2-19: Kiến trúc kênh quang
36
Hình 2-20: Sơ đồ cơ chế kết nối quang Fibre Channel
37
Hình 2-21: Cấu trúc khung
41
Hình 2-22: Mức 1- Flow Control
45
Hình 2-23: Mức 2- Flow Control
45
Hình 2-24: Mức 3- Điều khiển luồng
46
Hình 2-25: Mô hình mạng iFCP
51
Hình 2-26: Mô hình triển khai iFCP
52
Hình 2-27: Cấu trúc iFCP Header
52
Hình 2-28: Ánh xạ FC sang iFCP
53
Hình 2-29: Ánh xạ iFCP sang FC
54
Hình 2-30: Mô hình giao thức iSCSI
55
Hình 3-1: Mô hình hệ thống Xử lý giao dịch trực tuyến
63
Hình 3-2: Mô hình hệ thống Data Warehouse
64

10
Hình 3-3 : Mô hình hệ thống Training
65
Hình 3-4: Mô hình SAN hợp nhất
67
Hình 3-5: Hệ thống OLTP trên mạng lưu trữ hợp nhất
69
Hình 3-6: Hệ thống Data Warehouse trên mạng lưu trữ hợp nhất
70
Hình 3- 7: Hệ thống Training trên mạng lưu trữ hợp nhất
71
Hình 3-8: Mạng fabric của hệ thống lưu trữ hợp nhất
71
Hình 3-9: Nhân bản đồng bộ
72
Hình 3-10: Nhân bản dị bộ
73
Hình 3-11: Mô hình cluster 2 node
74
Hình 3-12: Cluster sau khi xảy ra failover
75
Hình 3-13: Phân vùng trên fabric
77
Hình 3-14: Phân vùng hệ thống OLTP trên fabric
78
Hình 3-15: Phân vùng hệ thống Data Warehouse trên fabric
79
Hình 3-16: Phân vùng hệ thống Training trên fabric
79
Hình 3-17: Phân vùng server quản lý trên fabric

80
Hình 3-18: Mô hình cluster hai Cell Manager
81
Hình 3-19: Cải tiến mô hình backup dữ liệu
82
Hình 3-20: Các lớp “rào chắn” bảo vệ thông tin trên mạng
85
Hình 3-21: Sơ đồ quy trình mật mã
87
Hình 3-22: Xác thực sử dụng khóa bí mật
98
Hình 3-23: Xác thực sử dụng khóa bí mật rút gọn
98
Hình 3-24: Tấn công xác thực
99
Hình 3-25: Xác thực sử dụng KDC
99
Hình 3-26: Giao thức xác thực Needham-Schroeder
99
Hình 3-27: Giao thức xác thực Otway - Rees
100
Hình 3-28: Chữ ký số với Big Brother
101
Hình 3-29: Chữ ký số sử dụng mã hóa công khai
102
Hình 3-30: Chữ ký số sử dụng đại diện thông điệp
103

