با افزایش حجم دادهها و گسترش سرویسهای سازمانی، استفاده از فضای ذخیرهسازی داخلی سرورها همیشه پاسخگوی نیاز زیرساخت نیست. در چنین شرایطی، شبکه SAN امکان اتصال چندین سرور به یک سیستم ذخیرهسازی مشترک را فراهم میکند تا مدیریت ظرفیت، دسترسی به دادهها و توسعه زیرساخت بهصورت متمرکز انجام شود.
در این مقاله بررسی میکنیم شبکه SAN چیست، چگونه کار میکند و از چه اجزایی تشکیل شده است. همچنین با مزایا، معماری، پروتکلهای ارتباطی، کارتهای مورد نیاز سرور و تفاوت SAN با NAS آشنا میشویم.
فهرست مطالب
شبکه SAN مخفف Storage Area Network، یک زیرساخت تخصصی برای برقراری ارتباط میان سرورها و سیستمهای ذخیرهسازی اشتراکی است. در این معماری، یک یا چند سرور میتوانند بهجای وابستگی کامل به هارددیسکها و SSDهای نصبشده داخل خود، از ظرفیت یک سیستم ذخیرهسازی مرکزی مانند Storage Array استفاده کنند.
فضای ذخیرهسازی در SAN معمولاً بهصورت Block-Level در اختیار سرور قرار میگیرد. به همین دلیل، سیستمعامل فضای اختصاصیافته را مشابه یک دیسک محلی شناسایی میکند و میتواند روی آن پارتیشن، Volume یا فایلسیستم ایجاد کند.
هدف اصلی شبکه SAN، فراهمکردن دسترسی متمرکز، پایدار و قابلتوسعه به منابع ذخیرهسازی است. این ویژگی باعث میشود مدیریت ظرفیت، تخصیص فضا و دسترسی سرورها به اطلاعات در محیطهای سازمانی سادهتر و کنترلشدهتر انجام شود.
فضای ذخیرهسازی در SAN معمولاً بهصورت Block-Level در اختیار سرور قرار میگیرد. به همین دلیل، سیستمعامل آن را مشابه یک دیسک محلی شناسایی میکند و میتواند روی آن پارتیشن، Volume یا فایلسیستم ایجاد کند.
شبکه SAN بیشتر در محیطهایی مانند دیتاسنترها، زیرساختهای مجازیسازی، پایگاههای داده، کلاسترهای سازمانی و سامانههایی استفاده میشود که سرعت، پایداری و دسترسپذیری اطلاعات در آنها اهمیت بالایی دارد.
براساس تعریف رسمی SNIA، شبکه SAN یک شبکه تخصصی و پرسرعت است که دسترسی سرورها به تجهیزات ذخیرهسازی مشترک را فراهم میکند. این زیرساخت معمولاً از سرورها، سوئیچها و سیستمهای ذخیرهسازی تشکیل شده و فضای ذخیرهسازی را بهگونهای در اختیار سرور قرار میدهد که مشابه یک دیسک متصل به سیستم قابل استفاده باشد. منبع: SNIA
گاهی Storage Array بهاشتباه SAN نامیده میشود؛ درحالیکه این دو مفهوم یکسان نیستند.
Storage Array تجهیزی است که هارددیسکها، SSDها، کنترلرها و ظرفیت ذخیرهسازی را در خود جای میدهد. اما SAN کل زیرساخت ارتباطی میان سرورها، سوئیچها و تجهیزات ذخیرهسازی را شامل میشود.
اجزای اصلی شبکه SAN
یک شبکه SAN از چند بخش سختافزاری و نرمافزاری تشکیل میشود که هرکدام وظیفه مشخصی در ذخیرهسازی و انتقال داده دارند:
- سرورها یا Hostها: سیستمهایی که برای اجرای سیستمعامل، پایگاه داده، ماشین مجازی یا نرمافزارهای سازمانی به فضای ذخیرهسازی نیاز دارند.
- سیستم ذخیرهسازی: تجهیزاتی مانند Storage Array که اطلاعات را روی هارددیسکها یا SSDها نگهداری میکنند.
- سوئیچهای SAN: تجهیزاتی مانند Cisco MDS یا Brocade که ارتباط میان سرورها و Storage Array را برقرار و مدیریت میکنند.
- کارتهای ارتباطی سرور: کارتهایی مانند FC HBA، NIC یا CNA که بر اساس پروتکل SAN روی سرور نصب میشوند.
