Đang tải... (xem toàn văn)
Windows failover clustering là công nghệ của Microsoft để cung cấp tính sẵn sàng cao tại cấp độ máy chủ. Windows failover clustering cơ bản là liên quan đến việc sử dụng nhiều server trong một nhóm hoặc cụm (cluster). SAN là hệ thống mạng lưu trữ, thường được sử dụng ở những nơi lưu trữ nhiều dữ liệu như ngân hàng, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông,…các dữ liệu này cần độ an toàn, dự phòng rất cao và có thể truy xuất nhanh. SAN giúp việc sử dụng tài nguyên lưu trữ hiệu quả hơn, dễ dàng hơn trong công việc quản trị, quản lý tập trung các thao tác tăng độ an toàn, sao lưu, khôi phục khi có sự cố.
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH Chương Tổng quan Windows Failover Clustering 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Windows failover clustering Windows failover clustering công nghệ Microsoft để cung cấp tính sẵn sàng cao cấp độ máy chủ Windows failover clustering liên quan đến việc sử dụng nhiều server nhóm cụm (cluster) Nếu server cluster có lỗi từ hệ thống, server khác cluster đảm nhận khối lượng công việc server bị lỗi Mỗi server vật lý cluster gọi node, node làm việc để tạo thành cluster Tất node failover cluster liên tục giao tiếp với Nếu node cluster liên lạc với node khác cluster node khác tự động nhận nhiệm vụ đảm nhận dịch vụ node bị liên lạc Q trình gọi failover Node bị hỏng khơi phục lại Quá trình gọi failback Khi hệ thống có node bị downtime, Windows failover cluster khởi động lại dịch vụ bị lỗi hay ứng dụng node lại Thời gian cần thiết để hoàn thành failover phụ thuộc phần vào phần cứng sử dụng phần lại vào chất lượng dịch vụ ứng dụng 1.1.2 Cluster Clustering kiến trúc nhằm đảm bảo nâng cao khả sẵn sàng cho hệ thống mạng máy tính Clustering cho phép sử dụng nhiều máy chủ kết hợp với tạo thành cụm có khả chịu đựng hay chấp nhận sai sót (fault-tolerant) nhằm nâng cao độ sẵn sàng hệ thống mạng Cluster hệ thống bao gồm nhiều máy chủ kết nối với theo dạng song song hay phân tán sử dụng tài nguyên thống Nếu máy chủ ngừng hoạt động bị cố để nâng cấp, bảo trì, tồn công việc mà máy chủ đảm nhận tự động chuyển sang cho máy chủ khác (trong cluster) mà không làm cho hoạt động hệ thống bị ngắt hay gián đoạn Quá trình gọi “fail-over”; việc phục hồi tài nguyên máy chủ hệ thống (cluster) gọi “fail-back” Cluster: dùng cho ứng dụng Stateful applications (các ứng dụng hoạt động thường xuyên thời gian dài) bao gồm database server Microsoft MySQL Server, Microsoft Exchange Server, File and Print Server… Tất node Cluster dùng chung nơi lưu trữ liệu dùng cơng nghệ SCSI Storage Area Network (SAN) Windows Sever 2003 Enterprise Datacenter hỗ trợ cluster lên đến node Windows 2000 Advance Server hỗ trợ node Windows 2000 Datacenter Server node 1.1.3 Failover Failover: Quá trình failover xảy cách tự động Khi node Cluster bị hỏng, resource group chuyển tới hay nhiều node Cluster mà hoạt động Q trình tự động failover tương tự lập kế hoạch cho việc tái định quyền sở hữu resource Failover yêu cầu xác định resource group chạy node bị hỏng node nên giữ quyền sở hữu resource group Tất node Cluster mà có khả giữ resource group tiến hành đàm phán với để lấy quyền sở hữu Quá trình đàm phán dựa khả node, tải hành, khả phản hồi ứng dụng hay danh sách node ưu tiên Danh sách node ưu tiên phần thuộc tính resource group dùng để định resource group tới node Khi việc đàm phán quyền sở hữu resource group hoàn tất, tất node Cluster cập nhật database chúng tiếp tục theo dõi node sở hữu resource group 1.2 Các thành phần Windows Failover Clustering 1.2.1 Cluster Node Mỗi server tham gia cluster gọi cluster node Chúng cần kết nối với Các cluster node phải liên lạc thường xuyên với để xác định tình trạng node Kết nối gọi cluster heartbeat Tất cluster node cần phải chạy phiên Windows Server Ví dụ, tất phải chạy Windows Server 2012 Cluster: Là hệ thống song song phân phối nhóm server dành riêng để chạy ứng dụng đặc biệt kết nối với để cung cấp khả chịu lỗi (faul tolerance) load balance Cluster dùng để cung cấp tính ln sẵn sàng cho việc truy cập Node: Là server thuộc Cluster mà ứng dụng Cluster service cài đặt 1.2.2 Cluster Service Cluster Service thành phần để điều khiển hoạt động failover cluster Cluster Service chạy tất cluster node quản lý Failover Cluster Manager Cluster service chạy node server cluster điều khiển hoạt động server cluster Cluster service bao gồm nhiều thành phần software làm việc với Các thành phần thực việc