11
MỞ ĐẦU
Mạng lưu trữ (Storage Area Network - SAN) ngày càng phát triển cùng với sự
phát triển của các ứng dụng lớn ví dụ như các hệ thống dữ liệu tài chính, ngân hàng,
các hệ thống lưu trữ quốc gia. SAN là một mạng nhỏ, tốc độ cao, chia sẽ các thiết bị
lưu trữ như các tủ đĩa, tủ tape. SAN kết nối các máy chủ, máy trạm với các thiết bị lưu
trữ sử dụng các công nghệ kết nối Fibre Channel, SCSI (Small Computer System
Interface). Công nghệ kết nối Fibre Channel cung cấp một băng thông ổn định với hiệu
suất cao trên một khoảng cách xa, khả năng tạo các đường kết nối dự phòng và cân
bằng tải nhằm đảm bảo tính sẵn sàng cao cho hệ thống.
Kiến trúc SAN được xây dựng sao cho tất cả các thiết bị lưu trữ đều có thể truy
cập từ các server trên mạng này. Do các dữ liệu được lưu trữ trực tiếp không nằm trên
các server mạng nên công suất của các server được tập trung sử dụng cho các ứng
dụng. SAN cũng có các thành phần như giống như một mạng LAN, bao gồm các SAN
switch, router, các máy chủ, máy trạm và các thiết bị lưu trữ. SAN hỗ trợ truyền tốc độ
cao giữa các máy chủ và thiết bị lưu trữ theo các cách: server to storage, server to
server, storage to storage. SAN không dùng giao thức thông điệp TCP/IP (message
protocol) mà dùng các giao thức dữ liệu (data protocol) như FCP, iFCP, SCSI, iSCSI.
SAN cung cấp khả năng linh hoạt chưa từng có về quản lý và cấu hình, đem lại khả
năng sẵn sàng, độ tin cậy cao nhất.
Nội dung của đề tài tập trung đi vào các vấn đề chính sau đây:
Chương 1 - Tìm hiểu công nghệ mạng lưu trữ hiện nay. Trình bày tổng quan về
công nghệ mạng lưu trữ SAN, các thành phần của mạng SAN.
Chương 2 - Tìm hiểu về các mô hình kết nối, công nghệ và các giao thức được sử
dụng trong mạng lưu trữ.
Chương 3 - Phân tích về thực trạng mạng lưu trữ tại một hệ thống Ngân hàng.
Trên cơ sở thực trạng của hệ thống mạng lưu trữ đề xuất một số giải pháp cải tiến hệ
thống mạng lưu trữ.

12
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ MẠNG LƢU TRỮ
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG LƢU TRỮ
Trước đây, hướng tiếp cận của các doanh nghiệp là các thiết bị lưu trữ sẽ được kết
nối trực tiếp tới hệ thống máy chủ. Các máy chủ được kết nối và truyền nhận dữ liệu
thông qua mạng cục bộ và mạng diện rộng. Ngày nay, cùng với sự phát triển của các
doanh nghiệp, các thách thức đặt ra là:
- Sự tăng trưởng dung lượng lưu trữ của doanh nghiệp theo hàm mũ.
- Yêu cầu hệ thống không dừng.
Giải pháp để trả lời cho những thách thức mà doanh nghiệp phải đối mặt đó là dựa
trên các công nghệ đã được phát triển, mạng lưu trữ (SAN) được xây dựng nhằm tạo
một nền tảng cơ sở cho hệ thống thông tin với khả năng mềm dẻo, đáp ứng tốt với chi
phí phù hợp.
Mạng lưu trữ SAN được đánh giá là thế hệ tiếp theo của kiến trúc mạng tốc độ
cao.
1.1.1. Khái niệm mạng lưu trữ
Mạng lưu trữ là mạng tốc độ cao (tốc độ truyền dữ liệu từ 1 đến 2 Gb/s và sau này
có thể lên tới 10 Gb/s) trong có các server cùng truy cập đến một vùng lưu trữ chung
gồm các hệ thống lưu trữ.
Môi trường SAN cung cấp kết nối (có thể có nhiều đường kết nối) hoặc giữa các
server với nhau, hoặc giữa các server với hệ thống lưu trữ, hoặc giữa các hệ thống lưu
trữ với nhau [9, 12, 15].
Một mạng SAN có thể được chia thành các phần như sau:
- Lớp client: các client chính là các điểm truy cập SAN.
- Lớp server: các thành phần chính của lớp này chính là các server, các HBA,
bao gồm các GBIC và các trình điều khiển HBA truyền thông với lớp Fabric.
- Lớp Fabric: là lớp giữa của SAN bao gồm các hub và các switch kết nối với
nhau thành mạng về mặt logic và vật lý.
- Lớp storage: bao gồm dữ liệu nằm trong các thiết bị lưu trữ.