- کابلها و ماژولها: مسیر فیزیکی انتقال داده را میان سرور، سوئیچ و Storage فراهم میکنند.
- نرمافزارها و سرویسهای مدیریتی: برای ایجاد Volume و LUN، کنترل دسترسی، مانیتورینگ، Multipathing، امنیت و بررسی عملکرد شبکه استفاده میشوند.
شبکه SAN بیشتر در دیتاسنترها، زیرساختهای مجازیسازی، پایگاههای داده، کلاسترها و محیطهایی استفاده میشود که به فضای ذخیرهسازی مشترک، مدیریت متمرکز و دسترسپذیری بالا نیاز دارند.
شبکه SAN چگونه کار میکند؟
در معماری SAN، ظرفیت موجود در Storage Array به بخشهای منطقی تقسیم میشود. این بخشها معمولاً با نامهایی مانند Volume یا LUN شناخته میشوند.
پس از ایجاد LUN، مدیر شبکه یا Storage مشخص میکند که کدام سرور اجازه دسترسی به آن را داشته باشد. سرور نیز فضای اختصاصدادهشده را مانند یک دیسک شناسایی میکند.
روند کلی انتقال اطلاعات در SAN بهصورت زیر انجام میشود:
- سیستمعامل یا برنامه، درخواست خواندن یا نوشتن اطلاعات را ایجاد میکند.
- درخواست از طریق کارت ارتباطی سرور وارد شبکه SAN میشود.
- سوئیچ SAN درخواست را به پورت مناسب Storage Array هدایت میکند.
- کنترلر Storage عملیات مورد نیاز را روی دیسکها یا SSDها انجام میدهد.
- پاسخ از طریق همان مسیر یا یکی از مسیرهای جایگزین به سرور بازگردانده میشود.
این ساختار باعث میشود سرورها بدون نیاز به مدیریت مستقیم دیسکهای فیزیکی، به فضای ذخیرهسازی مرکزی دسترسی داشته باشند.
اهمیت استفاده از شبکه SAN چیست؟
شبکه SAN زمانی اهمیت پیدا میکند که چندین سرور به فضای ذخیرهسازی مشترک، سریع و قابلاعتماد نیاز داشته باشند. در این معماری، ظرفیت ذخیرهسازی بهجای آنکه به یک سرور خاص وابسته باشد، بهصورت متمرکز در اختیار چند Host قرار میگیرد.
مهمترین مزایای استفاده از SAN عبارتاند از:
- مدیریت متمرکز فضای ذخیرهسازی: ظرفیت، Volumeها و دسترسی سرورها از یک زیرساخت مرکزی مدیریت میشود.
- اشتراک فضای ذخیرهسازی بین چند سرور: چندین Host میتوانند بر اساس سطح دسترسی تعیینشده از منابع یک Storage Array استفاده کنند.
- عملکرد مناسب برای برنامههای سازمانی: SAN برای مجازیسازی، پایگاه داده، کلاستر و بارهای کاری حساس به تأخیر مناسب است.
- توسعهپذیری بیشتر: ظرفیت ذخیرهسازی را میتوان بدون وابستگی مستقیم به فضای داخلی هر سرور افزایش داد.
- افزایش دسترسپذیری: با استفاده از دو Fabric، چند مسیر ارتباطی، کنترلرهای افزونه و Multipathing، خرابی یک مسیر لزوماً باعث قطع دسترسی نمیشود.
- کاهش وابستگی به یک سرور: فضای ذخیرهسازی به یک فایلسرور یا Host خاص محدود نمیشود و میتواند در اختیار چند سیستم قرار گیرد.
- پشتیبانی از بازیابی بحران: SAN میتواند در کنار Replication، Backup و زیرساخت سایت دوم، بخشی از راهکار Disaster Recovery باشد.
- مانیتورینگ و کنترل بهتر: وضعیت ظرفیت، مسیرها، پورتها، کنترلرها و عملکرد Storage بهصورت متمرکز قابل بررسی است.
ساختار ارتباطی SAN که شامل سوئیچها، لینکها، پورتها و تجهیزات انتقال داده است، Storage Fabric نام دارد. این Fabric بسته به پروتکل مورد استفاده میتواند بر پایه Fibre Channel یا Ethernet طراحی شود.
در محیطهای سازمانی، سرورها معمولاً از طریق مسیرهای افزونه به Fabric متصل میشوند و Storage Array نیز دارای چند پورت و معمولاً دو کنترلر است. البته SAN بهتنهایی تمام نقاط خرابی را حذف نمیکند؛ دسترسپذیری بالا زمانی ایجاد میشود که سوئیچها، کنترلرها، کابلها، کارتها و منابع تغذیه بهصورت Redundant طراحی شده باشند.
