SAN چیست؟ راهنمای جامع شبکه ذخیره‌سازی (Storage Area Network)

SAN مخفف Storage Area Network و به معنی «شبکه ذخیره‌سازی» است؛ شبکه‌ای تخصصی که برای ایجاد ارتباط سریع، پایدار و قابل مدیریت میان سرورها و تجهیزات ذخیره‌سازی طراحی می‌شود. برخلاف ذخیره‌سازی محلی که هارد دیسک یا SSD مستقیماً داخل یک سرور قرار دارد، در معماری SAN منابع ذخیره‌سازی می‌توانند به‌صورت متمرکز در اختیار چندین سرور قرار بگیرند.

نکته مهم این است که SAN یک دستگاه ذخیره‌سازی نیست، بلکه یک شبکه ذخیره‌سازی است. در بازار IT اصطلاحاتی مانند «SAN Storage» یا «دستگاه SAN» زیاد استفاده می‌شود و معمولاً منظور از آنها Storage Array متصل به SAN است؛ اما از نظر فنی، SAN مجموعه‌ای از Hostها، رابط‌های ارتباطی، سوئیچ‌ها، مسیرهای انتقال داده، تجهیزات ذخیره‌سازی و نرم‌افزارهای مدیریتی است.

در بسیاری از پیاده‌سازی‌ها، Storage از طریق SAN به‌صورت Block-Level در اختیار Host قرار می‌گیرد. در نتیجه سیستم‌عامل سرور می‌تواند فضای ارائه‌شده را مشابه یک دیسک محلی ببیند و روی آن Partition، File System یا ساختار موردنیاز نرم‌افزار را ایجاد کند. همین موضوع یکی از تفاوت‌های بنیادی SAN با NAS است.

SAN چگونه کار می‌کند؟

برای درک عملکرد SAN تصور کنید چند سرور فیزیکی یا میزبان مجازی‌سازی داریم که همگی به فضای ذخیره‌سازی مشترک نیاز دارند. به‌جای قرار دادن تعداد زیادی دیسک داخل هر سرور، یک یا چند Storage Array مرکزی در شبکه قرار می‌گیرد و ظرفیت آنها از طریق SAN در اختیار سرورها قرار می‌گیرد.

مسیر ساده دسترسی را می‌توان به‌صورت Server → HBA/NIC → SAN Fabric/Switch → Storage Controller → Storage Array در نظر گرفت. Storage Array ظرفیت فیزیکی موجود روی HDDها یا SSDها را مدیریت کرده و بخش‌هایی از آن را به شکل Volume یا LUN در اختیار Hostهای مشخص قرار می‌دهد.

پس از ارائه LUN به Host، سیستم‌عامل آن را به‌عنوان یک Block Device شناسایی می‌کند. در این مرحله می‌توان روی آن File System ساخت یا آن را در اختیار نرم‌افزارهایی مانند Database، Hypervisor یا Cluster قرار داد. در NAS معمولاً File System روی خود NAS مدیریت می‌شود و دسترسی از طریق پروتکل‌هایی مانند SMB یا NFS در سطح فایل انجام می‌شود.

اجزای اصلی شبکه SAN

یک SAN واقعی فقط از Storage تشکیل نشده است. معماری آن معمولاً از سه لایه اصلی Host، Fabric و Storage تشکیل می‌شود. کیفیت طراحی هر سه بخش روی Performance، Availability و قابلیت توسعه زیرساخت اثر مستقیم دارد.

Host یا سرور

Host همان سروری است که از فضای ذخیره‌سازی SAN استفاده می‌کند. این Host می‌تواند Database Server، میزبان VMware یا Hyper-V، سرور برنامه، سیستم پردازشی یا هر سیستم دیگری باشد که به Block Storage نیاز دارد.

در Fibre Channel SAN ارتباط سرور معمولاً توسط HBA یا Host Bus Adapter برقرار می‌شود. در iSCSI می‌توان از NICهای استاندارد Ethernet یا کارت‌هایی با قابلیت Offload استفاده کرد.

SAN Fabric

Fabric بخش ارتباطی SAN است و Hostها را به Storage متصل می‌کند. در یک FC SAN معمولاً Fibre Channel Switchها هسته اصلی Fabric را تشکیل می‌دهند. در معماری‌های حساس معمولاً دو Fabric مستقل با نام‌هایی مانند Fabric A و Fabric B ساخته می‌شوند تا خرابی یک مسیر باعث قطع کامل دسترسی نشود.

