SAN คืออะไร ? มารู้จักเครือข่ายจัดเก็บข้อมูล และการใช้งานของมัน

SAN คืออะไร ? เรียนรู้โครงสร้าง และความสำคัญของ SAN ในโลกไอที

ในยุคสมัยปัจจุบันที่การเก็บ และจัดการข้อมูลเป็นหัวใจสำคัญของทุก ๆ อย่าง "SAN" หรือ "Storage Area Network" ได้กลายมาเป็นวิธีการที่ได้รับความนิยมอย่างรวดเร็ว ด้วยความสามารถในการจัดเก็บข้อมูลในปริมาณมาก และรองรับการใช้งานพร้อมกันจากหลายระบบ ทำให้ SAN เป็นเครื่องมือที่มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือในการจัดการข้อมูล

ในบทความนี้จะพาทุกคนไปรู้จักกันกับ SAN ทั้งความหมาย, การนำมาใช้งาน, หลักการทำงาน, SAN faric และเปรียบเทียบข้อดีข้อสังเกต ในการเก็บและจัดการข้อมูลด้วย SAN ตามมาดูกันเลย ...

SAN คืออะไร ? (What is SAN ?)

SAN หรือชื่อเต็ม ๆ ของมันคือ "Storage Area Network" เป็นเครือข่ายเก็บข้อมูลความเร็วสูงที่มีความสามารถเฉพาะด้าน ในการให้การเข้าถึงอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบเชื่อมต่อผ่านเครือข่าย โดยเจ้า SAN ประกอบด้วย เซิร์ฟเวอร์ (Server) , เน็ตเวิร์กสวิตซ์ (Network Switch) , องค์ประกอบต่าง ๆ ในการจัดเก็บข้อมูล และอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลที่เชื่อมต่อกันผ่านเทคโนโลยี, เครือข่ายโทโพโลยี (Network Topology) และ โปรโตคอล (Protocol) ต่าง ๆ ซึ่ง SAN สามารถครอบคลุมหลายไซต์ได้ตามความต้องการ

SAN จะนำเสนออุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลให้กับเซิร์ฟเวอร์ แบบที่ทำให้เซิร์ฟเวอร์มองว่าอุปกรณ์จัดเก็บนั้นถูกเชื่อมต่อโดยตรง ซึ่งเป็นการช่วยทำให้การจัดการข้อมูลนั้นเรียบง่ายยิ่งขึ้น โดยอาจจะใช้ เทคโนโลยีการจำลอง (Virtualization Technology) ต่าง ๆ ในการสร้างระบบขึ้นมา

ภาพจาก : https://www.snia.org/education/storage_networking_primer/san/what_san

SAN ถูกนำมาใช้งานอย่างไร ? (How is SAN used?)

โดยทั่วไป SAN ใช้ในการรวมพื้นที่จัดเก็บข้อมูลให้อยู่ในที่เดียวตัวอย่างเช่น ในศูนย์ข้อมูลที่มีเซิร์ฟเวอร์หลายร้อยเครื่อง ซึ่งแต่ละเครื่องอาจมีอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลในตัว การเก็บข้อมูลแบบนี้ทำให้เมื่อย้าย หรือเรียกใช้ Workload จากเซิร์ฟเวอร์อื่น จำเป็นต้องย้าย หรือสำรองข้อมูลตามไปด้วย แต่เมื่อใช้ SAN ข้อมูลสามารถถูกจัดเก็บในระบบจัดเก็บเฉพาะ เช่น Storage Array ทำให้สามารถจัดการข้อมูลทั้งหมดได้จากที่เดียว ลดความยุ่งยากในการติดตาม และจัดการอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลที่กระจายอยู่ในเซิร์ฟเวอร์หลายตัว