theo dõi, trì tính ổn định vận chuyển resource từ node qua node khác - Resource DLLs: cho ứng dụng chịu trách nhiệm theo dõi điều khiển ứng dụng Ví dụ Resource DLL lưu phục hồi thuộc tính ứng dụng Cluster database, mang resource online offline kiểm tra trạng thái resource Khi cần thiết phải thực failover, Resource DLL làm việc với Resource Monitor Failover Manager để đảm bảo trình failover thực dễ dàng - Checkpoint Manager: Để đảm bảo cho việc Cluster service phục hồi từ resource bị lỗi, Checkpoint Manager kiểm tra khóa registry resource mang online ghi liệu checkpoint lên quorum resource resource offline Một vài ứng dụng chứa thơng tin cấu hình cục thay cho việc chứa thông tin sở liệu cấu hình Cluster Nếu ứng dụng u cầu chứa đựng cục thơng tin failover, Checkpoint Manager cung cấp cho yêu cầu cách trì thơng tin cục hành Quorum resource Đối với ứng dụng chứa thơng tin cấu hình registry server, Checkpoint Manager theo dõi liệu ứng dụng online Khi có thay đổi xảy ra, Checkpoint Manager cập nhật quorum resource với liệu cấu hình hành - Database Manager: chạy node trì lưu cục sở liệu cấu hình Cluster - chứa thông tin thực thể vật lý logic Cluster Những thực thể bao gồm thân Cluster, node thành viên, resource group, loại resource mô tả loại resource đặc biệt ổ đĩa địa IP Database Manager dùng Global Update Manager cho việc cập nhật lẫn (replicate) tất thay đổi tới node khác cluster Theo cách này, thông tin cấu hình trì qua Cluster node bị hỏng Administrator thay đổi cấu hình Cluster trước node quay trở lại phục vụ Database Manager cung cấp interface chứa thay đổi sở liệu cấu hình Cluster thông qua thành phần Cluster service khác Failover Manager Node Manager Interface dùng để tạo thay đổi tương tự interface dùng để tạo thay đổi tới registry qua Windows Programming Interface (API) Những thay đổi khác database manager tiếp nhận để cập nhật cho node khác Cluster qua Global update Manager - Event Log Replication Manager: phần Cluster service làm việc với Event Log Service để chép event log tới tất node Cluster Các kiện đánh dấu thấy node mà kiện xảy Các kiện ghi lại node xếp, củng cố gửi qua Event Log Replication Manager để broadcast tới node hoạt động khác Nếu vài kiện ghi lại khoảng thời gian, kiện broadcast cách riêng lẻ, nhiều kiện ghi lại khoảng thời gian ngắn, chúng kết hợp với trước broadcast Các kiện dán nhãn biết node chúng xảy Các node khác tiếp nhận kiện ghi chúng lên local log - Failover Manager: quản lý resource resource group Nó chịu trách nhiệm tắt hay khởi động resource, quản lý resource liên quan chuẩn bị cho trình failover resource group Để thực hoạt động này, tiếp nhận resource thông tin trạng thái hệ thống từ thành phần Cluster node từ Resource Monitors Resource Monitors cung cấp môi trường thực cho resource DLLs cung cấp giao tiếp resource DLLs Failover Manager Failover Manager xác định node Cluster nên sở hữu resource group Khi cần thiết phải failover resource group, Failover Manager node Cluster làm việc để tái định quyền sở hữu cho resource group Dựa cách mà resource group cấu hình, Failover Manager cục khởi động lại resource bị hỏng hay làm cho resource offline resource liên quan với sau chuẩn bị cho trình failover - Global Update Manager: dùng thành phần bên cluster Failover Manager hay Database Manager để mang cập nhật thay đổi tới node Cluster Khi trình cập nhật xảy ra, bắt đầu node client node khác bổ nhiệm theo dõi việc cập nhật để đảm bảo việc cập nhật xảy tất node Node client yêu cầu node gửi tới global lock để thực cập nhật Nếu lock chưa sẵn sàng, chờ Khi lock sẵn sàng node giám sát gán cho node client định cập nhật cục Nếu node cập nhật thành công mà trình update bị lỗi node khác node bị loại bỏ khỏi danh sách node hoạt động cập nhật tiến hành node hoạt động khác Nếu việc xảy ra, quorum log ghi lại để đảm bảo node bị lỗi nhận tất thơng tin cấu hình cần thiết quay trở lại hoạt động - Log Manager: với Checkpoint Manager tương tác với đảm bảo recover log quorum resource chứa đựng liệu cấu hình checkpoint thay đổi Nếu hay nhiều node Cluster bị hỏng, node hoạt động khác thực thay đổi cấu hình Khi node bị hỏng, Database Manager sử dụng Log Manager để ghi lại thay đổi cấu hình lên Quorum resource Khi node bị lỗi quay trở lại phục vụ, chúng đọc vị trí quorum resource local cluster Các chế xây dựng bên dò tìm sở liệu cũ quorum resource khơng Sau Database Manager yêu cầu Log Manager cập nhật cục Cluster sử dụng file checkpoint Quorum resource sau