در چنین طراحی‌ای، Server و Storage از چند مسیر مستقل به یکدیگر متصل می‌شوند و Multipathing روی Host این مسیرها را مدیریت می‌کند. هدف این است که خرابی یک کابل، HBA، پورت یا Switch الزاماً باعث توقف سرویس نشود.

Storage Array

در انتهای SAN، Storage Array قرار دارد. Storage معمولاً شامل Controller، Cache، پورت‌های Host، دیسک‌های HDD یا SSD، RAID و اجزای افزونه است. Storage Controller درخواست‌های I/O را از Host دریافت کرده و آنها را به رسانه ذخیره‌سازی هدایت می‌کند.

بسته به محصول، Storage Array می‌تواند قابلیت‌هایی مانند Thin Provisioning، Snapshot، Replication، Tiering، Deduplication یا Compression نیز داشته باشد. برای نمونه، در مقاله استوریج Infortrend و EonStor می‌توانید با نمونه‌هایی از Storageهای سازمانی آشنا شوید.

LUN در SAN چیست؟

یکی از اصطلاحات مهم SAN واژه LUN یا Logical Unit Number است. Storage Array می‌تواند ظرفیت فیزیکی بزرگی داشته باشد، اما لازم نیست تمام این ظرفیت در اختیار یک سرور قرار بگیرد. مدیر Storage می‌تواند بخش‌های منطقی مختلفی ایجاد کرده و هرکدام را در اختیار Host یا گروهی از Hostها قرار دهد.

برای مثال یک Storage می‌تواند چند ده ترابایت ظرفیت داشته باشد، اما برای Database Server یک فضای منطقی، برای Cluster مجازی‌سازی فضای دیگری و برای Backup Server ظرفیت جداگانه‌ای ارائه کند. در استفاده روزمره اصطلاح LUN معمولاً برای اشاره به همین فضای Block-Level ارائه‌شده به Host به کار می‌رود.

SAN Switch چیست؟

SAN Switch وظیفه ایجاد ارتباط میان Hostها و Storageها را در Fabric بر عهده دارد. در شبکه Fibre Channel این تجهیزات برای FC Fabric طراحی شده‌اند و با Ethernet Switchهای معمول LAN یکسان نیستند.

SAN Switch علاوه بر انتقال ترافیک، در فرآیندهایی مانند شناسایی تجهیزات، مدیریت Fabric و Zoning نیز نقش دارد. در محیط‌های بزرگ ممکن است چندین Switch یا Director در معماری‌های Core/Edge استفاده شوند، در حالی که SANهای کوچک‌تر می‌توانند ساختار ساده‌تری داشته باشند.

Zoning و LUN Masking چه تفاوتی دارند؟

Zoning مشخص می‌کند کدام Initiatorها و Targetها در سطح Fabric امکان مشاهده و ارتباط با یکدیگر را داشته باشند. این کار علاوه بر جداسازی تجهیزات، دامنه ارتباطات را محدود می‌کند و مدیریت و عیب‌یابی SAN را ساده‌تر می‌سازد.

LUN Masking در سمت Storage انجام می‌شود و تعیین می‌کند کدام Host مجاز است کدام LUN را مشاهده کند. بنابراین Zoning و LUN Masking دو کنترل جداگانه و مکمل یکدیگر هستند.

Multipathing چیست و چرا مهم است؟

اگر یک Server فقط از یک HBA، یک کابل و یک Switch به Storage متصل باشد، همان مسیر به Single Point of Failure تبدیل می‌شود. در طراحی SAN سازمانی معمولاً چند مسیر مستقل میان Host و Storage ایجاد می‌شود تا خرابی یک مسیر باعث قطع کامل سرویس نشود.

نرم‌افزار Multipathing این مسیرها را مدیریت می‌کند و بسته به سیستم‌عامل، Storage و Policy انتخاب‌شده می‌تواند Failover و در برخی معماری‌ها توزیع I/O میان مسیرها را انجام دهد. یک طراحی متداول می‌تواند شامل دو HBA در Server، دو Fabric مستقل و چند پورت روی Storage Controllerها باشد.

فناوری‌ها و پروتکل‌های SAN

SAN نام یک پروتکل خاص نیست. یک شبکه SAN را می‌توان با فناوری‌های مختلف پیاده‌سازی کرد. Fibre Channel و iSCSI از شناخته‌شده‌ترین روش‌ها هستند و در زیرساخت‌های جدید، خانواده NVMe over Fabrics نیز اهمیت زیادی پیدا کرده است.

