Протоколы сетей хранения данных

Часть I – ATA over Ethernet (AoE)

Антон Борисов

Задача современных систем обработки информации – надежное хранение данных. Сегодня мы поговорим о SAN (Storage Area Networks), а если быть точнее, то о протоколах, которые обеспечивают их надежность и безопасность обрабатываемых данных.

В крупных компаниях SAN соединяет многочисленные сервера к централизованному пулу дисков хранения. По сравнению с администрированием сотни серверов, где каждый из них имеет собственное дисковое хранилище, сети SAN упрощают эксплуатацию и обслуживание. Однако есть недостаток в использовании SAN – каждое устройство (дисковый массив) «принадлежит» серверу, который инициировал соединение. В отличие от SAN этого недостатка нет у NAS (Network Attached Storage), где доступ от многих серверов к одному файлу не блокируется и информация от такого взаимодействия не теряется. Впрочем, превратить SAN в NAS просто – следует использовать кластерные файловые системы – GFS (Global File System) [2], OCFS2 (Oracle Cluster File System) [3] и аналогичные.

На каких технологиях строятся современные SAN-сети? Широкоизвестным видом является FiberChannel (оптический канал передачи данных). Название FiberChannel не должно вас пугать – этот тип соединения может быть реализован и на основе витой пары (см. Wikipedia [1]). Типичная сеть состоит из нескольких оптических коммутаторов, которые соединены между собой и посредством HBA (Host Bus Adapter) подключены к дискам. Передача данных основана на протоколе SCSI. Не стоит говорить, что это самое дорогое решение.                

Конкурентом технологии FiberChannel является iSCSI-протокол. Передача данных в этом случае производится не по оптическим каналам, а по витой паре (ethernet). Сеть в данном случае представлена ethernet-коммутатороми и UTP-кабелями категории 5e/6. Работа протокола iSCSI полагается на функционирование TCP/IP-протокола.

Следующим протоколом, который используется при разработке SAN-сетей, является AoE (ATA over Ethernet). ATA-протокол инкапсулируется в ethernet-кадры и в отличие от iSCSI не предусмотрен для маршрутизации. Однако AoE обладает интересной реализацией обнаружения AoE-устройств.

Наиболее перспективной и проработанной технологией можно считать протокол HyperSCSI, который в некоторой степени похож на iSCSI, но не использует TCP/IP в качестве своей основы. В заключительной части этого цикла статей я приведу результаты измерения скоростных характеристик, а сейчас немного вас заинтригую – как оказалось, AoE не самый быстрый протокол.

Сегодняшняя статья посвящена, пожалуй, самому молодому и амбициозно продвигаемому протоколу – AoE (ATA over Ethernet). Впервые о нем широко заговорили в 2004 году. Компания – разработчик протокола и на сегодняшний день единственный производитель устройств хранения информации, работающих с этим протоколом – Coraid Inc. [4]. Коротко охарактеризовать данный протокол можно фразой – «ATA-команды инкапсулируются в ethernet-кадры». Протокол уже получил свой номер в организации IANA, поэтому включение его поддержки в маршрутизаторы – дело ближайшего времени. Хотя было бы наивно думать, что сам по себе протокол будет поддержан всеми производителями коммуникационного оборудования. Впрочем, немало зависит и от настойчивости самой фирмы Coraid.

Краткий экскурс в основу протокола AoE

Рассмотрим заголовок ethernet-пакета для протокола AoE (см. рис. 1). Первые 14 байт в заголовке типичны для ethernet-пакета. Что же касается полей Ver, Flags, Error, то они детально расписаны в документации на протокол AoE [5].

Рисунок 1. Заголовок ethernet-пакета для протокола AoE

Содержимое поля Arg зависит от того, какую команду передали в поле Command. Существует два варианта – «Выполнить ATA-команду» (Command 0) и «Запросить конфигурационную информацию» (Command 1). Первая команда передается на сторону сервера, и ATA-устройство сервера исполняет ATA-команды, которые скомпонованы в блоке Arg. Ethernet-пакет для протокола AoE запрещается разбивать на более мелкие фрагменты. Вторая команда предназначена для обнаружения и управления AoE-устройствами. Вот такой простой протокол получился.