đối chiếu với file log Quorum disk Kết hoàn thành việc cập nhật Cluster - Membership Manager: chịu trách nhiệm trì một nhìn quán node Cluster hoạt động hay bị hỏng thời điểm định Trọng tâm thành phần thuật toán regroup yêu cầu thực có dấu hiệu hay nhiều node bị lỗi - Node Manager: chạy node trì danh sách cục node, network, network interface cluster Qua giao tiếp node, Node Manager đảm bảo cho tất node có danh sách node hoạt động Node Manager dùng thông tin sở liệu cấu hình Cluster để xác định node thêm vào hay bị loại bỏ khỏi Cluster Node Manager node theo dõi node khác để tìm node bị lỗi Để thực việc theo dõi, gửi nhận message gọi heartbeat tới node Cluster Nếu node có giao tiếp bị lỗi với node khác, gửi broadcast message tới node khác cho tất node nhận message để xác nhận lại danh sách node hoạt động cluster Quá trình gọi regroup event Node Manager tham gia vào trình node tham gia vào Cluster Tại thời điểm node thêm vào Cluster, Node Manager node thành lập trình giao tiếp với Node Manager node khác để thực trình chứng thực - Resource Monitor: cung cấp interface giao tiếp resource DLLs Cluster service Khi Cluster cần lấy liệu từ resource, Resource Monitor tiếp nhận yêu cầu đẩy yêu cầu tới resource DLL thích hợp Ngược lại, resource DLL cần báo cáo trạng thái thơng báo cho Cluster service kiện, resource đẩy thông tin từ resource tới Cluster service - Backup/Restore Manager: Cluster service đưa API dùng để backup sở liệu cluster, BackupClusterDatabase BackupClusterDatabase trước tiên tương tác với Failover Manager, sau đẩy yêu cầu tới node sở hữu quorum resource Database Manager node yêu cầu sau tạo backup cho quorum log file file checkpoint Cluster service đưa API khác, RestoreClusterDatabase để restore sở liệu Cluster từ backup path API yêu cầu cục từ node Cluster Khi API yêu cầu, trước tiên tắt Cluster service, restore sở dử liệu Cluster từ backup, tạo giá trị registry chứa backup path sau khởi động lại Cluster service Cluster service khởi động dò tìm u cầu restore tiến hành restore sở liệu Cluster từ backup path tới Quorum resource 1.2.3 Địa IP ảo tên Cluster Địa IP ảo tên cluster đặt cho cluster, chúng khác giá trị tùy thuộc vào cluster node Địa IP ảo tên cluster thông tin mà client kết nối với sử dụng để kết nối với cluster Điều cho phép client minh bạch kết nối với cluster service application sau trình failover 1.2.4 Cluster Quorum Mục đích cluster quorum xác định node tham gia vào cluster trường hợp hỏng phần cứng, mạng ngừng hoạt động cluster node không giao tiếp với Windows failover cluster hỗ trợ nhiều loại quorum để giải cách xếp cluster khác số lượng node 1.2.5 Service Application Các service application cluster đĩnh nghĩa failover Trong phiên trước failover clustering, chúng định nghĩa nhóm tài nguyên Tại thời điểm service application sở hữu cluster node Nếu cluster node bị fail cluster node khác sỡ hữu nhóm resource khởi động node Ta cấu hình node ưu tiên mà service hay application failover Các tài nguyên kiểm tra trạng thái cơng cụ có tên LooksAlive, kiểm tra tình trạng hoạt động cho application Mặc định SQL Server dùng LooksAlive để test trạng thái 5s/lần 1.2.6 Shared Storange Cluster yêu cầu phải có ổ lưu trữ chung xây dựng cách truy cập lưu lượng trực tiếp Ổ lưu trữ chung dùng iSCSI SAN (storage area network) Fibre Channel SAN Đối với SQL Server shared disk resource chứa tất hệ thống user database, log, FileStream tích hợp file full-text search Trong trường hợp failover, đĩa định vị vào backup node, dịch vụ SQL Server khởi động lại node 1.3 Nguyên tắc hoạt động Khi node hay application Cluster bị fail, Server Cluster phản ứng cách khởi động lại application bị lỗi hay phân tán công việc từ node bị fail tới node khác hoạt động Cluster Cluster service kiểm tra tình trạng khơng hoạt động resource riêng biệt hay node, tự động di chuyển hay khởi động lại ứng dụng, liệu file resource tới node hoạt động Cluster Quá trình cho phép resource database, file share application trì tính sẵn sàng cao cho ứng dụng user client Server Cluster đưa chế kiểm tra tình trạng khơng hoạt động khác nhau: - Detect Node Failure Một cách định kỳ, node trao đổi gói message với node khác Cluster sử dụng private cluster network Những message gọi Heartbeat Sự trao đổi Heartbeat cho phép node kiểm tra tính sẵng sàng node khác ứng dụng chúng Nếu server bị fail việc phản hồi Heartbeat, server hoạt động bắt đầu trình Failover để đàm phán quyền sở hữu tài nguyên ứng dụng node bị