13

Hình 1-1: Các thành phần trong môi trường mạng SAN
1.1.2. Lợi ích của SAN
SAN cung cấp cho chúng ta một số lợi ích sau:
- Khả năng phục hồi sau thảm họa: các thiết bị trên SAN có thể được ánh xạ qua
các thiết bị đặt ở vị trí khác.
- Tăng hiệu năng vào ra: SAN hoạt động nhanh hơn so với các ổ đĩa bên trong
hoặc các thiết bị lưu trữ được kết nối vào mạng LAN.
Ngoài ra, SAN kênh quang (Fibre Channel SAN) còn cung cấp một số lợi ích khác
như sau:
- Hiệu năng:
 Về khoảng cách: kênh quang cho phép máy chủ và thiết bị được kết nối
với khoảng cách có thể lên tới 10km. Khả năng về khoảng cách phụ
thuộc vào loại cáp được sử dụng.
 Về tốc độ: kênh quang hỗ trợ tốc độ lên tới 10Gb/s hoặc có thể cao hơn
(nhanh gấp năm lần so với SCSI hoặc LAN).
- Hiệu quả:
 Độ tin cậy: kênh quang truyền dữ liệu với tỷ lệ lỗi rất thấp.
 Các thao tác vào/ra độc lập.
 Khả năng di trú dữ liệu trực tuyến.
 Hạn chế dừng hệ thống khi thêm mới hoặc thay thế thiết bị.


14
- Khả năng quản lý: SAN cung cấp khả năng quản lý tập trung, vì vậy chỉ cần ở
một nơi người quản trị có thể quản lý tất cả các hoạt động của SAN ví dụ như
các hoạt động sao lưu, lưu trữ và cân bằng tải.

- Khả năng kết nối: SAN có thể mở rộng từ 2 đến 14 triệu cổng trong một hệ
thống, với nhiều chọn lựa mô hình kết nối khác nhau.
- Chi phí hiệu quả: sao lưu không qua server và dùng chung tủ tape.
- Hợp nhất thiết bị lưu trữ: dùng chung thiết bị lưu trữ tập trung.
1.2. CÁC GIẢI PHÁP LƢU TRỮ
Thiết bị lưu trữ dữ liệu ngày càng trở nên quan trọng cùng với sự phát triển của
doanh nghiệp. Doanh nghiệp ngày càng cần thiết bị lưu trữ có dung lượng lớn hơn.
Thiết bị lưu trữ có thể là thiết bị lưu trữ bên trong hoặc là thiết bị lưu trữ mở rộng:
- Thiết bị lưu trữ bên trong: bao gồm các ổ đĩa nằm bên trong máy chủ.
- Thiết bị lưu trữ ngoài: kết nối tới thiết bị lưu trữ vật lý riêng. Giao tiếp thông
qua card HBA trên máy chủ, thường sử dụng giao tiếp kênh quang.
Các tổ chức hiện nay đang hướng tới khả năng liên kết các hệ thống, các nhà cung
cấp và người dùng tới một hệ thống lưu trữ tập trung. Hệ thống này có khả năng cho
phép người dùng truy cập dữ liệu từ bất kỳ đâu trong tổ chức. Hiện nay có các kiểu
kiến trúc mạng lưu trữ đang được sử dụng phổ biến sau [9, 12, 16, 20]:
1.2.1. Thiết bị lưu trữ kết nối trực tiếp (Direct attached storage - DAS)
DAS là thiết bị lưu trữ kết nối trực tiếp tới máy chủ. Thiết bị lưu trữ này là kết nối
mở rộng của máy chủ tới một bộ điều khiển thông qua cổng mở rộng. Một số thiết bị
lưu trữ sử dụng các đặc tính sẵn sàng cao ví dụ như thêm vào các thành phần dự
phòng. Sơ đồ cấu hình DAS như sau:

Hình 1-2: Thiết bị lưu trữ kết nối trực tiếp - DAS
Hệ thống DAS gồm có các thành phần sau:


15
- Một máy chủ.
- Card HBA của máy chủ để có thể truyền thông với thiết bị lưu trữ mở rộng.
- Thiết bị lưu trữ.
- Server và thiết bị lưu trữ được kết nối qua cáp.

