شبكة منطقة التخزين

شبكة منطقة التخزين ( SAN ) أو شبكة التخزين هي شبكة حاسوبية توفر الوصول إلى تخزين البيانات الموحد على مستوى الكتل . تُستخدم شبكات SAN بشكل أساسي للوصول إلى أجهزة تخزين البيانات ، مثل مصفوفات الأقراص ومكتبات الأشرطة ، من الخوادم بحيث تظهر هذه الأجهزة لنظام التشغيل كوحدات تخزين متصلة مباشرة . عادةً ما تكون شبكة SAN شبكة مخصصة لأجهزة التخزين لا يمكن الوصول إليها عبر الشبكة المحلية (LAN).

على الرغم من أن شبكة التخزين الشبكية (SAN) توفر الوصول على مستوى الكتلة فقط، إلا أن أنظمة الملفات المبنية على شبكات التخزين الشبكية (SAN) توفر الوصول على مستوى الملف وتُعرف باسم أنظمة الملفات ذات القرص المشترك .

تتيح تكوينات SAN الأحدث SAN الهجينة [ 1 ] وتسمح بتخزين الكتل التقليدي الذي يظهر كتخزين محلي ولكن أيضًا تخزين الكائنات لخدمات الويب من خلال واجهات برمجة التطبيقات.

بنى التخزين

تقوم شبكة التخزين عبر قناة الألياف بتوصيل الخوادم بوحدات التخزين عبر محولات قناة الألياف.

تُعرف شبكات منطقة التخزين (SANs) أحيانًا باسم "الشبكة خلف الخوادم" [ 2 ] : 11 ، وقد تطورت تاريخيًا من نموذج تخزين بيانات مركزي ، ولكن بشبكة بيانات خاصة بها . شبكة منطقة التخزين، ببساطة، هي شبكة مخصصة لتخزين البيانات. بالإضافة إلى تخزين البيانات، تتيح شبكات منطقة التخزين النسخ الاحتياطي التلقائي للبيانات، ومراقبة التخزين وعملية النسخ الاحتياطي. [ 3 ] : 16-17 شبكة منطقة التخزين هي مزيج من الأجهزة والبرامج. [ 3 ] : 9 نشأت من بنى الحواسيب المركزية التي تركز على البيانات ، حيث يمكن للعملاء في الشبكة الاتصال بالعديد من الخوادم التي تخزن أنواعًا مختلفة من البيانات. [ 3 ] : 11 لتوسيع سعات التخزين مع نمو أحجام البيانات، تم تطوير التخزين المتصل مباشرة (DAS)، حيث يتم توصيل مصفوفات الأقراص أو مجموعة من الأقراص (JBODs) بالخوادم. في هذه البنية، يمكن إضافة أجهزة تخزين لزيادة سعة التخزين. مع ذلك، يُعد الخادم الذي يتم من خلاله الوصول إلى أجهزة التخزين نقطة فشل واحدة ، ويُستخدم جزء كبير من عرض نطاق شبكة LAN للوصول إلى البيانات وتخزينها ونسخها احتياطيًا. ولحل مشكلة نقطة الفشل الواحدة، تم تطبيق بنية تخزين مشتركة متصلة مباشرة ، حيث يمكن لعدة خوادم الوصول إلى جهاز التخزين نفسه. [ 3 ] : 16-17