fail Việc đàm phán sử dụng Challenge Defense protocol Việc bị fail trình phản hồi Heartbeat xảy nhiều kiện computer failure, network interface failure, network failure, hay lúc hoạt động cao bất thường Thơng thường, tất node giao tiếp với nhau, Configuration Database Manager gửi Global Configuration Database update tới node Tuy nhiên, fail trình trao đổi heartbeat xảy ra, Log Manager lưu lại cấu hình database thay đổi tới Quorum Resource Nó đảm bảo node hoạt động truy cập thơng tin cấu hình Cluster liệu registry cục node trình phục hồi - Detect Resource Failure Failover Manager Resource Monitors làm việc với để dò tìm khơi phục resource bị fail Resource Monitors theo dõi trạng thái resource cách kiểm tra định kỳ resource sử dụng Resource DLLs Việc kiểm tra vòng gồm hai bước, query LookAlive lướt qua query lâu hơn, cuối - IsAlive Khi Resource Monitor dò tìm resource bị fail, thơng báo cho Failover Manager tiếp tục giám sát resource Failover Manager trì trạng thái resource resource group Nó chịu trách nhiệm thực việc phục hồi resource bị fail yêu cầu Resource Monitor phản hồi tới user tình trạng hoạt động hay khơng hoạt động resource Sau resource bị fail tìm thấy, Failover Manager thực việc phục hồi cách khởi động lại resource resource hay di chuyển toàn resource group tới node khác Công việc phục hồi xác định thực resource vàresource group properties node availability Trong trình failover, resource group coi failover unit, để đảm bảo resource phục hồi Khi resource phục hồi từ trạng thái fail, Resource Monitor thông báo tới Failover Manager để tự động thực trình failback resource group dựa cấu hình resource group failback properties - Heartbeat Là UDP packet chuyển đổi node 1.2 giây lần để xác định node Cluster hoạt động Nếu node thiếu hụt liên tiếp heartbeat, node chuẩn bị trình regroup event để đảm bảo tất node tới quán danh sách node hoạt động Server Cluster network private (chỉ có giao tiếp node với nhau), public (giao tiếp client với node), hay mixed (cả giao tiếp node giao tiếp client với node) Heartbeat giao tiếp qua tất loại network, nhiên việc theo dõi heartbeat cách mà Cluster thể heartbeat bị lỗi dựa kiểu network sau: + Trên private hay mixed network, hai có giao tiếp node, heartbeat theo dõi để xác định node có hoạt động Cluster hay khơng + Trên public network, có giao tiếp client với node, heartbeat theo dõi để xác định network adapter node có hoạt động hay khơng - Regroup event: Nếu node thiếu hụt liên tiếp heartbeat, trình regroup event xảy Nếu node trì tính trạng khơng thể phản hồi, node loại bỏ khỏi danh sách node hoạt động Nếu node không phản hổi sở hữu quorum resource, node lại bắt đầu trình đàm phán quorum Sau đó, q trình failover bắt đầu - Q trình đàm phán quorum: Quá trình đàm phán quorum xảy node sở hữu quorum resource bị lỗi hay khơng hoạt động, node lại xác định node giữ quyền sở hữu quorum resource Mục đích q trình đàm phán quorum thời điểm đảm bảo node sở hữu quorum resource Việc cho node sở hữu quorum resource quan trọng tất giao tiếp hay nhiều node bị lỗi, có khả chia Cluster thành hay nhiều phần riêng biệt để giữ cho vần tiếp tục hoạt động (split brain) Server Cluster ngăn ngừa cách cho phép Cluster tách có chứa node sở hữu quorum resource tiếp tục hoạt động Cluster Bất kỳ node giao tiếp với node sở hữu quorum resource, node khơng node thành viên Cluster - Cách cluster giữ cho resource group sẵn sàng: Cluster giữ cho resource group sẵn sàng cách theo dõi trạng thái resource, mang resource online, tiến hành failover - Theo dõi trạng thái resource: Resource Monitor đưa cách theo dõi trạng thái resource node mà giám sát: Look Alive (resource xuất online) IsAlive (kiểm tra chi tiết trạng thái online hoạt động resource chức năng) - Cách Failover xảy ra: Quá trình failover xảy group hay node sở hữu resource bị lỗi Một resource bị lỗi lý cho group fail ta cấu hình Affect the group cho resource 10 Chương Tổng quan mạng Storage Area Network (SAN) 2.1 Khái quát mạng Storage Area Network (SAN) 2.1.1 Khái niệm SAN hệ thống mạng lưu trữ, thường sử dụng nơi lưu trữ nhiều liệu ngân hàng, nhà cung cấp dịch vụ viễn thông,…các liệu cần độ an tồn, dự phòng cao truy xuất nhanh SAN giúp việc sử dụng tài nguyên lưu trữ hiệu hơn, dễ dàng công việc quản trị, quản lý tập trung thao tác tăng độ an tồn, lưu, khơi phục có cố Có thể nói mạng SAN giải pháp để chia sẻ thiết bị lưu trữ tới nhiều máy chủ cách dễ dàng như: Disk Aray Controllers hay Tape Libraries Sự chia