Qu’est-ce qu’un Storage Area Network (SAN) ?

Un réseau de zone de stockage (SAN) est un réseau spécialisé à hautes performances qui relie des serveurs à des périphériques de stockage partagés, tout en permettant un accès basé sur des blocs. Il est principalement utilisé dans les data centers pour gérer efficacement et de manière centralisée de grandes quantités de données et de capacités de stockage.

Un réseau de stockage (SAN), c’est quoi ?

Un SAN est un réseau permettant le rattachement de disques durs avec des systèmes de serveurs. Il permet d’utiliser des supports de stockage classiques tels que les disques durs (parfois abrégé HDD), les SSD, les baies de stockage (disk array) ou les bandothèques virtuelles (virtual tape libraries) et les rassemblent via un dispositif de gestion de stockage virtuel centralisé. L’accès au réseau de stockage se fait via des serveurs configurés en conséquence. Le SAN est relié en parallèle à un réseau local (LAN) et met une mémoire de masse à disposition de tout un réseau d’ordinateurs. Ce système peut également être considéré comme un réseau secondaire dont l’utilité est uniquement de transporter des données vers la mémoire de masse.

Les serveurs SAN servent aussi de point de jonction. Ils ne doivent pas obligatoirement se trouver au même endroit que les disques durs. Par ailleurs, le réseau de stockage est indépendant du système d’exploitation de l’ordinateur présent sur le stockage. Ainsi, un SAN est la solution idéale pour une gestion de données multiplateforme.

Le système SAN a été développé dans le but de remédier aux problèmes d’administration causés par des disques dédiés à des systèmes de serveurs. Grâce aux mémoires virtuelles utilisées, les réseaux de stockage sont bien plus efficaces et flexibles pour la maîtrise d’un grand volume de données. Grâce à ce réseau supplémentaire et à l’inverse des solutions de stockage en réseau telles que le NAS (de l’anglais Network Attached Storage), le SAN a pour avantage de veiller à ce que le réseau local ne soit pas surchargé par les accès aux données dans la mémoire de masse.

L’architecture d’un réseau de stockage

L’installation d’un réseau de stockage est complexe et coûteuse car elle implique l’acquisition d’une architecture complète et parfois du matériel de qualité. Hormis le câblage, une architecture complète présente trois éléments : un serveur SAN, des switchs ou commutateurs réseaux Fibre Channel ainsi que des supports de stockage.

• Fibre Channel Fabric : dans le domaine informatique, fabric (« tissu ») caractérise un réseau de lignes de câbles et de switches qui présente une forte redondance due à de nombreuses liaisons connexes. Cela permet une bande passante plus importante ainsi qu’une sécurité accrue face aux pannes. Ce « tissu » provenant d’un switch Fibre Channel et de fibres optiques compose le cœur d’un SAN. Toutes les machines sont reliées au switch Fibre Channel dans le SAN, ce qui lui permet d’actionner les connexions nécessaires entre le client et le serveur en temps réel pour avoir accès aux données. En tant qu’interface standard pour les réseaux de stockage, la Fibre Channel a été conçue comme méthode de transfert continue à haut débit, permettant une transmission variable de 16 Gbps.
• Eléments de stockage : en général, les baies de stockage font partie intégrante des réseaux de stockage. Il s’agit de machines qui peuvent contenir plusieurs disques durs (HDD ou SSD) pour une mémoire de masse. Afin de permettre une haute disponibilité des données, les baies de stockage modernes possèdent un contrôleur qui assure un stockage de données ainsi qu’une répartition de charge redondantes lors du transfert de données. La sécurité des données est meilleure et le débit de données augmente. Un processus de stockage dupliqué est réalisé en règle générale à l’aide de systèmes RAID (Redundant Array of Independent Disks, soit en français « regroupement redondant de disques indépendants ») qui relient en un seul lecteur les disques durs physiques d’une baie. Il est également possible d’intégrer des bandothèques virtuelles ou certains lecteurs de disques durs dans un SAN.
• Serveur SAN : pour que l’interaction se déroule bien avec le système de stockage virtuel, chaque SAN nécessite un serveur configuré qui contrôle l’accès aux données et qui sert de lien entre le réseau de stockage ainsi que les ordinateurs reliés en réseau local. Par la suite, les serveurs SAN sont reliés au switch Fibre Channel via des interfaces particulières de matériels, soit les contrôleurs hôte de bus (Host Bus Adapter en anglais, ou HBA).