مهمترین پروتکلهای شبکه SAN
برای انتقال داده میان سرورها و تجهیزات ذخیرهسازی در شبکه SAN میتوان از پروتکلهای مختلفی استفاده کرد. انتخاب پروتکل روی نوع کارت سرور، سوئیچها، کابلکشی، هزینه اجرا و عملکرد زیرساخت تأثیر مستقیم دارد.
مهمترین پروتکلها و فناوریهای ارتباطی مورد استفاده در SAN عبارتاند از:
۱. پروتکل Fibre Channel یا FCP
Fibre Channel Protocol یا FCP یکی از پروتکلهای اصلی شبکههای SAN سازمانی است. در این روش، دستورات SCSI از طریق زیرساخت اختصاصی Fibre Channel میان سرور و Storage Array منتقل میشوند. SNIA نیز FCP را نگاشت دستورات SCSI روی Fibre Channel معرفی میکند.
برای اجرای FCP معمولاً به تجهیزات زیر نیاز است:
- کارت FC HBA روی سرور: ارتباط سرور با شبکه Fibre Channel را برقرار میکند.
- سوئیچ Fibre Channel: ترافیک میان سرورها و تجهیزات ذخیرهسازی را هدایت میکند.
- پورت FC روی Storage Array: اتصال سیستم ذخیرهسازی به Fabric را فراهم میکند.
- کابل و ماژول سازگار: بر اساس نوع پورت، سرعت و فاصله انتخاب میشود.
کارتهای Fibre Channel امروزی در سرعتهای مختلفی مانند ۱۶، ۳۲ و ۶۴ گیگابیت عرضه میشوند. برخی مدلهای جدید نیز میتوانند FCP و NVMe/FC را بهصورت همزمان اجرا کنند.
کارت مورد نیاز روی سرور:
کارت FC HBA مانند مدلهای Broadcom Emulex یا Marvell QLogic.
۲. پروتکل iSCSI
iSCSI دستورات SCSI را روی پروتکل TCP منتقل میکند و امکان راهاندازی SAN بر بستر شبکه IP و Ethernet را فراهم میسازد. برخلاف Fibre Channel، برای اجرای iSCSI الزاماً به یک شبکه FC اختصاصی نیاز نیست و میتوان از زیرساخت Ethernet استفاده کرد.
برای اتصال سرور به iSCSI SAN دو روش اصلی وجود دارد:
- NIC معمولی بههمراه Software iSCSI Initiator: در این روش، سیستمعامل وظیفه پردازش iSCSI را انجام میدهد. این گزینه رایجتر و معمولاً اقتصادیتر است.
- iSCSI HBA یا NIC دارای Offload: بخشی از پردازش TCP/IP یا iSCSI را به سختافزار کارت منتقل میکند و میتواند در برخی بارهای کاری، مصرف منابع CPU را کاهش دهد.
استفاده از iSCSI HBA در تمام پروژهها ضروری نیست. یک NIC مناسب با سرعت کافی، تنظیمات صحیح شبکه و درایور سازگار میتواند برای بسیاری از زیرساختها پاسخگو باشد.
کارت مورد نیاز روی سرور:
کارت Ethernet NIC یا در صورت نیاز، iSCSI HBA یا NIC دارای قابلیت Offload.
۳. پروتکل FCoE
Fibre Channel over Ethernet یا FCoE روشی برای انتقال فریمهای Fibre Channel روی شبکه Ethernet است. در این فناوری، ساختار و سرویسهای Fibre Channel حفظ میشوند، اما انتقال فریمها روی زیرساخت Ethernet انجام میشود.
هدف FCoE، همگرایی ترافیک شبکه و ذخیرهسازی روی یک زیرساخت مشترک است. برای اجرای صحیح آن، تنها داشتن یک سوئیچ Ethernet معمولی کافی نیست و تجهیزات باید از قابلیتهای مورد نیاز FCoE و Data Center Bridging پشتیبانی کنند.
تجهیزات اصلی مورد نیاز عبارتاند از:
- کارت CNA روی سرور
- سوئیچ سازگار با FCoE
- پشتیبانی از DCB و DCBX
- کابل و ماژول سازگار با سرعت شبکه
- تجهیزات ذخیرهسازی یا Gateway سازگار با FCoE
کارت CNA قابلیتهای کارت شبکه Ethernet و کارت Fibre Channel HBA را در یک Adapter ترکیب میکند.