sẻ thường thực phần mềm mà kèm với thiết bị lưu trữ Người dùng cài đặt hệ thốn mạng SAN sử dụng phần mềm để chia sẻ phần thiết bị lưu trữ cho máy chủ A, máy chủ B… Hình 2.1 Mơ hình tổng thể hệ thống mạng SAN Hệ thống mạng SAN gồm thành phần chính: - Thiết bị lưu trữ: tủ đĩa có dung lượng lớn, khả truy xuất nhanh, có hỗ trợ chức RAID, local Replica,… tủ đĩa nơi chứa dư liệu chung cho toàn hệ thống - Thiết bị chuyển mạch SAN: SAN switch thực việc kết nối máy chủ đến tủ đĩa - Các máy chủ máy trạm cần lưu trữ, kết nối đến SAN switch cáp thông qua HBA card 2.1.2 Các dạng mạng SAN (Storage Area Network) SAN xây dựng với thiết kế dành riêng cho việc lưu trữ truyền thơng tin Nó cung cấp khả truyền liệu với tốc độ lớn độ an toàn cao giao thức tương ứng NAS 12 - Dạng thứ Fibre Channel SAN xây dựng Fibre Channel Switch kết nối tới thiết bị thông qua hệ thống cáp quang - Dạng thứ hai SAN sử dụng giao thức iSCSI, sử dụng giao thức SCSI tầng TCP/IP Ở dạng này, switch tương tự nhưu Ethernet Switchs Chuẩn iSCSI giới thiệu năm 2003 triển khai rộng lớn trình lưu trữ mạng từ ứng dụng cáp quang trình truyền liệu mang lại hiệu lớn cho iSCSI Một dạng khác iSCSI ATA-over-Ethernet hay giao thức AoE xây dựng sử dụng giao thức ATA khung tảng Ethernet Kết nối SAN có hay nhiều máy chủ hay nhiều thiết bị lưu trữ khác Trong FC SAN máy chủ sử dụng cáp quang để truyền liệu, isSCSI SAN sử dụng giao thức Ethernet bình thường thơng qua card mạng hay TOE card SAN có hai dạng là: Centralized storage are network distributed storage area network 2.1.3 Hạ tầng hệ thống mạng SAN (Storage Area Network) SAN thường sử dụng topo có tên switch fabric sử dụng Fibre Channel – hạ tầng thiết kế đặc biệt để xử lý lưu lượng lưu trữ Hạ tầng cho phép truy nhập nhanh tin cậy so với giao thức mức cao mà NAS sử dụng Một fabric tương ứng với khái niệm phân vùng mạng mạng cục Một mạng SAN thường tạo thành số chuyển mạch Fibre Channel Ngày nay, hầu hết nhà cung cấp thiết bị SAN cung cấp giải pháp định tuyến Fibre Channel cho phép tăng khả mở rộng hệ thống SAN thông qua việc cho phép liệu trao đổi mạng SAN lại thành Các giải pháp sử dụng yếu tố giao thức riêng hãng kiến trúc lớp khác biệt hoàn toàn Các giải pháp thường cho phép quy chiếu lưu lượng FibreChannel qua IP hay SONET/SDH 2.1.4 Môi trường làm việc Storage Area Network (SAN) SAN sử dụng mơi trường u cầu mở rộng nhanh chóng thiết bị lưu trữ yêu cầu đáp ứng công việc cao (truyền liệu với tốc độ cao) Nó cho phép thiết bị FC disk driver kết nối trực tiếp đến SAN SAN mạng bình thường thiết bị lưu trữ với dung lượng lớn SAN giải pháp đắt tiền với hệ thống Fibre Channel hay card chun dụng cho máy tính Cơng nghệ iSCSI SAN giải pháp đáp ứng với yêu cầu giá SAN, không công nghệ sử dụng cho mạng doanh nghiệp lớn Data Center Các máy sử dụng giao thức NAS CIFS hay NFS Với khả truy cập từ xa khơi phục liệu nhanh chóng xảy lỗi Đáp ứng tốt cho giải pháp Data Center Và khả iSCSI đáp ứng với môi trường ứng dụng khơng đòi hỏi khả đáp ứng cực lớn Với FC SAN đáp ứng yêu cầu khắt khe ứng dụng 13 2.1.5 Những lợi ích ứng dụng hệ thống mạng Storage Area Network (SAN) Dễ dàng chia sẻ lưu trữ quản lý thông tin, mở rộng lưu trữ dễ dàng thông qua trình thêm thiết bị lưu trữ vào mạng không cần phải thay đổi thiết bị máy chủ hay thiết bị lưu trữ có Ứng dụng cho hệ thống Data center Cluster Mỗi thiết bị lưu trữ mạng SAN quản lý máy chủ cụ thể Trong trình quản lý SAN sử dụng Network Attached Storage (NAS) cho phép nhiều máy tính truy cập vào file mạng Và ngày tích hợp SAN NAS tạo nên hệ thống lưu trữ thơng tin hồn thiện SAN thiết kế dễ dàng cho tận dụng tính lưu trữ, cho phép nhiều máy chủ chia sẻ thiết bị lưu trữ Một ứng dụng khác SAN khả cho phép máy tính khởi động trực tiếp từ SAN mà chúng quản lý Điều cho phép dễ dàng thay máy chủ bị lỗi sử dụng cấu hình lại cho phép thay đổi hay nâng cấp máy chủ cách dễ dàng liệu không ảnh hưởng máy chủ bị lỗi q trình cần nửa để có hệ thống Data Center, thiết kế với tốc độ truyền liệu cực lớn độ an toàn hệ thống coi vấn đề hàng đầu SAN cung cấp giải pháp khơi phục liệu cách nhanh chóng cách thêm thiết bị lưu trữ có khả khôi phục cực nhanh liệu thiết bị lưu trữ bị lỗi hay không truy cập (secondary aray) Các hệ thống SAN cho phép chép hay tập tin ghi hai vùng vật lý khác cho phép khôi phục liệu cực nhanh Quá trình điều khiển cho SAN môi trường doanh nghiệp với phát triển nhanh chóng yêu cầu đáp ứng truyền liệu với tốc độ cực cao tới ổ đĩa Trong trình phát