Comment fonctionne un SAN ?

Un SAN est basé sur une structure réseau spécialement conçue pour l’accès au stockage, séparée des réseaux de données traditionnels tels que le LAN. Le réseau de zone de stockage repose sur des connexions Fibre Channel ou iSCSI, par lesquelles les serveurs ou les hôtes communiquent avec les ressources de stockage.

Les éléments de stockage mentionnés précédemment fournissent au SAN un stockage basé sur les blocs. La communication s’effectue via des switchs SAN qui fonctionnent de manière similaire aux commutateurs réseau classiques, mais qui sont conçus pour des débits de données élevés et des temps de latence minimaux.

La mémoire est attribuée aux différents serveurs via des LUN (Logical Unit Numbers). Ceux-ci accèdent aux LUN via des HBA ou des initiateurs iSCSI, comme s’il s’agissait de disques durs connectés localement. Le réseau de zone de stockage veille à ce que ces accès au stockage se fassent en parallèle, de manière fiable et sans interférence mutuelle. La gestion et l’allocation des ressources de stockage sont assurées par un logiciel de gestion central qui contrôle les droits d’accès et la disponibilité. Grâce à cette organisation centralisée, les ressources de stockage peuvent être étendues, réaffectées ou mises en miroir de manière flexible, même pendant le fonctionnement.

Configuration d’un système SAN étape par étape

Un réseau de zone de stockage est conçu pour la haute disponibilité. Il s’agit de la capacité d’un système informatique à garantir le bon fonctionnement d’applications importantes pour l’entreprise en dépit de la défaillance éventuelle de certains composants matériels. La mise en place d’un SAN se fait en plusieurs étapes, décrites ci-dessous.

Étape 1 : planification et évaluation des besoins

La première étape consiste à déterminer l’utilisation du SAN. Il existe un certain nombre d’utilisations différentes, comme pour les machines virtuelles les bases de données ou pour de grandes archives de données. Cela détermine la quantité d’espace de stockage nécessaire, la rapidité d’accès et le nombre de serveurs à connecter. De même, les exigences en matière de résilience sont prises en compte.

Étape 2 : sélection et préparation du matériel

Comme décrit précédemment, un SAN est constitué de plusieurs composants centraux. Afin d’obtenir une haute disponibilité, tous ces composants sont conçus en double. Cela signifie qu’il y a au moins deux switchs, deux chemins de données, deux blocs d’alimentation et souvent deux contrôleurs RAID. Si une partie tombe en panne, l’autre prend automatiquement le relais. Ce principe s’appelle la redondance.

Étape 3 : construction du réseau

L’étape suivante consiste à établir la connexion physique entre les appareils. Les serveurs sont connectés aux switchs SAN via leurs adaptateurs de bus hôte, de même que les systèmes de stockage. Cette connexion se fait via Fibre Channel ou iSCSI, en utilisant des câbles à fibres optiques ou des câbles réseau spéciaux. L’objectif est de créer un réseau séparé, rapide et stable.

Étape 4 : configuration du système de stockage

La structure de stockage souhaitée est ensuite configurée sur le système de stockage central. Cela inclut la mise en place de systèmes RAID afin d’augmenter la résilience. RAID 1 ou RAID 10 sont des variantes courantes dans lesquelles les données sont toujours stockées en double sur différents disques durs. Cette mise en miroir fait partie de ce que l’on appelle les cycles de stockage redondants et garantit qu’aucune donnée ne soit perdue, même en cas de panne d’un disque dur.

En outre, des LUN sont définis. Grâce aux technologies de multipathing, les serveurs peuvent accéder simultanément à la même ressource de stockage via plusieurs chemins, ce qui augmente encore la résilience.

Étape 5 : intégration des serveurs

Les serveurs qui doivent accéder au stockage SAN sont également préparés en conséquence. Ils reçoivent les pilotes appropriés pour les adaptateurs de bus hôte. Un logiciel de multipathing est également installé, qui détecte automatiquement si un chemin est défaillant et redirige le trafic vers un autre chemin. Ensuite, les LUN alloués sont montés et reconnus par le système d’exploitation comme des disques supplémentaires.