SAN ยังช่วยเพิ่มความพร้อมในการเข้าถึงข้อมูล หากเกิดปัญหากับเส้นทางเครือข่ายเพียงเส้นทางเดียว  ระบบสามารถสลับไปใช้เส้นทางสำรองได้ทันที ทำให้ข้อมูลยังคงเข้าถึงได้ และไม่มีผลกระทบต่อการทำงานขององค์กร รวมถึงการรวมพื้นที่จัดเก็บไว้ในจุดศูนย์กลาง ทำให้ผู้ดูแลระบบสามารถจัดการทรัพยากรข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น การใช้งานเหล่านี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการปฏิบัติตามกฎระเบียบ, การกู้คืนจากภัยพิบัติ และความต่อเนื่องทางธุรกิจ (Business Continuity - BC) ขององค์กร อีกทั้ง ยังเป็นทางเลือกที่เหนือกว่าการใช้ DAS หรือการเก็บข้อมูลภายในเซิร์ฟเวอร์เดียว

ภาพจาก : https://www.techtarget.com/searchstorage/definition/storage-area-network-SAN

เทคโนโลยีเครือข่ายที่ใช้ใน SAN (Network Technologies used in SAN)

SAN สามารถรองรับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลได้จำนวนมาก ด้วย Storage Arrays ซึ่งเป็นระบบจัดเก็บข้อมูลเฉพาะ ที่สามารถขยายเพื่อรองรับฮาร์ดดิสก์ได้หลายร้อย หรือพันตัวเลย นอกจากนี้ เซิร์ฟเวอร์ที่มีอินเทอร์เฟสที่รองรับ SAN สามารถเข้าถึงพื้นที่จัดเก็บข้อมูลขนาดใหญ่ของ SAN ได้ง่าย มีเทคโนโลยีเครือข่ายหลักสองประเภทที่ใช้ใน SAN ได้แก่ Fibre Channel และ iSCSI

Fibre Channel (FC)

ภาพจาก : https://www.youtube.com/watch?v=5QuK6ij_cqo

เป็นเครือข่ายความเร็วสูงที่มีอัตราการส่งข้อมูลสูงถึง 128 Gbps และระยะทางไกลได้ถึง 10 กม. ผ่านสายใยแก้วนำแสง ช่วยให้สามารถรวมพื้นที่จัดเก็บข้อมูลระดับบล็อกไว้ในที่เดียว ส่วนตัวเซิร์ฟเวอร์สามารถกระจายอยู่ในอาคาร หรือทั่วเมืองก็ได้ FC ใช้ตัว อะแดปเตอร์ FC HBA (Host Bus Adapter) สำหรับการเชื่อมต่อ มีทอพอโลยีเครือข่ายที่รองรับ เช่น Point-To-Point, Arbitrated Loop และ Switched Fabric

iSCSI

ภาพจาก : https://www.flackbox.com/iscsi-san-overview

เป็นเครือข่ายที่ใช้ในการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์กับพื้นที่จัดเก็บข้อมูลร่วม โดยใช้เทคโนโลยี Ethernet และ TCP/IP ที่มีอยู่แล้ว ทำงานบนเครือข่าย LAN, WAN หรือแม้แต่ผ่านอินเทอร์เน็ต iSCSI ใช้หลักการ Initiators (เซิร์ฟเวอร์ที่ส่งคำสั่ง SCSI ผ่านเครือข่าย IP) และ Targets (อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลที่เชื่อมต่อผ่านเครือข่าย) ทำให้ข้อมูลถูกมองว่าเป็นดิสก์ที่เชื่อมต่อโดยตรงกับเครื่อง

SAN ทำงานอย่างไร ? (How does SAN work ?)

เป้าหมายหลักของ SAN คือการย้ายการจัดเก็บข้อมูลออกจากเซิร์ฟเวอร์แต่ละเครื่อง และนำไปไว้ในที่เดียวที่สามารถจัดการ และป้องกันได้ดี ซึ่งการจัดเก็บข้อมูลนี้สามารถทำได้ทั้งในรูปแบบกายภาพ เช่น การจัดเก็บข้อมูลไว้ใน Storage Array หรือตามหลักที่ง่ายยิ่งขึ้นโดยใช้ซอฟต์แวร์ เช่น VMware vSAN ที่ใช้การจำลองเสมือน (VT) ในการรวบรวม และจัดสรรทรัพยากรจัดเก็บข้อมูล

ภาพจาก : https://www.techtarget.com/searchstorage/definition/storage-area-network-SAN

