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).