Étape 6 : sécurité et contrôle d’accès

Pour éviter que n’importe quel serveur puisse accéder à n’importe quelle zone de stockage, des zones sont créées. Pour les connexions iSCSI, une authentification par CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol) est également utilisée.

Étape 7 : tests et surveillance

Avant que le SAN ne soit utilisé en production, toutes les connexions sont testées. Il s’agit notamment de vérifier si le stockage est accessible par tous les serveurs prévus et si, en cas de panne, le système bascule automatiquement sur des systèmes redondants. Une fois les tests réussis, un monitoring est mis en place pour surveiller en permanence l’état des disques, l’utilisation et l’activité des chemins de connexion.

Domaines d’application des SAN

Les SAN sont principalement utilisés dans les entreprises qui doivent traiter et stocker de grandes quantités de données, par exemple dans les data centers, chez les fournisseurs de Cloud ou dans la production de médias et de films. Un SAN est particulièrement adapté aux environnements dans lesquels de nombreux serveurs doivent accéder simultanément aux mêmes données, comme les applications de base de données, les solutions de virtualisation ou les systèmes ERP. Dans le domaine de la recherche et de la science, les SAN offrent également des avantages décisifs grâce à leur vitesse et leur fiabilité élevées.

Dans le domaine de la protection des données, le SAN sert de solution puissante et évolutive pour les sauvegardes et la restauration. Grâce à sa haute disponibilité et à sa redondance, le SAN est également souvent utilisé pour les applications critiques, pour lesquelles une défaillance du système de stockage aurait de graves conséquences. Le SAN convient également aux entreprises multi-sites ou aux data centers distribués, car le stockage peut être géré indépendamment de l’emplacement des serveurs.

Aperçu des avantages du SAN

Les exploitants d’un SAN bénéficient d’un regroupement des capacités de différents magasins de données physiques en une base de stockage virtuelle qui est disponible de manière flexible et indépendante de la plate-forme pour un nombre illimité de serveurs. Ce découplage entre le support de stockage et le serveur d’accès permet de simplifier la gestion et l’évolution de la capacité de stockage disponible et de réduire la charge du réseau local. Le SAN basé sur la technologie de la fibre optique prend en charge des taux de transfert de données élevés grâce à l’interface standard Fibre Channel.

Le multipathing et la structure Fibre Channel conçue pour les connexions croisées évitent les surcharges et assurent une disponibilité constante des données stockées dans le stockage SAN. Il est toujours possible d’utiliser plusieurs chemins d’accès entre le pool de données et l’utilisateur. La distribution redondante des données sur plusieurs systèmes physiques garantit une sécurité élevée du contenu stocké. Les délais d’accès simultanés aux données sont réduits au minimum. En raison de la gestion efficace du stockage, le stockage SAN est souvent utilisé dans l’activité d’hébergement comme base pour les serveurs virtuels qui sont proposés aux clients finaux en tant qu’« Infrastructure as a Service » (IaaS) via le Cloud.

Avantages du SAN en bref :

✓ Base de stockage virtuelle centralisée à partir de plusieurs disques physiques.

✓ Accès flexible et indépendant de la plateforme grâce à un nombre illimité de serveurs.

✓ Dissociation du support de stockage et du serveur, ce qui simplifie la gestion et la scalabilité.

✓ Décharge du LAN, car le SAN fonctionne comme un réseau séparé.

✓ Débit de données élevé grâce à la fibre optique et à la Fibre Channel.

✓ Le multipathing permet plusieurs chemins de données en même temps et évite les goulots d’étranglement.

✓ Haute disponibilité grâce aux connexions croisées dans la structure Fibre Channel.

✓ Le stockage redondant des données sur plusieurs systèmes physiques améliore la sécurité des données.

✓ Minimisation des délais d’accès simultanés.

✓ Gestion efficace du stockage pour les grands volumes de données.

✓ Idéal pour la virtualisation et les services Cloud, par exemple pour l’Infrastructure as a Service (IaaS).