Fibre Channel SAN

Fibre Channel یا FC یکی از فناوری‌های اصلی SANهای سازمانی است. FC برای انتقال قابل‌اعتماد و کم‌تأخیر ترافیک ذخیره‌سازی طراحی شده و در توپولوژی Fabric برای اتصال Hostها، Switchها و Storageها استفاده می‌شود.

در FC SAN کلاسیک، دستورات SCSI معمولاً از طریق Fibre Channel Protocol یا FCP منتقل می‌شوند و در نسل‌های جدیدتر امکان انتقال NVMe روی Fibre Channel نیز وجود دارد. برای مطالعه تخصصی‌تر خود فناوری FC می‌توانید مقاله هارد فیبرنوری و Fibre Channel FC چیست؟ را مطالعه کنید.

iSCSI SAN

iSCSI امکان انتقال دستورات SCSI روی TCP/IP را فراهم می‌کند. در این معماری Host معمولاً نقش Initiator و Storage نقش Target را دارد و از Ethernet به‌عنوان بستر شبکه استفاده می‌شود.

یک تصور اشتباه این است که SAN الزاماً به معنی Fibre Channel است. این درست نیست؛ iSCSI نیز می‌تواند برای ساخت SAN استفاده شود. تفاوت اصلی در Transport و معماری شبکه است، نه در اصل مفهوم Shared Block Storage.

FCoE چیست؟

Fibre Channel over Ethernet یا FCoE برای انتقال فریم‌های Fibre Channel روی Ethernet طراحی شده است و در برخی معماری‌های Converged Data Center مورد استفاده قرار می‌گیرد. FCoE را نباید با iSCSI یکسان دانست؛ iSCSI دستورات SCSI را روی TCP/IP منتقل می‌کند، در حالی که FCoE فریم‌های Fibre Channel را روی Ethernet حمل می‌کند.

NVMe over Fabrics چیست؟

رشد SSDهای NVMe باعث شد پروتکل NVMe از محدوده PCIe داخل Server فراتر برود. NVMe over Fabrics یا NVMe-oF امکان انتقال دستورات NVMe بین Host و Storage از طریق یک Fabric شبکه‌ای را فراهم می‌کند. این Fabric می‌تواند بر پایه Fibre Channel، TCP یا فناوری‌های مبتنی بر RDMA باشد.

NVMe-oF نشان می‌دهد SAN مدرن الزاماً به مدل کلاسیک SCSI محدود نیست و می‌تواند برای دسترسی شبکه‌ای به Storageهای پرسرعت NVMe نیز استفاده شود.

تفاوت SAN، NAS و DAS چیست؟

سه اصطلاح SAN، NAS و DAS گاهی به‌جای یکدیگر استفاده می‌شوند، در حالی که معماری و روش دسترسی آنها تفاوت اساسی دارد.

تفاوت SAN و DAS

DAS یا Direct Attached Storage مستقیماً به یک Host متصل است. هارد داخلی Server، یک JBOD متصل با SAS یا یک Storage متصل مستقیم می‌تواند نمونه‌ای از DAS باشد. مزیت اصلی DAS سادگی است، اما با افزایش تعداد Serverها مدیریت و اشتراک منابع دشوارتر می‌شود.

تفاوت SAN و NAS

تفاوت اصلی را می‌توان با دو واژه به خاطر سپرد: SAN معمولاً Block-Level و NAS معمولاً File-Level است. در NAS کاربر یا Server با Share و File System سروکار دارد، در حالی که در SAN Host یک Block Device دریافت می‌کند و File System را خودش مدیریت می‌کند.

برای آشنایی بیشتر با معماری NAS می‌توانید مقاله تکنولوژی NAS چیست؟ را مطالعه کنید.

مزایای SAN چیست؟

دلیل استفاده از SAN فقط «سرعت بیشتر» نیست. ارزش اصلی SAN زمانی مشخص می‌شود که چند Server، حجم قابل‌توجهی از Storage و نیاز به Availability یا مدیریت متمرکز در یک زیرساخت وجود داشته باشد.