کارت مورد نیاز روی سرور:
کارت CNA یا Converged Network Adapter.
۴. پروتکل NVMe over Fabrics
NVMe در حالت اصلی برای ارتباط مستقیم میان Host و حافظههای NVMe از طریق PCIe طراحی شده است. بنابراین خود NVMe را نباید بهتنهایی یک پروتکل شبکه SAN در نظر گرفت.
برای انتقال دستورات NVMe از طریق شبکه از NVMe over Fabrics یا NVMe-oF استفاده میشود. این فناوری امکان دسترسی سرورها به تجهیزات ذخیرهسازی NVMe را از طریق Fabricهایی مانند Fibre Channel، TCP و RDMA فراهم میکند.
نوع کارت مورد نیاز در NVMe-oF به Transport انتخابشده بستگی دارد:
- NVMe/FC: به FC HBA دارای پشتیبانی رسمی از NVMe over Fibre Channel نیاز دارد.
- NVMe/TCP: با Ethernet NIC استاندارد یا کارت دارای قابلیت شتابدهی اجرا میشود.
- NVMe/RDMA: به کارت RDMA NIC یا RNIC سازگار با RoCE یا iWARP نیاز دارد.
- NVMe/InfiniBand: با کارت HCA و زیرساخت InfiniBand پیادهسازی میشود.
برخی FC HBAهای جدید از FCP و NVMe/FC بهصورت همزمان پشتیبانی میکنند؛ اما سرور، سیستمعامل، درایور، سوئیچ و Storage Array نیز باید با NVMe/FC سازگار باشند.
جدول انتخاب کارت مناسب برای پروتکلهای SAN
| پروتکل | کارت مورد نیاز روی سرور | زیرساخت ارتباطی | کاربرد اصلی |
|---|---|---|---|
| FCP | FC HBA | سوئیچ و Fabric مبتنی بر Fibre Channel | SANهای سازمانی و دیتاسنتری |
| iSCSI نرمافزاری | Ethernet NIC | شبکه Ethernet مبتنی بر TCP/IP | پیادهسازی اقتصادی IP SAN |
| iSCSI Offload | iSCSI HBA یا NIC دارای Offload | شبکه Ethernet مبتنی بر TCP/IP | کاهش پردازش نرمافزاری iSCSI |
| FCoE | CNA | Ethernet سازگار با FCoE و DCB | همگرایی ترافیک LAN و SAN |
| NVMe/FC | FC HBA سازگار با NVMe/FC | Fibre Channel Fabric | ذخیرهسازی پرسرعت مبتنی بر NVMe |
| NVMe/TCP | Ethernet NIC | شبکه Ethernet مبتنی بر TCP/IP | اجرای NVMe-oF روی شبکه IP |
| NVMe/RoCE | RDMA NIC یا RNIC سازگار با RoCE | Ethernet سازگار با RoCE | بارهای کاری حساس به تأخیر |
| NVMe/iWARP | RDMA NIC سازگار با iWARP | شبکه Ethernet مبتنی بر TCP/IP | اجرای NVMe/RDMA روی شبکه IP |
| NVMe/InfiniBand | HCA | شبکه InfiniBand | محاسبات و ذخیرهسازی با عملکرد بالا |
تفاوت SAN و NAS چیست؟
SAN و NAS هر دو برای ذخیرهسازی و اشتراکگذاری اطلاعات در شبکه استفاده میشوند، اما معماری، نوع دسترسی و کاربرد متفاوتی دارند.
در شبکه SAN، فضای ذخیرهسازی معمولاً بهصورت Block-Level در اختیار سرور قرار میگیرد. به همین دلیل، سیستمعامل سرور فضای ارائهشده را مانند یک دیسک محلی شناسایی میکند و میتواند روی آن فایلسیستم یا Volume ایجاد کند.
در مقابل، NAS فضای ذخیرهسازی را بهصورت File-Level ارائه میدهد. کاربران و سرورها از طریق پروتکلهایی مانند SMB یا NFS به پوشهها و فایلهای اشتراکی دسترسی پیدا میکنند.
SAN بیشتر برای زیرساختهای مجازیسازی، پایگاههای داده، کلاسترها و برنامههای سازمانی استفاده میشود. NAS نیز برای اشتراک فایل، آرشیو اطلاعات، نگهداری اسناد و دسترسی چند کاربر به پوشههای مشترک مناسب است.