Chỉ server kết nối trực tiếp vào hệ thống lưu trữ mới có thể truy cập hệ thống lưu
trữ. Các client truy cập thiết bị lưu trữ thông qua các server. Nếu server không sẵn
sàng thì không thể truy cập được thiết bị lưu trữ. Khi số lượng kết nối vào server tăng
lên, thì lưu lượng mạng sẽ tăng theo. DAS chỉ nhanh và tin cậy đối với các mạng có
kích thước nhỏ.
Nhƣợc điểm của DAS:
- Sử dụng tài nguyên không hiệu quả: Không gian tủ đĩa được chia thành các
vùng độc lập. Vì vậy, server không thể ghi vào một vùng nhớ này vì hết không
gian lưu trữ, trong khi vùng nhớ khác vẫn còn dư thừa không gian nhớ đủ lớn.
- Dự phòng không tốt: bản sao của các file có thể nằm trên các server khác nhau.
- Lưu lượng mạng: server nằm trên mạng LAN nên làm chậm lưu thông mạng.
- Khó quản lý: các vùng nhớ là độc lập nên gây khó khăn cho việc quản lý. Nếu
server hỏng thì tủ đĩa kết nối trực tiếp với server đó không thể truy cập được.
1.2.2. Thiết bị lưu trữ kết nối qua mạng (Network Attached Storage - NAS)
NAS là tủ đĩa nằm trên mạng LAN cùng với server. Thiết bị lưu trữ NAS yêu cầu
thiết bị lưu trữ cung cấp sự đồng bộ về truy cập file, bảo mật và kết nối mạng. NAS có
các đặc điểm sau:
- Yêu cầu kết nối mạng.
- Server phải có card mạng để truy cập tới tủ đĩa.
- Cung cấp ánh xạ file-to-disk.
- Các client truy cập theo mức file sử dụng giao thức mạng.
- Hỗ trợ FAT, NTFS và NFS file system.
Ƣu điểm:
- Có thể được truy cập bởi bất kỳ thiết bị nào được kết nối vào mạng.
- Hỗ trợ nhiều hệ điều hành khác nhau.
Nhƣợc điểm:


16
- Hạn chế băng thông của mạng LAN.

- Hạn chế khả năng xử lý dữ liệu.
- Hiệu năng thấp hơn so với SAN.

Hình 1-3: Thiết bị lư trữ kết nối qua mạng - NAS
1.2.3. Mạng lưu trữ (Storage Area Network – SAN)
SAN là mạng tốc độ cao trong có các server cùng truy cập đến một vùng lưu trữ
chung gồm các hệ thống lưu trữ.

Hình 1-4: Mạng lưu trữ - SAN
Các thành phần của SAN bao gồm:
- Client truy cập tới LAN và SAN.
- Các server kết nối tới hub hoặc switch có kết nối tới thiết bị lưu trữ.
- Thiết bị lưu trữ kết nối tới hub hoặc switch có kết nối tới server.
- Các router hoặc bridge kết nối và giao tiếp với thiết bị backup.
SAN khác với các mạng truyền thống bởi vì nó được tạo từ các giao tiếp với thiết
bị lưu trữ:


17
- Các giải pháp SAN sử dụng một mạng riêng phía sau server và chủ yếu dựa
vào kiến trúc kênh quang.
- Kênh quang cung cấp băng thông cao với khoảng cách xa hơn.
SAN có thể tránh được hiện tượng tắc nghẽn trong mạng. Hỗ trợ truyền nhận trực
tiếp, tốc độ cao giữa server và thiết bị lưu trữ.
Nhƣợc điểm của SAN:
- RAID kênh quang có chi phí cao hơn so với RAID SCSI.
- Các thiết bị kênh quang đắt hơn.
1.3. CÁC THÀNH PHẦN TẠO NÊN SAN
Môi trường và các thành phần trong SAN kênh quang đã dẫn tới sự phát triển của
các giải pháp cung cấp hiệu năng cao và tính sẵn sàng cao, đó chính là các yêu cầu cơ

sở của mạng lưu trữ.
Các thiết bị kênh quang đã đáp ứng một cách hiệu quả các vấn đề liên quan đến
băng thông, nó thường xảy ra đối với các thao tác lớn, ví dụ như backup hoặc restore
dữ liệu. Các thành phần phần cứng đưa ra các đặc tính khác cung cấp cho từ một mạng
SAN nhỏ cho tới một trung tâm dữ liệu SAN tốc độ cao và dung lượng cao. Các sản
phẩm phần cứng và phần mềm tạo nên các thành phần của SAN. Các thành phần của
SAN gồm có:
- Lớp client
- Lớp host:
o Server
o HBA
- Lớp Fabric:
o Hub và switch
o Bridge
o Router
o Các phần mềm SAN
o Cáp quang
- Lớp thiết bị lưu trữ:


18
o Tủ đĩa
o Tủ backup
1.3.1. SAN Server
Các server không chứa dữ liệu (Dataless server):
Dữ liệu được chuyển từ server tới thiết bị lưu trữ. Điều đó làm cho server thực
hiện tốt hơn bởi vì chúng quản lý dữ liệu ít hơn và có thể tập trung để xử lý các tác vụ
khác.
Phân cụm (Clustering):
SAN hỗ trợ nhóm cụm các server. Cluster là một tập các server độc lập cùng làm

việc với nhau để cung cấp tính thứ lỗi. Các dịch vụ, ứng dụng và các tài nguyên có thể
chạy trên bất kỳ node nào trong cluster. Người dùng không nhìn thấy cluster và tương
tác với cluster giống như một server đơn.
Vai trò của server:
- Server là các điểm truy cập cho client.
- Cung cấp tính năng cân bằng tải và đệm dữ liệu để nâng cao hiệu năng.
- Lập lịch backup.
1.3.2. Host Bus Adapter (HBA)
HBA tương tự như NIC trong mạng LAN. Chúng thay thế cho card SCSI truyền
thống. Một card HBA cung cấp các địa chỉ được mã hóa cứng 64-bit World Wide
Name (WWN) và World Wide Port-Name (WWPN) cho thiết bị SAN và các cổng của
nó, và cung cấp nhiều tính năng hơn NIC.
Vai trò của HBA
HBA trong SAN cung cấp sự khởi tạo cho các thiết bị kênh quang và các cổng
trong mạng vòng hoặc mạng Fabric. Ngoài ra, HBA còn cung cấp:
- Hỗ trợ các giao thức mức cao, ví dụ như TCP/IP để đảm bảo cho tương tác giữa
SAN và LAN.
- Mã hóa dữ liệu theo sơ đồ 8B/10B với cơ chế mã hóa nhanh, bảo mật và tin
cậy.


19
HBA kênh quang
- Cung cấp công nghệ Gigabit.
- Có thể đánh địa chỉ cho nhiều thiết bị hơn SCSI hoặc NIC.
- Cung cấp kết nối vào ra tới nhiều thiết bị với khoảng cách xa hơn SCSI
1.3.3. Hub và Switch kênh quang
Hub
Hub trong SAN được sử dụng để triển khai các mô hình kết nối mạng vòng FC-
AL, khác với các hub được sử dụng trong các mạng LAN truyền thống, hub trong

mạng SAN có thể hỗ trợ lên tới 126 node.

Hình 1-5: Hub
Switch
Switch cung cấp nhiều kết nối hơn so với hub và được sử dụng trong các mô hình
kết nối FC-AL hoặc Fabric. Chúng thường có từ 8 đến 16 cổng, một switch độc lập có
thể tạo một SAN nhỏ. Băng thông cho mỗi cổng thường lớn hơn 100Mb/s, vì vậy các
khung dữ liệu (frame) được truyền nhận giữa các node trong SAN ở tốc độ cao.

Hình 1-6: Switch
Switch FC được chia thành 3 loại:
- Loop switch: chi phí thấp, chúng thường được sử dụng để kết nối các vòng FC-
AL vào fabric.
- Fabric switch: giá thành đắt hơn, và thường được sử dụng để triển khai các
fabric.
- Director: là loại switch có giá thành đắt nhất, tuy nhiên chúng mang lại hiệu
năng tốt nhất và tin cậy nhất.