• تجمیع و مدیریت متمرکز منابع ذخیره‌سازی
• امکان ارائه Shared Block Storage به چند Host
• مناسب برای Cluster و Virtualization
• امکان طراحی مسیرهای افزونه و کاهش Single Point of Failure
• مقیاس‌پذیری مناسب در زیرساخت‌های سازمانی
• امکان جداسازی ترافیک Storage از ترافیک عادی کاربران
• امکان استفاده از قابلیت‌های پیشرفته Storage Array مانند Snapshot و Replication، در صورت پشتیبانی محصول

معایب SAN چیست؟

SAN برای هر مجموعه‌ای انتخاب مناسبی نیست. پیاده‌سازی نادرست آن می‌تواند هزینه و پیچیدگی زیادی ایجاد کند بدون اینکه مزیت واقعی نسبت به NAS یا DAS داشته باشد.

• هزینه بالاتر تجهیزات در برخی معماری‌ها
• نیاز به طراحی صحیح Fabric، Redundancy و Multipathing
• پیچیدگی بیشتر در مانیتورینگ و عیب‌یابی
• نیاز به دانش تخصصی Storage و شبکه
• امکان وابستگی به لایسنس‌ها و قابلیت‌های اختصاصی سازندگان

برای یک شبکه کوچک که نیاز اصلی آن اشتراک فایل یا Backup ساده است، انتخاب SAN لزوماً تصمیم بهتری نیست.

SAN کجا استفاده می‌شود؟

SAN زمانی بیشترین ارزش را دارد که سیستم‌ها به Shared Block Storage، Performance قابل‌پیش‌بینی یا Availability بالا نیاز داشته باشند. محیط‌های مجازی‌سازی، پایگاه‌های داده سازمانی، Clusterها، سامانه‌های مالی و تراکنشی، دیتاسنترها و زیرساخت‌های High Availability از کاربردهای رایج SAN هستند.

در بسیاری از پلتفرم‌های مجازی‌سازی، چند Hypervisor Host می‌توانند به Datastore مشترکی روی SAN دسترسی داشته باشند. این قابلیت بستر مناسبی برای Cluster و قابلیت‌های High Availability ایجاد می‌کند؛ البته پیاده‌سازی دقیق به Hypervisor و معماری Storage بستگی دارد.

آیا SAN همان RAID است؟

خیر. RAID و SAN در دو سطح متفاوت قرار دارند. RAID روشی برای سازمان‌دهی چند دیسک با اهدافی مانند افزونگی، Performance یا ترکیبی از آنهاست؛ اما SAN شبکه‌ای برای ارتباط Hostها با Storage است.

یک Storage Array در SAN ممکن است در لایه داخلی خود از RAID استفاده کند، اما وجود RAID به معنی وجود SAN نیست و SAN نیز مترادف RAID نیست.

آیا SAN جای Backup را می‌گیرد؟

خیر. SAN و Backup دو مفهوم متفاوت هستند. SAN می‌تواند زیرساخت مناسبی برای نگهداری داده‌های عملیاتی و اجرای بعضی فرآیندهای Backup یا Replication باشد، اما وجود SAN به معنی داشتن Backup نیست.

حذف اشتباه اطلاعات، Corruption، حملات باج‌افزاری یا خطاهای مدیریتی می‌توانند روی داده‌های اصلی SAN اثر بگذارند. برای حفاظت واقعی از اطلاعات باید استراتژی Backup و Disaster Recovery مستقل طراحی شود. RAID، Snapshot، Replication و Backup نیز هرکدام وظیفه متفاوتی دارند.

سرعت SAN به چه عواملی بستگی دارد؟

نمی‌توان برای SAN یک عدد ثابت به‌عنوان «سرعت SAN» اعلام کرد. عملکرد واقعی حاصل زنجیره‌ای از اجزاست: نوع Fabric، سرعت Link، HBA یا NIC، تعداد مسیرها، Queue Depth، وضعیت Switchها، Storage Controller، Cache، RAID، نوع و تعداد HDD یا SSD و الگوی I/O برنامه همگی روی نتیجه اثر دارند.

سه شاخص مهم در ارزیابی Storage معمولاً Latency، IOPS و Throughput هستند. اهمیت هرکدام به Workload بستگی دارد. برای مثال یک Database تراکنشی ممکن است به Latency و IOPS حساس‌تر باشد، در حالی که بعضی Workloadهای ترتیبی بیشتر به Throughput نیاز دارند.

امنیت در SAN چگونه تأمین می‌شود؟

جدا بودن SAN از شبکه کاربران به معنی امن بودن خودکار آن نیست. امنیت باید در چند لایه طراحی شود. Zoning و LUN Masking برای محدود کردن دسترسی Hostها اهمیت دارند، اما مدیریت امن Switch و Storage، کنترل دسترسی Administratorها، جداسازی Management Network، Firmware Management، Logging و در صورت نیاز Encryption نیز باید در نظر گرفته شوند.