در جدول زیر، شبکههای SAN و NAS از نظر نوع دسترسی، زیرساخت ارتباطی، هزینه، نحوه مدیریت، عملکرد و کاربردهای اصلی با یکدیگر مقایسه شدهاند تا تفاوت این دو راهکار ذخیرهسازی بهصورت خلاصه و کاربردی مشخص شود.
| ویژگی | SAN | NAS |
|---|---|---|
| نام کامل | Storage Area Network | Network Attached Storage |
| نوع دسترسی | معمولاً Block-Level | File-Level |
| نحوه نمایش به سرور | مانند دیسک یا Volume محلی | مانند پوشه یا درایو شبکه |
| پروتکلهای رایج | Fibre Channel، iSCSI و NVMe-oF | SMB، NFS و گاهی FTP |
| زیرساخت ارتباطی | Fibre Channel یا Ethernet | معمولاً Ethernet و شبکه LAN |
| کارت مورد نیاز | FC HBA، NIC، CNA یا RDMA NIC متناسب با پروتکل | Ethernet NIC |
| کاربرد اصلی | مجازیسازی، دیتابیس، کلاستر و بارهای کاری سازمانی | اشتراک فایل، آرشیو و فضای ذخیرهسازی کاربران |
| پیچیدگی راهاندازی | بیشتر و نیازمند طراحی تخصصی | سادهتر و سریعتر |
| هزینه اجرا | معمولاً بیشتر | معمولاً کمتر |
| مدیریت | مدیریت Fabric، LUN، مسیرها و Multipathing | مدیریت پوشهها، کاربران و مجوزهای دسترسی |
| مقیاس استفاده | دیتاسنترها و محیطهای سازمانی | خانه، کسبوکارهای کوچک تا سازمانهای بزرگ |
| عملکرد | مناسب بارهای کاری حساس به تأخیر و IOPS | مناسب اشتراک و دسترسی به فایل |
| افزونگی | امکان استفاده از چند مسیر و Fabricهای مستقل | وابسته به معماری NAS و شبکه LAN |
نکات مهم قبل از خرید کارت SAN
انتخاب کارت تنها بر اساس نام پروتکل یا سرعت پورت کافی نیست. پیش از خرید باید سازگاری تمام اجزای مسیر بررسی شود:
- مدل و نسل سرور
- نوع و نسل اسلات PCIe
- سیستمعامل یا Hypervisor
- نسخه Driver و Firmware
- مدل Storage Array
- مدل سوئیچ SAN
- سرعت پورتهای دو طرف
- نوع کابل و ماژول ارتباطی
- پشتیبانی از Multipathing
- فهرست سازگاری رسمی سازندگان
در محیطهای سازمانی معمولاً از دو مسیر مستقل برای اتصال سرور به Storage استفاده میشود. این طراحی میتواند با دو کارت مجزا یا یک کارت چندپورته انجام شود و نرمافزار Multipathing مسیرهای ارتباطی را مدیریت میکند.
برای راهاندازی یک شبکه SAN پایدار، انتخاب تجهیزات مناسب بهتنهایی کافی نیست. طراحی اصولی Fabric، استفاده از مسیرهای ارتباطی افزونه، پیکربندی Multipathing، کنترل دسترسی، بررسی سازگاری تجهیزات و مانیتورینگ مداوم، نقش مهمی در عملکرد و دسترسپذیری این زیرساخت دارند.
در این مقاله تلاش کردیم شبکه SAN، اجزای اصلی، پروتکلهای ارتباطی، کارتهای مورد نیاز سرور و تفاوت آن با NAS را بهصورت کاربردی بررسی کنیم. برای مشاهده و بررسی انواع تجهیزات مرتبط با شبکه SAN، به صفحه محصولات ذخیرهسازی و تجهیزات شبکه مراجعه کنید.
سوالات متداول
آیا SAN همان Storage است؟
خیر. Storage Array تجهیزی است که دادهها را نگهداری میکند، اما SAN کل شبکه ارتباطی بین سرورها، سوئیچها و Storage را شامل میشود.
SAN فقط با Fibre Channel کار میکند؟
خیر. SAN میتواند با Fibre Channel، iSCSI، FCoE، NVMe/FC، NVMe/RDMA و NVMe/TCP پیادهسازی شود.
بهترین پروتکل برای SAN کدام است؟
پروتکل واحدی برای همه پروژهها بهترین نیست. انتخاب بین Fibre Channel، iSCSI و NVMe-oF باید بر اساس زیرساخت موجود، بودجه، عملکرد مورد نیاز و توانایی تیم فنی انجام شود.