كان نظام التخزين المباشر (DAS) أول نظام تخزين شبكي، ولا يزال يُستخدم على نطاق واسع في الحالات التي لا تتطلب فيها متطلبات تخزين البيانات مستويات عالية. ومنه تطورت بنية التخزين المتصل بالشبكة (NAS)، حيث يتم توفير خادم ملفات واحد أو أكثر مخصص ، أو أجهزة تخزين، ضمن شبكة محلية (LAN). [ 3 ] : 18 لذلك، لا يزال نقل البيانات، وخاصةً لأغراض النسخ الاحتياطي، يتم عبر الشبكة المحلية الحالية. إذا تم تخزين أكثر من تيرابايت من البيانات في أي وقت، يصبح عرض نطاق الشبكة المحلية عائقًا. [ 3 ] : 21-22 لذلك، تم تطوير شبكات التخزين (SAN)، حيث يتم ربط شبكة تخزين مخصصة بالشبكة المحلية، ويتم نقل تيرابايتات من البيانات عبر شبكة مخصصة عالية السرعة وعرض النطاق. داخل شبكة التخزين، تكون أجهزة التخزين متصلة ببعضها البعض. يتم نقل البيانات بين أجهزة التخزين، كما هو الحال في النسخ الاحتياطي، خلف الخوادم، ومن المفترض أن يكون ذلك شفافًا. [ 3 ] : 22 في بنية التخزين المتصل بالشبكة (NAS)، يتم نقل البيانات باستخدام بروتوكولات TCP و IP عبر الإيثرنت . طُوِّرت بروتوكولات مُختلفة لشبكات التخزين الشبكية (SANs)، مثل Fibre Channel و iSCSI و Infiniband . ولذلك، غالبًا ما تحتوي شبكات التخزين الشبكية على أجهزة شبكة وتخزين خاصة بها، والتي يجب شراؤها وتركيبها وتهيئتها. وهذا ما يجعل شبكات التخزين الشبكية أغلى ثمنًا من بنى التخزين الشبكية (NAS). [ 3 ] : 29

عناصر

 بطاقة محول ناقل مضيف FC ثنائية المنفذ 8 جيجابت

تحتوي شبكات التخزين (SAN) على أجهزة شبكية خاصة بها، مثل محولات SAN. وللوصول إلى شبكة التخزين، تُستخدم ما يُسمى بخوادم SAN، والتي بدورها تتصل بمحولات مضيف SAN . ويمكن ربط مجموعة متنوعة من أجهزة تخزين البيانات داخل شبكة التخزين، مثل مصفوفات الأقراص المتوافقة مع SAN، ووحدات JBOD، ومكتبات الأشرطة . [ 3 ] : 32، 35-36

طبقة المضيف

تُشكل الخوادم التي تُتيح الوصول إلى شبكة التخزين (SAN) وأجهزة التخزين التابعة لها طبقة المضيف في شبكة التخزين. تحتوي هذه الخوادم على محولات مضيف، وهي عبارة عن بطاقات تُركّب في فتحات على اللوحة الأم للخادم (عادةً فتحات PCI) وتعمل ببرنامج ثابت وبرنامج تشغيل خاصين بها . من خلال محولات المضيف، يستطيع نظام تشغيل الخادم التواصل مع أجهزة التخزين في شبكة التخزين. [ 4 ] : ​​26

في تطبيقات قناة الألياف، يتصل الكابل بمحول المضيف عبر محول واجهة جيجابت (GBIC). تُستخدم محولات GBIC أيضًا في المحولات وأجهزة التخزين داخل شبكة التخزين (SAN)، حيث تُحوّل البتات الرقمية إلى نبضات ضوئية يمكن نقلها عبر كابلات قناة الألياف. في المقابل، يُحوّل GBIC النبضات الضوئية الواردة مرة أخرى إلى بتات رقمية. كان يُطلق على سلف GBIC اسم وحدة وصلة جيجابت (GLM). [ 4 ] : ​​27

طبقة القماش

مفتاح Qlogic SAN مزود بموصلات قناة الألياف الضوئية

تتكون طبقة البنية التحتية من أجهزة شبكة SAN التي تشمل محولات SAN ، وأجهزة التوجيه، وجسور البروتوكول، وأجهزة البوابة، والكابلات. تنقل أجهزة شبكة SAN البيانات داخل شبكة SAN، أو بين مُهيئ ، مثل منفذ HBA الخاص بالخادم، وهدف ، مثل منفذ جهاز التخزين.