ทีนี้ SAN โดยทั่วไปจะถูกแบ่งออกเป็น 3 ชั้นมีอะไรบ้าง ? มาดูต่อกันเลย

1. ชั้น Host (Host Layer)

ชั้นนี้คือส่วนที่เชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์เข้ากับ SAN เซิร์ฟเวอร์เหล่านี้มักใช้สำหรับการทำงานที่ต้องการเข้าถึงพื้นที่จัดเก็บข้อมูลอย่างรวดเร็ว เช่น ฐานข้อมูล โดยเซิร์ฟเวอร์จะใช้ เครือข่าย LAN ผ่าน Ethernet สำหรับการสื่อสารทั่วไป แต่จะมีการ์ดเชื่อมต่อเฉพาะสำหรับ SAN เรียกว่า Host Bus Adapter (HBA) ซึ่งช่วยให้เซิร์ฟเวอร์สื่อสารคำสั่ง จัดเก็บข้อมูลผ่านระบบปฏิบัติการไปยัง SAN ชั้นนี้ใช้เทคโนโลยีต่าง ๆ เช่น Fibre Channel (FC), InfiniBand และ iSCSI ขึ้นอยู่กับความต้องการขององค์กร

2. ชั้น Fabric (Fabric Layer)

ชั้นนี้คือโครงข่ายเชื่อมโยงระหว่างเซิร์ฟเวอร์กับระบบจัดเก็บข้อมูลใน SAN ซึ่งประกอบด้วยสายเคเบิลและอุปกรณ์เครือข่าย เช่น สวิตช์ SAN, เกตเวย์ (Gateway), เราเตอร์ (Router) และ โปรโตคอล โครงข่ายนี้ออกแบบให้มีเส้นทางหลายเส้นเพื่อเพิ่มความเสถียร หากเส้นทางหนึ่งขัดข้อง สามารถใช้เส้นทางสำรองได้ทันที สายเคเบิลอาจเป็นใยแก้วนำแสงสำหรับการสื่อสารระยะไกล หรือสายทองแดงสำหรับการสื่อสารระยะสั้นในพื้นที่ใกล้เคียงก็ได้

3. ชั้นจัดเก็บข้อมูล (Storage Layer)

ชั้นนี้ประกอบด้วยอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลหลายประเภทที่รวบรวมไว้ในกลุ่ม หรือประเภทต่าง ๆ เช่น ฮาร์ดดิสก์ (HDD) , อุปกรณ์เก็บข้อมูลแบบ SSD การจัดเก็บข้อมูลใน SAN มักถูกจัดเป็นกลุ่มเป็น RAID เพื่อเพิ่มความจุ และความน่าเสถียร โดยข้อมูลจะถูกกำหนดหมายเลข LUN (Logical Unit Number) เพื่อให้เซิร์ฟเวอร์สามารถเข้าถึงได้อย่างเป็นระบบ

การควบคุมการเข้าถึงทำได้สองวิธีหลัก คือ LUN masking ซึ่งเป็นการจำกัดสิทธิ์การเข้าถึง LUN สำหรับเซิร์ฟเวอร์บางเครื่อง และ Zoning ซึ่งเป็นการกำหนดเขตใน Fabric ที่กำหนดว่าเซิร์ฟเวอร์ใดสามารถเข้าถึง LUN ใดได้

ใน SAN จะใช้ชุดโปรโตคอลเพื่อให้ซอฟต์แวร์สามารถสื่อสาร หรือจัดเตรียมข้อมูลสำหรับจัดเก็บ โปรโตคอลที่ใช้บ่อยที่สุดคือ Fibre Channel Protocol (FCP) ซึ่งช่วยส่งคำสั่ง SCSI ผ่านเทคโนโลยี FC ส่วน iSCSI SAN จะใช้ iSCSI protocol ที่ส่งคำสั่ง SCSI ผ่าน TCP/IP นอกจากนี้ยังมีการผสมผสานโปรโตคอลอื่น ๆ เช่น ATA over Ethernet (ส่งคำสั่ง ATA ผ่าน Ethernet), Fibre Channel over Ethernet (FCoE), และ iFCP (ส่ง FCP ผ่าน IP) รวมถึง iSCSI Extensions for RDMA ที่ส่ง iSCSI ผ่าน InfiniBand