20
Các dịch vụ khác được cung cấp bởi switch kênh quang như sau:
- Điều khiển luồng buffer-to-buffer.
- Các dịch vụ khác, như:
 Fabric login: cho phép các node khởi tạo thành công khi tham gia vào
môi trường switch (cấp phát một địa chỉ duy nhất), để có thể truyền
thông với các node khác trong mạng.
 Simple Name Server (SNS): giúp node nguồn có thể tìm thấy node đích
trong fabric.
- Registered State Change Notification (RSCN): thông báo cho các node FC về
sự thay đổi mô hình kết nối hiện có.

1.3.4. Router và gateway kênh quang
Router: Router kênh quang cung cấp giao tiếp giữa các thiết bị dựa vào IP, LAN
và SAN. Truyền dữ liệu giữa các mạng với nhau bởi việc sử dụng các phương tiện
truyền thông và các phương thức định địa chỉ.
Gateway: Gateway kênh quang cung cấp kết nối liên mạng sử dụng các giao thức
và phương thức định địa chỉ khác nhau qua mạng WAN. Tuy nhiên, chúng có thể thực
hiện việc chuyển đổi giao thức.

Hình 1-7: Router kênh quang
1.3.5. Bridge và Multiplexer kênh quang
Bridge: Cung cấp khả năng kết nối các thiết bị SCSI song song vào mạng kênh
quang. Chúng thực hiện chức năng chuyển đổi giao thức giữa SCSI và FC.


21
Thiết bị SCSI song song có thể sử dụng trong SAN cùng với FC-SCSI bridge, các
thiết bị lưu trữ song song sử dụng các lệnh SCSI gốc để khởi tạo SCSI truy cập các
khối dữ liệu.

Hình 1-8: Bridge
Multiplexer: Là loại cầu nối đặc biệt, nó chèn các tín hiệu từ nhiều thiết bị và
truyền chúng đồng thời thông qua một thiết bị truyền nhận.
1.3.6. Thiết bị lưu trữ
Các thiết bị dựa vào công nghệ kênh quang có thể kết nối trực tiếp tới mạng kênh
quang, cung cấp khoảng cách và tốc độ cao hơn SCSI. SAN sử dụng các thiết bị lưu
trữ sau:
Thiết bị JBOD: Là một tập các ổ đĩa hoạt động như một thực thể lưu trữ đơn. Dữ
liệu được lưu trữ trên JBOB được trải rộng trên nhiều ổ đĩa. Tốc độ truy cập dữ liệu
trên JBOD chậm. Mức dung hòa lỗi và độ tin cậy của JBOD thấp hơn so với tủ đĩa.
Tủ đĩa: Là một tủ lưu trữ mở rộng chứa một controller, bộ nguồn, bộ quạt gió, và

các khe cắm đĩa. Một tủ đĩa chứa một số ổ đĩa. Một số thành phần của tủ đĩa có thể
được thay thế nóng.
1.3.7. Thiết bị backup
Cấu hình hệ thống backup và phục hồi có thể từ ổ tape gắn trực tiếp vào server cho
tới thư viện tape có thể chứa hàng trăm tape.
Thƣ viện băng từ: Là hệ thống lưu trữ dữ liệu dung lượng cao dùng cho việc lưu
trữ, tìm kiếm, đọc và ghi trên nhiều băng từ. Chúng đáp ứng được về mặt hiệu năng
cũng như đặc tính dung lượng của môi trường SAN.


22
1.3.8. Các thành phần phần mềm
Là các phần mềm được sử dụng để quản lý SAN, phần mềm SAN được sử dụng
để quản lý:
- Phần cứng và phần mềm trong SAN (ví dụ như tủ đĩa, switch và hub).
- Nhiều tủ đĩa.
- Nhiều hệ điều hành.
- Nhiều nhà sản xuất.
- Các tài nguyên được quản lý theo các vị trí địa lý khác nhau.
Các chức năng của quản lý SAN bao gồm:
- Cài đặt, cấu hình và giám sát thiết bị.
- Kiểm kê tài nguyên SAN.
- Các tiện ích báo cáo.
- Phát hiện các thành phần và switch một cách tự động.
- Quản lý cấu hình fabric.
- Quản lý bảo mật.
- Giám sát hiệu năng và cân bằng tải.
Tại mức tủ đĩa, quản lý SAN bao gồm quản lý các mục như ổ đĩa và tủ đĩa, tape và
thư viện tape, cáp, hub, switch, gateway, bridge và router, kết nối giữa các switch, các
HBA [12, 15].