triển trước kia, với mạng doanh nghiệp dùng hệ thống lưu trữ với khả đáp ứng cao sử dụng lưu trữ SCSI RAIDs điều khiển mảng đĩa cứng tích hợp trực tiếp máy chủ với công nghệ mạng tảng IP ứng dụng lưu trữ liệu sử dụng hết toàn ổ lưu trữ máy chủ người dùng cuối yêu cầu phải thay máy chủ đáp ứng yêu cầu công việc Nhưng với SAN việc nâng cấp thiết bị lưu trữ đơn giản với việc thêm vào mạng thiết bị lưu trữ Điều khiển đĩa sử dụng môi trường SAN thiết kế cung cấp với tốc độ cao, độ tin cậy lớn Thêm mơ hình SANs cho phép tích hợp lẫn thiết bị FC SATA FC SCSI SATA làm việc với khả thấp, có nhiều lỗi xảy lưu trữ lớn giá thành rẻ nhiều so với ổ đĩa SCSI Nó cho phép mạng SANs sử dụng thiết bị lưu dự phòng có lỗi xảy hầu hết SAN sử dụng FC SATA thiết bị backup với lưu trữ lớn tốc độ nhanh chóng nhiều so với tape drivers 14 2.2 Xây dựng trung tâm sở liệu với Storage Area Network 2.2.1 DAS (Direct-attached storage) Hai kiểu kết nối tới hệ thống lưu trữ liệu bên thường gọi chung DAS Direct Attached Storage (DAS) hệ thống lưu trữ mà HDD, thiết bị nhớ lưu trữ trực tiếp vào Server, thích hợp cho nhu cầu nhỏ đến cao cấp khả chạy cực nhanh Hình 2.2 Direct Attached Storage Trong kiểu kết nối này, server mạng cục thiết bị lưu trữ tổ chức thành cặp Do đó, khơng gian không dung tới server dùng server khác Đây kiểu kết nối dùng chủ yếu hệ thống LAN truyền thống Một server với HDD bên trong, Client với HDD bên truy xuất trực tiếp đến HDD DAS Hình 2.3 Hệ thống chứa DAS 15 Ta thấy DAS NAS đặt mạng IP mà Server/Client truy xuất từ xa đến 2.2.2 SAN (Storage Area Network) SAN hệ thống thiết bị lưu trữ tổ chức thành mạng riêng, tách rời khỏi hệ thống LAN SAN mạng có tốc độ cao dành riêng cho việc lưu giữ quản trị liệu, bao gồm công nghệ phần cứng, phần mềm thành phần kết nối mang khác để cung cấp kết nối server thiết bị lưu trữ Hình 2.4 Một hệ thống mạng SAN SNIA định nghĩa SAN hệ thống mạng với mục đích chuyển tải data hệ thống máy tính thành phần lưu trữ SAN bao gồm sở hạ tầng truyền thống, cung cấp kết nối vật lý tầng quản trị, tổ chức kết nối, thành phần lưu trữ hệ thống máy tính nhằm đảm bảo việc truyền tải data bảo mật mạnh mẽ Tùy theo nghi thức truyền tải dòng liệu SCSI, chia SAN thành hai loại: - Fibre Channel SAN (FC-SAN): Fibre channel thiết kế để dành riêng cho việc truyền tải liệu dạng khối Ngày nay, fibre channel dùng chủ yếu cho mục đích truyền tải dòng liệu SCSI hệ thống SAN hệ thống SAN dùng fibre channel gọi FC-SAN - IP-SAN: Người ta định nghĩa giao thức gọi iSCSI phép dòng liệu SCSI đóng gói truyền tải lên mạng TCP/IP truyền thống Một mạng IP dành riêng cho mục đích gọi IP-SAN 16 Thiết bị lưu trữ SAN storage cho phép khắc phục nhược điểm đồng thời bổ sung tăng cường nhiều tính cần thiết cho hệ thống lưu trữ: - Tính mở rộng: cho phép nhiều server, cluster server đồng thời kết nối dùng chung khơng gian lưu trữ - Tăng tính lưu động hệ thống: cho phép hoạt động đồng hóa liệu trung tâm sở liệu, di dời liệu sang tảng phần cứng khác… - LAN-free backups: cho phép gửi liệu trực tiếp đến thiết bị lưu SAN mà không thông qua LAN - Server-free backups: dòng liệu q trình lưu liệu truyền tải trực tiếp thiết bị lưu bên SAN - Khả quản trị không gian lưu trữ hiêu mạnh mẽ: nhanh chóng phân phối, thu hồi thay đổi không gian lưu trữ cho server mà dùng server hệ thống lưu trữ đĩa cứng truyền thống Những tính năng: - Lưu trữ truy cập theo Block qua SCSI - Khả I/O với tốc độ cao - Tách biệt thiết bị lưu trữ server Thực SAN DAS, khác SAN có khả mở rộng, đặt chỗ khác cho nhiều server truy xuất trực tiếp đến chúng Đặc biệt SAN khối liệu máy chủ HDD SAN cung cấp phương pháp cho việc bổ sung thêm tài nguyên lưu trữ cho server Các phương pháp giúp tăng cường hiệu suất nâng cao tính sẵn sàng tồn hệ thống lưu dự phòng cho nhiều server dung cluster server cho mục đích nâng cao tính chịu lỗi tính sẵn sàng hệ thống thông tin doanh nghiệp 2.3 Cấu trúc mạng Storage Area Network (SAN) 2.3.1 Tính tương thích tiêu chuẩn mạng Storage Area Network Trước đây, tương thích thành phần mạng SAN vấn đề lớn phải giải Thiết bị sử dụng có tương thích, chuyển mạch định làm việc với số HBA (Host bus adapter) định Sự tương thích thiết bị Fibre Channel cải thiện xem thử thách lớn thực mạng SAN Hiệp hội công nghiệp Fibre Channel (FCIA – Fibre Channel Industry Asociation) Hiệp hội công nghiệp mạng lưu trữ (SNIA – Storage Networking Industry Assciation) làm việc nỗ lực chung để giải vấn đề tương thích thiết bị cách thiết lập tiêu