ภาพจาก : https://technoscooop.wordpress.com/2017/06/17/firm-and-steady-wins-the-race-fibre-channel-vs-iscsi/

เทคโนโลยี SAN รับโปรโตคอลหลายรูปแบบ เพื่อให้ทุกชั้นทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ไม่ว่าจะเป็นระบบปฏิบัติการที่ต่างกัน

สถาปัตยกรรม และการทำงานของ SAN Fabric (SAN Fabric Architecture and Operation)

หัวใจหลักของ SAN คือ Fabric หรือเครือข่ายที่มีประสิทธิภาพสูง และยืดหยุ่น ซึ่งเชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์ และอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลเข้าด้วยกัน โครงสร้างของ Fabric มีผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือ และความซับซ้อนของ SAN โดยการเชื่อมต่อที่ง่ายที่สุดของ FC SAN คือการเชื่อมพอร์ต HBA ของเซิร์ฟเวอร์เข้ากับพอร์ตของ Storage Arrays โดยใช้สายใยแก้วนำแสงเพื่อเพิ่มความเร็ว และรองรับการส่งข้อมูลระยะไกล

SAN Fabric ไม่ได้มีเพียงการเชื่อมต่อพื้นฐานเท่านั้น แต่ถูกออกแบบเพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือ และความพร้อมของระบบ โดยจะหลีกเลี่ยงจุดที่อาจเกิดความล้มเหลวจากจุดเดียว กลยุทธ์หลักคือการมีการเชื่อมต่ออย่างน้อยสองเส้นทางระหว่างส่วนต่าง ๆ ใน SAN เพื่อให้มั่นใจว่าอย่างน้อยหนึ่งเส้นทางยังใช้งานได้

ภาพจาก : https://www.flackbox.com/fibre-channel-san-part-3-redundancy-multipathing

ลองนึกถึงสถานการณ์ที่เซิร์ฟเวอร์ 2 เครื่องต้องเชื่อมต่อกับ Storage subsystem 2 ชุด โดยแต่ละเซิร์ฟเวอร์มี HBA แยกต่างหาก จากนั้นพอร์ตของ HBA แต่ละตัวจะเชื่อมต่อกับพอร์ตที่ต่างกันบนสวิตช์ SAN เช่น สวิตช์ Fibre Channel ซึ่งแต่ละสวิตช์จะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลทุก ๆ ตัว ทำให้หากการเชื่อมต่อใดขัดข้อง ระบบยังคงสามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลได้ผ่านเส้นทางอื่น

เมื่อเซิร์ฟเวอร์ต้องการเข้าถึงพื้นที่จัดเก็บข้อมูลใน SAN, เซิร์ฟเวอร์จะส่งคำขอโดยแปลงคำสั่ง SCSI ให้เป็นแพ็กเกจข้อมูล ซึ่งในกรณีนี้คือแพ็กเกจ FC และส่งไปยัง HBA ของเซิร์ฟเวอร์ จากนั้น HBA จะส่งแพ็กเกจไปตามสายใยแก้วนำแสงไปยังสวิตช์ SAN สวิตช์จะรับคำขอ ส่งต่อไปยังอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลที่ต้องการ ใน Storage Array จะมีหน่วยประมวลผลที่ทำหน้าที่จัดการคำขอ และประสานงานกับอุปกรณ์จัดเก็บภายในอาเรย์เพื่อตอบสนองคำขอจากเซิร์ฟเวอร์

วิธีการใช้ SAN ในแบบต่าง ๆ (Alternative SAN Approaches)

แม้ว่าเทคโนโลยี SAN จะมีมานานแล้ว แต่ก็มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองการใช้งานในรูปแบบที่ยืดหยุ่นมากขึ้น ซึ่งได้แก่

Virtual SAN (VSAN)