23
CHƢƠNG 2. MÔ HÌNH KẾT NỐI, CÔNG NGHỆ VÀ GIAO
THỨC SỬ DỤNG TRONG MẠNG LƢU TRỮ
2.1. CÁC MÔ HÌNH KẾT NỐI TRONG MẠNG LƢU TRỮ
Các thiết bị SAN được kết nối trong kênh quang có thể theo một trong ba giao
thức sau:
- Điểm - tới - điểm
- Mạng vòng FC-AL
- Mạng fabric FC-SW

Hình 2-1: Các mô hình kết nối trong mạng lưu trữ
2.1.1. Điểm-tới-điểm (Point-to-point)
Đây là mô hình kết nối đơn giản và cơ bản nhất, trong mô hình kết nối này, có kết
nối trực tiếp giữa các thiết bị. Toàn bộ băng thông của kết nối được thiết lập riêng. Do
đó, tốc độ truyền nhanh và tỷ lệ lỗi thấp. Tuy nhiên, SAN được xây dựng theo mô hình
kết nối này đòi hỏi phải có chi phí cao [15, 6]
Nhƣợc điểm:
- Cho phép tồn tại hai đường truyền thông giữa hai thiết bị, tại một thời điểm chỉ
có thể sử dụng được một đường. Mỗi thiết bị chỉ có thể truyền hoặc nhận dữ
liệu, nhưng không thể thực hiện đồng thời cả hai chức năng.
- Các thiết bị SAN trong mạng này phải được kết nối về mặt vật lý để có thể
truyền thông với nhau.


24

Hình 2-2: Mô hình kết nối điểm - tới - điểm
2.1.2. Mạng vòng (FC-AL)

Là một vòng nối tiếp tạo ra các kết nối điểm - tới - điểm logic hoặc ảo giữa các
cổng trong mạng vòng. Các thông tin chỉ được truyền theo một hướng trong mạng.
Các thiết bị trong mạng vòng chia sẻ đường truyền, nhưng chỉ có kết nối hoạt động
(active) có toàn bộ băng thông. Vì vậy, tại một thời điểm chỉ có một cặp node truyền
thông với nhau.

Hình 2 -3: Mô hình kết nối mạng vòng FC-AL
Tiến trình tạo vòng lặp trong mạng:
- Cổng truyền của một node sẽ kết nối với cổng nhận của một node khác.
- Quá trình này sẽ được tiếp tục cho đến khi cổng truyền cuối cùng kết nối về
cổng nhận đầu tiên, khi đó sẽ đóng vòng.
- Khi có một node mới được thêm vào, một tiến trình khởi tạo vòng lặp sẽ được
thực hiện để gán các địa chỉ vật lý cho các thiết bị trong mạng vòng.

Hình 2-4: Tiến trình tạo mạng vòng


25
Đặc điểm của mạng vòng:
- Có thể có nhiều thiết bị trên cùng mạng vòng, tuy nhiên tại một thời điểm chỉ
có hai thiết bị truyền thông với nhau.
- Một vòng có tối đa là 126 cổng.
- Mỗi cổng sẽ được phát hiện nếu nó nằm trên vòng trong quá trình khởi tạo.
- Mỗi thiết bị tham gia trong tiến trình khởi tạo sẽ nhận một địa chỉ duy nhất.
Chức năng Repeater
Khi dữ liệu được gửi từ một hướng vòng quanh vòng, từ cổng truyền của một node
tới cổng nhận của một node khác, mỗi cổng trên vòng lặp có chức năng giống như một
repeater. Repeater không cache bất kỳ thông tin nào, và vì vậy, mỗi node trong vòng
lặp phải có cùng tốc độ truyền.