عند إنشاء شبكات التخزين (SAN) لأول مرة، كانت الموزعات هي الأجهزة الوحيدة القادرة على استخدام تقنية قناة الألياف، ولكن مع تطوير محولات قناة الألياف، أصبح استخدام الموزعات نادرًا في شبكات التخزين. تتميز المحولات عن الموزعات بقدرتها على تمكين جميع الأجهزة المتصلة بها من التواصل في وقت واحد، حيث يوفر المحول رابطًا مخصصًا لربط جميع منافذه ببعضها البعض. [ 4 ] : ​​34 عند إنشاء شبكات التخزين لأول مرة، كان لا بد من استخدام كابلات نحاسية لتنفيذ تقنية قناة الألياف، أما اليوم فتُستخدم كابلات الألياف الضوئية متعددة الأنماط في شبكات التخزين. [ 4 ] : ​​40

تُبنى شبكات التخزين (SAN) عادةً مع مراعاة التكرار، لذا تُوصل محولات SAN بوصلات زائدة. تربط محولات SAN الخوادم بأجهزة التخزين، وهي عادةً غير مانعة، مما يسمح بنقل البيانات عبر جميع الأسلاك المتصلة في الوقت نفسه. [ 4 ] : ​​29 تُستخدم محولات SAN لأغراض التكرار، وتُنشأ في بنية شبكية . يمكن أن يحتوي محول SAN واحد على 8 منافذ كحد أدنى، وما يصل إلى 32 منفذًا مع وحدات التوسعة المعيارية. [ 4 ] : ​​35 أما محولات فئة المدير، فيمكن أن تحتوي على ما يصل إلى 128 منفذًا. [ 4 ] : ​​36

في شبكات التخزين المُبدَّلة (SAN)، يُستخدم بروتوكول FC-SW-6 الخاص بشبكة الألياف الضوئية، حيث يمتلك كل جهاز في الشبكة عنوان اسم عالمي (WWN) مُضمَّنًا في مُهايئ ناقل المضيف (HBA). عند توصيل جهاز بشبكة التخزين، يُسجَّل عنوان WWN الخاص به في خادم أسماء مُبدِّل الشبكة. [ 4 ] : ​​47 بدلاً من عنوان WWN، أو اسم المنفذ العالمي (WWPN)، قد يُضمِّن مُصنِّعو أجهزة تخزين شبكة الألياف الضوئية اسم عقدة عالمي (WWNN) مُضمَّنًا. غالبًا ما تبدأ عناوين WWN لمنافذ أجهزة التخزين بالرقم 5، بينما تبدأ عناوين WWN لمُهايئات ناقل الخوادم بالرقم 10 أو 21. [ 4 ] : ​​47

طبقة التخزين

قناة الألياف هي تقنية متعددة الطبقات تبدأ من الطبقة المادية وتتقدم عبر البروتوكولات إلى بروتوكولات المستوى الأعلى مثل SCSI و SBCCS.

يُستخدم بروتوكول واجهة أنظمة الحواسيب الصغيرة التسلسلية (SCSI) غالبًا فوق بروتوكول شبكة الألياف الضوئية في الخوادم وأجهزة تخزين SAN. كما يُمكن إيجاد بروتوكولات واجهة أنظمة الحواسيب الصغيرة عبر الإنترنت (iSCSI) عبر الإيثرنت وبروتوكولات إنفينيباند مُطبقة في شبكات SAN، ولكنها غالبًا ما تكون مُدمجة مع شبكة الألياف الضوئية. ومع ذلك، تتوفر أجهزة تخزين إنفينيباند وiSCSI، وخاصةً مصفوفات الأقراص. [ 4 ] : ​​47-48