chuẩn dựa tiêu chuẩn Fibre Channel cho mạng SAN Q trình tiêu chuẩn háo cho SAN có bước chính, giai đoạn hồn tất 17 - Thiết lập tiêu chuẩn mạng cho chuyển dịch liệu thiết lập sơ đồ đặt tên (naming) cho thành phần thiết bị: Bước đưuọc hoàn tất tiêu chuẩn Fibre Channel cung cấp phương tiện cần thiết cho đặt tên thiết bị cấu hình - Phát (discovery) thiết bị topology mạng SAN: Sự phát triển bước tập trung vào việc thực quản lý thiết bị qua sở thông tin quản lý (MIB – Management Information Base) nằm thiết bị mạng Q trình quản lý thực thu thập thơng tin trạng thái thiết bị Một số lượng lớn nhà sản xuất Fibre Channel thực MIB thiết bị tất thiết bị thực giao tiếp nội - Trong bước thứ ba cuối cùng, tiêu chuẩn cho tài nguyên mạng SAN thể thuật ngữ hoàn tất gán thiết bị tự động cho ứng dụng dự phòng khơng có server (serverless backup) phục hồi sau thảm họa (disaster recovery) 2.3.2 Topology mạng Storage Area Network (SAN) Tolopogy mạng SAN thực nhiều cách phụ thuộc vào đặc điểm ứng dụng yêu cầu: - Quy mô mạng lưu trữ: Từ mạng SAN có quy mơ nhỏ bao gồm chuyển mạch hay hub đơn lẻ mạng SAN lớn với số lượng lớn chuyển mạch cổng - Đường truyền liệu nhu cầu truyền liệu - Dự phòng liệu từ xa - Các topology mạng SAN thiết lập hai cách: + Kiểu tập trung: Các hệ thống lưu trữ nối tới chuyển mạch trung tâm có số lượng cổng lớn mạng SAN + Kiểu mạng: Các chuyển mạch liên kết với tạo thành mạng tuyến tính mạng lưới (mesh) nối server thiết bị lưu trữ 2.3.2.1 Topology điểm – điểm Topology điểm – điểm cấu hình đơn giản có cho mạng SAN Cấu hình (hình 3) bao gồm server nối với thiết bị lưu trữ đứng Hình 2.5 Topology Điểm – Điểm 18 2.3.2.2 Topology Arbitrated Loop Topology Arbitrated Loop bao gồm hub đường trục thiết bị mạng nối với hub tạo thành mạng hình vật lý (hình 4) Hình 2.6 Topology Arrbitrated Loop Topology Arbitrated Loop có nhược điểm thời điểm có thiết bị truyền liệu mạng Khi số lượng thiết bị mạng tăng lên gây sụt giảm chất lượng mạng Do đó, Topology Arbitrated Loop sử dụng cho mạng San có quy mơ lưu lượng liệu hạn chế 2.3.2.3 Topology SAN Fabire Trong Fibre Channel, thuật ngữ “chuyển mạch nối thiết bị” gọi Fabric Topology SAN Fabric topology có tiêu cao sử dụng cho mạng SAN có quy mơ lưu lượng liệu lớn Các fabric lớn xây dựng cách liên kết nhiều chuyển mạch với Do đó, mạng SAN dựa fabric mở rộng cách thêm chuyển mạch vào mạng Topology SAN fabric có kiểu topology sau: * Director-Based Fabric Fabric thực đơn giản Director Based Fabric Fabric hồm có chuyển mạch chủ đơn lẻ với số lượng cổng lớn (32, 64 128 cổng phụ thuộc vào nhà sản xuất) Một Director-Based Fabric có đặc điểm sau: - Director-Based Fabric đưa kiểu lưu trữ tập trung với tất thiết bị lưu trữ nối tới điểm 19 Tất cổng Fabric sử dụng cho thiết bị, khơng có cổng sử dụng cho liên kết chuyển mạch - Nếu chuyển mạch chủ gặp cố, toàn mạng gặp cố Kết quả, tất server thiết bị lưu trữ bị kết nối - Topology Director-Based Fabric tính khả thi cao, chuyển mạch chủ lớn luôn giải pháp đạt hiệu chi phí Khi có chuyển đổi cơng nghệ sang cơng nghệ hơn, tồn chuyển mạch cần phải thay thế, thay bì thay thành phần mạng lưới (trong trường hợp nhiều chuyển mạch nhỏ sử dụng) * Topology chuyển mạch nối tầng (Cascaded Switch Topology) Topology mạng đa chuyển mạch phức tạp topology chuyển mạch nối tầng (hình 5) Topology bao gồm số lượng tương đối nhỏ chuyển mạch liên kết với theo kiểu tuyến tính Hình 2.7 Topology chuyển mạch nối tầng liên kết với chuyển mạch Chuyển mạch cuối fabric liên kết với chuyển mạch cách sử dụng thêm đường ISL (Inter-Switch Link) tạo thành topology ring Topology chuyển mạch nối tầng có đặc điểm: - Sử dụng số lượng cổng tối thiểu để liên kết chuyển mạch - Các chuyển mạch nối tầng khơng có chuyển mạch dự phòng (nếu chúng khơng đưa vào vòng) Do đó, chuyển mạch có cố dẫn tới fabric bị chia tách Kết thiết bị nối với chuyển mạch truy nhập vào thiết bị chuyển mạch khác * Topology fabric lưới (Mesh Fabric Topology) Topology fabric lưới (hình 6) bao gồm chuyển mạch (3 đến chuyển mạch) nối với số dạng hình học Tất chuyển mạch fabric liên kết với Fabric cung cấp đường nối dự phòng để đảm bảo mạng SAN hoạt động chuyển mạch đơn lẻ mạng gặp cố 20 Hình 2.8 Liên kết chuyển mạch Topology fabric lưới Topology Fbric lưới mở rộng cách thêm cách chuyển mạch cần thiết Ngồi ra, topology có số lượng dự phòng bị giới hạn đường dẫn bổ sung chuyển mạch * Topology SAN Building-Block Fabric Topology SAN Building-Block Fabric (hình 7) dựa nhiều chuyển mạch