در IP SANها، طراحی صحیح VLAN، ACL و تنظیمات امنیتی شبکه IP نیز اهمیت دارد. امکانات دقیق امنیتی به پروتکل، Switch، Storage و معماری انتخاب‌شده وابسته است.

برای طراحی SAN چه نکاتی مهم است؟

انتخاب SAN نباید صرفاً با سؤال «FC بهتر است یا iSCSI؟» شروع شود. ابتدا باید Workload و نیاز واقعی مجموعه مشخص شود. ظرفیت فعلی و رشد آینده، تعداد Hostها، سیستم‌عامل و Hypervisor، IOPS و Latency موردنیاز، الگوی Read/Write، Availability، RPO و RTO، فاصله تجهیزات و بودجه باید قبل از انتخاب فناوری بررسی شوند.

• ظرفیت موردنیاز امروز و رشد چند سال آینده
• تعداد Serverها و نوع Workload
• نیاز به Redundancy و تعداد مسیرهای مستقل
• انتخاب FC، iSCSI یا NVMe-oF بر اساس نیاز واقعی
• تعداد و سرعت Portهای Host و Storage
• نوع HBA یا NIC و سازگاری Driver و Firmware
• نوع Storage Media، RAID و Cache
• Backup، Replication و Disaster Recovery
• مانیتورینگ، مدیریت و امکان توسعه زیرساخت

SAN سنتی در برابر SANهای جدید

معماری SAN در طول زمان تغییر کرده است. نسل کلاسیک SAN عمدتاً با SCSI و Fibre Channel شناخته می‌شد، اما Flash Storage و NVMe باعث شده‌اند پروتکل‌های جدیدی مانند NVMe/FC و NVMe/TCP وارد Storage Networking شوند.

NVMe-oF مفهوم SAN را منسوخ نکرده است؛ بلکه روش‌های جدیدی برای ارائه Block Storage روی Fabric ایجاد کرده است. در زیرساخت‌های امروزی ممکن است SANهای مبتنی بر SCSI، SANهای NVMe یا محیط‌هایی وجود داشته باشند که هر دو نسل را همزمان پشتیبانی می‌کنند.

آیا SAN برای هر سازمانی مناسب است؟

خیر. اگر یک شرکت چند Server محدود دارد و نیاز اصلی آن File Sharing یا Backup ساده است، NAS یا حتی DAS می‌تواند اقتصادی‌تر و ساده‌تر باشد. در مقابل، زمانی که Shared Block Storage، Cluster، Virtualization گسترده، Availability بالا، مدیریت متمرکز Storage یا Performance قابل‌پیش‌بینی اهمیت پیدا می‌کند، SAN گزینه جدی‌تری است.

بهترین معماری الزاماً گران‌ترین یا پیچیده‌ترین معماری نیست؛ معماری مناسب سیستمی است که نیاز واقعی Workload را با کمترین پیچیدگی و هزینه غیرضروری تأمین کند.

جمع‌بندی

SAN یا Storage Area Network یک شبکه تخصصی ذخیره‌سازی است که Hostها را به منابع Storage متصل می‌کند. مهم‌ترین ویژگی آن این است که Storage می‌تواند به‌صورت متمرکز مدیریت شده و ظرفیت آن در سطح Block در اختیار یک یا چند Server قرار گیرد.

در یک SAN سازمانی معمولاً با مفاهیمی مانند Storage Array، HBA، SAN Switch، Fabric، LUN، Zoning، LUN Masking و Multipathing روبه‌رو هستیم. Fibre Channel و iSCSI سال‌ها از فناوری‌های اصلی SAN بوده‌اند و امروزه NVMe over Fabrics نیز نقش مهمی در Storage Networking پرسرعت دارد.

در نتیجه SAN را نباید یک هارد، یک Storage یا صرفاً یک کابل فیبر نوری دانست؛ SAN یک معماری کامل برای اتصال، مدیریت و ارائه منابع ذخیره‌سازی به سیستم‌های پردازشی است.

سوالات متداول درباره SAN

منابع فنی برای مطالعه بیشتر

• SNIA – What Is a Storage Area Network (SAN)?
• IBM Redbooks – Introduction to Storage Area Networks
• IBM – SAN vs NAS