تُشكل أجهزة التخزين المختلفة في شبكة التخزين (SAN) طبقة التخزين . قد تشمل هذه الطبقة مجموعة متنوعة من الأقراص الصلبة وأجهزة الأشرطة المغناطيسية التي تخزن البيانات. في شبكات التخزين، يتم ربط مصفوفات الأقراص عبر تقنية RAID، مما يجعل العديد من الأقراص الصلبة تبدو وتعمل كوحدة تخزين واحدة كبيرة. [ 4 ] : ​​48 لكل جهاز تخزين، أو حتى قسم منه، رقم وحدة منطقية (LUN) مُخصص له. هذا رقم فريد ضمن شبكة التخزين. يمكن لأي عقدة في شبكة التخزين، سواء كانت خادمًا أو جهاز تخزين آخر، الوصول إلى التخزين بالرجوع إلى رقم الوحدة المنطقية. تسمح وحدات LUN بتقسيم سعة التخزين في شبكة التخزين وتطبيق ضوابط الوصول. على سبيل المثال، قد يُمنح خادم معين، أو مجموعة من الخوادم، حق الوصول إلى جزء محدد فقط من طبقة تخزين شبكة التخزين، وذلك في شكل وحدات LUN. عندما يتلقى جهاز تخزين طلبًا لقراءة البيانات أو كتابتها، فإنه يتحقق من قائمة الوصول الخاصة به لتحديد ما إذا كان مسموحًا للعقدة، المُعرَّفة بواسطة رقم وحدة التخزين المنطقية (LUN)، بالوصول إلى منطقة التخزين، المُعرَّفة أيضًا بواسطة رقم وحدة تخزين منطقية (LUN). [ 4 ] : ​​148-149. يُعدّ إخفاء رقم وحدة التخزين المنطقية (LUN) تقنيةً يقوم بموجبها مُهايئ ناقل المضيف وبرنامج شبكة التخزين (SAN) الخاص بالخادم بتقييد أرقام وحدات التخزين المنطقية (LUNs) التي تُقبل الأوامر لها. وبذلك، يتم إخفاء أرقام وحدات التخزين المنطقية (LUNs) التي لا ينبغي للخادم الوصول إليها مطلقًا. [ 4 ] : ​​354. هناك طريقة أخرى لتقييد وصول الخادم إلى أجهزة تخزين معينة في شبكة التخزين (SAN)، وهي التحكم في الوصول القائم على البنية، أو تقسيم المناطق، والذي يتم فرضه بواسطة أجهزة شبكة التخزين (SAN) والخوادم. في ظل تقسيم المناطق، يقتصر وصول الخادم على أجهزة التخزين الموجودة في منطقة معينة من شبكة التخزين (SAN). [ 5 ]

بروتوكولات الشبكة

تُستخدم طبقة ربط مع بروتوكولات أخرى لتشكيل شبكة:

يمكن أيضًا إنشاء شبكات التخزين باستخدام تقنيات SAS و SATA. تطورت تقنية SAS من تقنية SCSI للتخزين المتصل مباشرة، بينما تطورت تقنية SATA من تقنية Parallel ATA للتخزين المتصل مباشرة. ويمكن ربط أجهزة SAS وSATA بشبكة باستخدام موسعات SAS .

أمثلة على البروتوكولات المكدسة باستخدام SCSI
التطبيقات
طبقة SCSI
FCPFCPFCPFCPiSCSIآيزرسعر التجزئة المقترح
FCIPiFCP
بروتوكول التحكم بالنقل (TCP)نقل RDMA
كلية التميز في كلية التميزالملكية الفكريةشبكة IP أو شبكة InfiniBand
نادي كرة القدمإيثرنتوصلة إيثرنت أو وصلة إنفينيباند

برمجة

تُعرّف جمعية صناعة شبكات التخزين (SNIA) شبكة التخزين (SAN) بأنها "شبكة يكون غرضها الأساسي نقل البيانات بين أنظمة الحاسوب وعناصر التخزين". لكن شبكة التخزين لا تقتصر على بنية تحتية للاتصالات فحسب، بل تتضمن أيضًا طبقة إدارة برمجية . يُنظّم هذا البرنامج الخوادم وأجهزة التخزين والشبكة بحيث يُمكن نقل البيانات وتخزينها. ولأن شبكة التخزين لا تستخدم التخزين المتصل مباشرةً (DAS)، فإن أجهزة التخزين فيها لا يملكها أو يُديرها خادم. [ 2 ] : 11 تُمكّن شبكة التخزين الخادم من الوصول إلى سعة تخزين بيانات كبيرة، وقد تكون هذه السعة متاحة أيضًا لخوادم أخرى. [ 2 ] : 12 علاوة على ذلك، يجب أن يضمن برنامج شبكة التخزين نقل البيانات مباشرةً بين أجهزة التخزين داخل الشبكة، بأقل تدخل ممكن من الخادم. [ 2 ] : 13