ใช้เทคโนโลยีเสมือน (VT) เพื่อแบ่ง SAN ออกเป็นส่วนต่าง ๆ ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่น และความปลอดภัย เช่น การจัดการแทรฟฟิก, ปรับปรุงประสิทธิภาพ และจำกัดผลกระทบจากปัญหาในส่วนหนึ่งของ SAN ไปยังส่วนอื่น ๆ นอกจากนี้ VMware มี vSAN ที่พัฒนาเพิ่มให้มีฟีเจอร์พิเศษ เช่น การจัดการพื้นที่เก็บข้อมูลแบบอัตโนมัติ และการย้ายข้อมูลข้ามแพลตฟอร์มโดยไม่หยุดชะงัก

Unified SAN

SAN แบบนี้รองรับทั้งการจัดเก็บข้อมูลแบบ Block, File และ Object บนแพลตฟอร์มเดียว ใช้โปรโตคอลหลายตัว เช่น SMB, NFS, FC และ iSCSI ช่วยให้ผู้ใช้สามารถใช้งานฟีเจอร์ขั้นสูง เช่น การทำ Snapshot, การเข้ารหัส และการลดขนาดข้อมูล อย่างไรก็ตามระบบ Unified SAN อาจมีประสิทธิภาพที่ผันผวนตามรูปแบบการเข้าถึงข้อมูล และบางการใช้งานอาจยังต้องการประสิทธิภาพที่สูงของ Block storage แบบเดิม

Converged SAN

ลดความซับซ้อน และต้นทุนโดยการรวมเครือข่าย FC และ IP เข้าด้วยกันผ่าน Ethernet (FCoE) การทำงานแบบนี้ช่วยให้การสื่อสารแบบ FC สามารถส่งผ่านเครือข่าย Ethernet ได้ แต่ FCoE ต้องสนับสนุนอุปกรณ์เครือข่ายแบบ end-to-end ซึ่งทำให้มีข้อจำกัดในการเลือกใช้ผู้ขาย และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเครือข่าย

Hyper-Converged Infrastructure (HCI)

เป็นการรวมทั้งหน่วยประมวลผล และหน่วยจัดเก็บข้อมูลในรูปแบบโมดูล ทำให้สามารถขยายระบบได้อย่างรวดเร็ว โดย HCI ใช้การจำลองเสมือนในการรวมทรัพยากรต่าง ๆ และช่วยให้การบริหารจัดการง่ายขึ้น HCI รุ่นใหม่ ๆ ยังแยกการจัดเก็บข้อมูล และการประมวลผลออกจากกัน ทำให้สามารถขยายส่วนใดส่วนหนึ่งได้ตามต้องการ HCI ไม่ใช่ SAN โดยตรง แต่สามารถใช้แทน SAN หรือทำงานร่วมกับ SAN เดิมได้ตามความต้องการขององค์กร

เปรียบเทียบข้อดีข้อ และข้อสังเกตของ SAN (Pros and Cons of using SAN)

SAN เป็นโซลูชัน หรือวิธีการ ที่มีประสิทธิภาพสูงเหมาะสำหรับองค์กรที่ต้องการจัดการข้อมูลขนาดใหญ่ แต่ก็ยังมีความซับซ้อน และค่าใช้จ่ายสูงอยู่เช่นกัน เรามาลองดูข้อดี และข้อสังเกตของ SAN ในตารางด้านล่างกัน

บทสรุปเกี่ยวกับ SAN (SAN Conclusion)

ในปัจจุบันนี้ SAN ได้กลายมาเป็นเทคโนโลยีสำคัญในการจัดเก็บ และจัดการข้อมูลสำหรับองค์กร ด้วยความสามารถในการรวมศูนย์การจัดเก็บข้อมูล และการทำงานแบบเครือข่ายที่มีประสิทธิภาพสูง SAN จึงช่วยให้องค์กรสามารถเข้าถึงข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว

แต่อย่างไรก็ตาม การนำ SAN มาใช้ก็ยังจำเป็นต้องคำนึงถึงข้อจำกัดในด้านต้นทุน และความซับซ้อนของระบบอยู่ ดังนั้นเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการจัดการข้อมูลขององค์กร เราก็จำเป็นต้องศึกษาวัตถุประสงค์ที่เราจะนำ SAN ไปใช้ให้คุ้มค่านั่นเอง