nhỏ (gọi building-block) nối với cách sử dụng đượng trục (backbone) nhiều chuyển mạch Hình 2.9 Liên kết Topology SAN Building-Blockfabric Topology dễ dàng thực mạng SAN có quy mơ số lượng cổng lớn Mỗi building-Block gồm đường dẫn dự phòng cung cấp kết nối xác với chuyển mạch đường trục Tồn fabric thiết lập theo kiểu dự phòng Topology có đặc điểm: Thực đơn giản thiết lập mạng SAN có quy mô lớn Mạng SAN thiết lập cách đặt building-block với chuyển mạch liên kết Hình minh họa mạng SAN với building-block liên kết với 21 Các chuyển mạch đường trục nối building-block với sử dụng điểm tập trung cho thiết bị sử dụng chung cách thường xuyên (heavily share device) ổ băng, thiết bị lưu trữ Sử dụng nhiều cổng để liên kết chuyển mạch gây lãng phí cổng Hình 2.10 Mạng SAN dựa Building-Block chuyển mạch liên kết * Topology SAN Island Topology SAN Island công ty BCS (Brocade Communications Systems) đưa Topology sử dụng khii phòng chức trung tâm muốn có khả dùng chung số thiết bị Topology SAN Island thiết lập cách sử dụng chuyển mạch đường trục kết nối mạng SAN phòng trung tâm với Tất thiết bị dùng chung ổ băng từ thiết bị lưu trữ khác nối với chuyển mạch đường trục Bằng cách chia vùng, mạng SAN phòng tùy theo nhu cầu, bảo vệ khỏi truy nhập từ bên ngồi thiết lập để dùng chung Hình minh họa mạng SAN liên kết với sử dụng topology SAN Island 22 Hình 2.11 Liên kết topology SAN Island * Mạng Metropolitan Wide Area SAN Mạng Metropolitan Wide Area SAN sử dụng để kết nối mạng SAN phạm vi vùng (khoảng cách tới 100km) Khi thực mạng Metropolitan SAN, tiêu chuẩn Fibre channel áp dụng cách sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng (DWDM – Dense Wavelength Division Multipexer) Những DWDM thiết lập biên giới mạng để kết nối mạng SAN với Các DWDM liên kết với tạo thành cấu trúc vòng (ring) Hình 10 minh hạo mạng Metropolitan Area SAN sử dụng ba DWDM Hình 2.12 Mạng SAN mở rộng thành Metropo litan Area SAN sử dụng DWDM 23 Mạng Wide Area SAN sử dụng để kết nối mạng lưu trữ trung tâm lưu trữ phạm vi quốc gia (nationwide) Phương pháp phổ biến để thực mạng Wide Area SAN sử dụng Fibre Channel qua ATM (Assynchronous Transfer Mode) truyền tải SONET (Synchronous Optical Network) Hình 2.13 Mạng SAN mở rộng thành Wide Area SAN sử dụng ATM qua SONET 2.3.2.4 Topology mạng dự phòng * Dự phòng bản: Dự phòng mạng lưu trữ thực spps phương pháp khác thực hai mức bản, mức thiết bị mức mạng Thực dự phòng mức thiết bị: Các thành phần thiết bị quan trọng mạng SAN có khả chuyển đổi nóng (hot-swappable) để q trình thay thiết bị khơng phải tắt nguồn thành phần hỏng Các thành phần thiết bị nhân đơi để hỏng hóc thành phần khơng ảnh hưởng tới tiêu thiết bị Thành phần thiết bị nhân đôi nguồn cấp điện, điều khiển kép cho thiết bị RAID, đầu điện áp AC kép hai quạt làm mát Thực dự phòng mức mạng: Các server trang bị với HBA kép để server nối với hai chuyển mạch khác fabric Một cách tương tự, khối lưu trữ có cổng kép nối tới hai chuyển mạch khác fabric Bằng cách này, hỏng hóc chuyển mạch fabric khơng truy nhập vào server khối lưu trữ nối với Nhiều đường dẫn thiết lập fabric để đảm bảo có đường dẫn chuyển mạch chuyển mạch đường ngắn bị cố Trong trường hợp cần thiết, tồn mạng kết nối nhân đơi để tạo thành dự phòng hồn tồn mạng chống lỗi - Topology Remote mirroring Topology Remote mirroring bổ sung mức dự phòng khác chí tốt mặt thời gian chuyển đổi từ thiết bị sang dự phòng so với cấu hình dự phòng đơn giản topology khơng phụ thuộc vào vị trí đơn lẻ Các cấu hình dự phòng đơn giản mức thiết bị mức mạng cho dù hoạt động tốt nhạy cảm với số thảm họa lửa, động đất 24 thiên tai khác Những thảm họa làm tê liệt mạng phá hủy liệu Các cấu hình Remote Mirroring cung cấp khả chịu thảm họa hoàn toàn cách thiết lập (duplicate) mạng SAN vị trí cách xa Hình 2.14 Topology Remote mirroring sử dụng Fibre Channal Tất khối lưu trữ mạng đường trục nhân đơi Vì có lưu lượng liệu tương đối lớn truyền mạng cục mạng xa, cần thiết có nhiều đường dẫn nối chúng Hai mạng nối với sử dụng sợi quang đơn mode cho phép khoảng cách truyền dẫn lên tới 70km qya chuyển mạch nối tầng hay 10hm sử dụng chuyển mạch đơn lẻ Một lựa chọn khác để thực cấu hình remote mirroring cung cấp kết nối từ xa qua mạng WAN (Wide Area Network) Khi đó, khoảng cách hai mạng lớn Một số tùy chọn khác cho đường nối từ xa WAN gồm có ATM IP qua SONET Hình 2.15 Topology Remote mirroring sử dụng WAN cho đường nối xa 25 Chương DEMO CẤU HÌNH SAN VÀ FAILOVER CLUSTER (Xem file cấu hình) 26