يُثبّت برنامج إدارة شبكات التخزين (SAN) على خادم واحد أو أكثر، وتُثبّت أجهزة إدارة العملاء على وحدات التخزين. وقد تطورت منهجان في برامج إدارة شبكات التخزين: الإدارة داخل النطاق والإدارة خارج النطاق. تعني الإدارة داخل النطاق أن بيانات الإدارة بين الخادم ووحدات التخزين تُنقل عبر نفس الشبكة التي تُنقل عليها بيانات التخزين. بينما تعني الإدارة خارج النطاق أن بيانات الإدارة تُنقل عبر روابط مخصصة. [ 2 ] : 174 يجمع برنامج إدارة شبكات التخزين بيانات الإدارة من جميع وحدات التخزين في طبقة التخزين. ويشمل ذلك معلومات حول حالات فشل القراءة والكتابة، واختناقات سعة التخزين، وفشل وحدات التخزين. قد يتكامل برنامج إدارة شبكات التخزين مع بروتوكول إدارة الشبكة البسيط (SNMP). [ 2 ] : 176

في عام ١٩٩٩، تم تقديم نموذج المعلومات المشترك (CIM)، وهو معيار مفتوح، لإدارة أجهزة التخزين وتوفير قابلية التشغيل البيني. يُطلق على النسخة المستندة إلى الويب من CIM اسم إدارة المؤسسات المستندة إلى الويب (WBEM)، وهي تُعرّف كائنات أجهزة تخزين SAN وتُعالج المعاملات. يتضمن استخدام هذه البروتوكولات مدير كائنات CIM (CIMOM) لإدارة الكائنات والتفاعلات، مما يسمح بالإدارة المركزية لأجهزة تخزين SAN. يمكن أيضًا تحقيق الإدارة الأساسية لأجهزة SAN من خلال مواصفات واجهة إدارة التخزين (SMI-S)، حيث يتم تسجيل كائنات وعمليات CIM في دليل. يمكن لتطبيقات البرامج والأنظمة الفرعية بعد ذلك الاستفادة من هذا الدليل. [ ٢ ] : ١٧٧ تتوفر أيضًا تطبيقات برامج الإدارة لتكوين أجهزة تخزين SAN، مما يسمح، على سبيل المثال، بتكوين المناطق ووحدات التخزين المنطقية (LUNs). [ ٢ ] : ١٧٨

في نهاية المطاف، تتوفر أجهزة شبكات التخزين (SAN) من العديد من الموردين، ولكل مورد برامج إدارة وتكوين خاصة به. ولا يمكن تحقيق الإدارة المشتركة في شبكات التخزين التي تضم أجهزة من موردين مختلفين إلا إذا أتاح الموردون واجهة برمجة التطبيقات (API) لأجهزتهم للموردين الآخرين. في هذه الحالة، يمكن لبرامج إدارة شبكات التخزين ذات المستوى الأعلى إدارة أجهزة شبكات التخزين من الموردين الآخرين. [ 2 ] : 180

دعم أنظمة الملفات

في شبكة التخزين (SAN)، تُنقل البيانات وتُخزن ويُتاح الوصول إليها على مستوى الكتل. ولذلك، لا توفر شبكة التخزين تجريدًا لملفات البيانات ، بل توفر فقط التخزين والعمليات على مستوى الكتل . تحتفظ أنظمة تشغيل الخوادم بأنظمة ملفاتها الخاصة على وحدات تخزين منطقية (LUNs) مخصصة وغير مشتركة على شبكة التخزين، كما لو كانت محلية. إذا حاولت أنظمة متعددة مشاركة وحدة تخزين منطقية واحدة، فسيتداخل ذلك مع بعضها البعض ويؤدي إلى تلف البيانات بسرعة. أي مشاركة مُخطط لها للبيانات على أجهزة كمبيوتر مختلفة داخل وحدة تخزين منطقية تتطلب برمجيات. وقد طُوّرت أنظمة ملفات للعمل مع برمجيات شبكة التخزين لتوفير الوصول على مستوى الملفات . تُعرف هذه الأنظمة باسم أنظمة ملفات الأقراص المشتركة .

في مجال الإعلام والترفيه

تتطلب أنظمة تحرير الفيديو معدلات نقل بيانات عالية جدًا وزمن استجابة منخفضًا للغاية. غالبًا ما يُشار إلى شبكات التخزين (SAN) في مجال الإعلام والترفيه باسم "الشبكات بلا خوادم" نظرًا لطبيعة تكوينها الذي يضع عملاء سطح المكتب الذين يقومون بتنفيذ عمليات الفيديو (الاستيعاب، التحرير، التشغيل) مباشرةً على شبكة التخزين بدلًا من ربطهم بالخوادم. تتم إدارة تدفق البيانات بواسطة نظام ملفات موزع. يُعد التحكم في استخدام النطاق الترددي لكل عقدة، والذي يُشار إليه أحيانًا بجودة الخدمة (QoS)، بالغ الأهمية في تحرير الفيديو لأنه يضمن استخدامًا عادلًا ومُرتبًا حسب الأولوية للنطاق الترددي عبر الشبكة.