Hình 2-5: Chức năng Repeater
Kênh vƣợt cổng (port-bypass)

Hình 2-6: Chức năng kênh vượt cổng
Trong cấu hình một mạng vòng, nếu có một thiết bị nào đó bị hỏng, để cho phần
còn lại của mạng vòng tiếp tục hoạt động, phải sử dụng kênh vượt cổng. Nếu thiết bị
hỏng thì kênh vượt cổng sẽ tự động vượt qua thiết bị lỗi để cho mạch vòng tiếp tục
hoạt động. Nếu cổng và kênh vượt cổng của cổng đó đều bị hỏng thì toàn bộ mạch
vòng sẽ bị hỏng.


26
Mạng vòng FC-AL là giải pháp kết nối các thiết bị ngoại vi với máy chủ có chi phí
thấp. Tuy nhiên, khi số node trong mạng vòng lớn thì tốc độ truyền thông sẽ rất chậm.
2.1.3. Mạng Fabric (FC-SW)
Mô hình kết nối Switch Fabric
Switch Fabric là một cấu trúc linh động sử dụng một nhóm các switch liên kết qua
các Inter-Switch Link (ISL) cung cấp truy cập tới tất cả các thiết bị trong SAN.

Hình 2-7: Mô hình kết nối mạng fabric
Một SAN fabric có thể chỉ là một switch fabric đơn hoặc hàng trăm switch fabric.
Mạng Fabric Switch có các đặc điểm sau:
- Số kết nối trong mạng có thể lên tới 16 triệu node.
- Hoạt động như router với các cổng.
- Cung cấp băng thông cao.
- Cách ly điện và logic.
- Chi phí cao hơn cấu hình hub.
Kết nối:
Các cổng trên một node có thể truyền thông với các cổng trên node khác cùng kết
nối vào một fabric. Với mô hình kết nối fabric, có nhiều kết nối có thể hoạt động cùng

một lúc.
Dịch vụ kết nối bất kỳ và dịch vụ truyền thông điểm tới điểm được cung cấp bởi
một fabric là cơ sở của kiến trúc kênh quang. Các switch kênh quang có thể truyền
thông đồng thời qua giao thức FC-SW.


27
Thuật toán khung (frame):
Các switch fabric sử dụng hoặc là thuật toán cut-through hoặc store-and-forward
để truyền dữ liệu từ thiết bị nguồn tới thiết bị đích.
- Thuật toán cut-through được sử dụng trong switch fabric để tăng tốc độ định
tuyến dữ liệu. Khi frame đi vào switch fabric, thuật toán cut-through sẽ tìm
kiếm ID đích của frame và định tuyến frame tới cổng tương ứng. Bởi vì ID đích
nằm trong frame header, nên việc định tuyến xảy ra ngay khi frame đi vào
switch.
- Phương thức store-and-forward sẽ đọc toàn bộ frame vào buffer trước khi xác
định cổng ra.
Đệm dữ liệu (Bufering)
Nếu switch nhận các yêu cầu truyền dữ liệu đồng thời từ nhiều thiết bị, không
quan tâm đến thuật toán định tuyến được sử dụng, switch không thể định tuyến tất cả
dữ liệu một cách đồng thời. Thuật toán định tuyến sẽ loại bỏ các frame mà nó không
thể xử lý. Trong trường hợp đó các frame sẽ được đệm vào F-port của switch mà thiết
bị truyền và nhận được kết nối vào. Điều đó sẽ làm tăng hiệu năng của switch.
Các phần tử của fabric
Trong mô hình kết nối fabric, có ít nhất một phần tử ở trạng thái hoạt động
(switch, ring hoặc hub) phải được đặt giữa các cổng. Phần tử này chịu trách nhiệm
phản hồi các yêu cầu đăng nhập fabric, quản lý các lớp dịch vụ trên fabric và gán các
địa chỉ.
Một phần tử fabric có thể gán các N_Port, gán các mạng vòng FC-AL hoặc phục
vụ như một phần tử gốc cho các thành phần fabric phân tán khác.

Hình 2-8: Các thành phần trong fabric