جودة الخدمة

تُمكّن جودة خدمة تخزين شبكة التخزين (SAN QoS) من حساب أداء التخزين المطلوب والحفاظ عليه لعملاء الشبكة الذين يصلون إلى الجهاز. ومن العوامل التي تؤثر على جودة خدمة شبكة التخزين ما يلي:

بدلاً من ذلك، يمكن استخدام التخصيص الزائد لتوفير سعة إضافية للتعويض عن ذروة أحمال حركة مرور الشبكة. مع ذلك، عندما تكون أحمال الشبكة غير قابلة للتنبؤ، قد يؤدي التخصيص الزائد في النهاية إلى استهلاك كامل عرض النطاق الترددي وزيادة زمن الاستجابة بشكل ملحوظ، مما ينتج عنه تدهور في أداء شبكة التخزين.

التخزين الافتراضي

تُعرف عملية المحاكاة الافتراضية للتخزين بأنها فصل التخزين المنطقي عن التخزين الفعلي. حيث تُجمع موارد التخزين الفعلية في مجموعات تخزين، ومنها يُنشأ التخزين المنطقي. تُوفر هذه العملية للمستخدم مساحة منطقية لتخزين البيانات، وتتولى بشفافية عملية ربطها بالموقع الفعلي، وهو مفهوم يُعرف بشفافية الموقع . يُطبق هذا في مصفوفات الأقراص الحديثة، غالبًا باستخدام تقنيات خاصة بالموردين. مع ذلك، يهدف المحاكاة الافتراضية للتخزين إلى تجميع مصفوفات أقراص متعددة من موردين مختلفين، موزعة على شبكة، في جهاز تخزين واحد. وبذلك، يُمكن إدارة جهاز التخزين الواحد بشكل موحد. [ 8 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. "سلسلة Water Panther Expanse SAN | محركات الأقراص الصلبة ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة لمراكز بيانات المؤسسات" . Water Panther . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18 يوليو 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 يوليو 2022 .
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 جون تيت؛ بال بيك؛ هيكتور هوغو إيبارا؛ شانموغاناثان كومارافيل؛ ليبور ميكلاس (2017). "مقدمة في شبكات منطقة التخزين" (ملف PDF) . ريد بوكس، آي بي إم. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 1 يناير 2020. تم الاطلاع عليه في 15 سبتمبر 2011 .
  3. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ٧ ٨ ٩ طبعة خاصة: استخدام شبكات منطقة التخزين . دار نشر كيو. ٢٠٠٢. رقم ISBN 978-0-7897-2574-5.
  4. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ٧ ٨ ٩ ١٠ ١١ ١٢ ١٣ كريستوفر بولكر؛ أليكس نيكيتين، محرران. (٢٠٠٩). شبكات منطقة التخزين للمبتدئين . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-0-470-47134-0.
  5. ↑ ريتشارد باركر ؛ بول ماسيليا (2002). أساسيات شبكات منطقة التخزين: دليل شامل لفهم وتطبيق شبكات منطقة التخزين . جون وايلي وأولاده. ص 198. ISBN  978-0-471-26711-9.
  6. "موسوعة التقنية: تخزين بروتوكول الإنترنت" . مؤرشف من الأصل في 9 أبريل 2009. تم الاطلاع عليه في 9 ديسمبر 2007 .
  7. "موسوعة التقنية: SANoIP" . مؤرشف من الأصل في 9 أبريل 2009. تم الاطلاع عليه في 9 ديسمبر 2007 .
  8. مجلة الكمبيوتر الشخصي. "التخزين الافتراضي" . موسوعة مجلة الكمبيوتر الشخصي . مؤرشف من الأصل في 30 أغسطس 2019. تم الاطلاع عليه في 17 أكتوبر 2017 .