A tároló protokollok (iSCSI, NFS, FC) használata VMware környezetben

A modern IT infrastruktúra gerincét a megfelelő adattárolás biztosítja. Egy VMware környezetben ez különösen igaz, ahol a virtuális gépek (VM-ek) hatékony működése, a teljesítmény és a rendelkezésre állás mind a mögöttes tárolórendszertől függ. De hogyan csatlakoznak a VMware ESXi hosztok a tárolókhoz? Milyen protokollok állnak rendelkezésünkre, és mikor melyiket érdemes választani? Cikkünkben részletesen áttekintjük a három leggyakoribb tároló protokollt: az iSCSI-t, az NFS-t és a Fibre Channelt (FC), bemutatva előnyeiket, hátrányaikat és a VMware-specifikus megvalósításukat.

Miért kritikus a tárolás a VMware környezetben?

A VMware vSphere platform a virtualizáció ipari szabványa. A virtuális gépek rugalmasságot, skálázhatóságot és erőforrás-hatékonyságot kínálnak, de mindez csak akkor valósulhat meg optimálisan, ha a mögöttes tárolórendszer stabil, gyors és megfelelően konfigurált. A virtuális gépek lemezfájljai (VMDK-k), a konfigurációs fájlok és a naplófájlok mind a tárolón helyezkednek el. Egy nem megfelelő tárolóprotokoll vagy rosszul megtervezett tárolóarchitektúra jelentősen ronthatja a VM-ek teljesítményét, lassíthatja az alkalmazásokat, és akár adatvesztéshez is vezethet.

A VMware Datastores (adattárak) absztrakciós réteget biztosítanak az ESXi hosztok számára a fizikai tároló felett. Ezek lehetnek blokk-alapú (VMFS fájlrendszer) vagy fájl-alapú (NFS) adattárak. A protokoll kiválasztása alapvetően befolyásolja, hogyan hozhatók létre és kezelhetők ezek az adattárak.

1. iSCSI (Internet Small Computer System Interface): Blokkos tárolás IP felett

Az iSCSI egy hálózati protokoll, amely lehetővé teszi a blokk szintű adattárolás elérését a szabványos TCP/IP hálózatokon keresztül. Lényegében SCSI parancsokat foglal IP-csomagokba, így egy hagyományos Ethernet hálózat képes SAN (Storage Area Network) funkciókat ellátni. Ez teszi az iSCSI-t rendkívül költséghatékony és rugalmas megoldássá.

Működési elv

Az iSCSI a blokk alapú adatokat kapszulázza IP csomagokba. Az ESXi hoszton egy iSCSI Initiator (szoftveres vagy hardveres) küldi a SCSI parancsokat egy távoli iSCSI Target-nek (tárolórendszernek) a standard Ethernet hálózaton keresztül. A Target által nyújtott LUN-ok az ESXi számára helyi diszkekként jelennek meg, amelyekre VMFS adattárak telepíthetők.

Előnyei:

Költséghatékony: Nincs szükség drága Fibre Channel HBA-kra vagy kapcsolókra; a meglévő Ethernet hálózatot használja.
Rugalmas: Könnyen bővíthető és konfigurálható.
Teljesítmény: Megfelelő hálózati kialakítással (dedikált hálózat, Jumbo Frames, 10GbE vagy gyorsabb) kiváló teljesítmény érhető el.

Hátrányai:

Hálózati terhelés: A forgalom ugyanazon a hálózaton osztozhat, ami hálózati torlódáshoz és teljesítményromláshoz vezethet, ha nincs megfelelően szegmentálva.
Komplexitás: A jó teljesítmény és megbízhatóság érdekében gondos hálózati tervezést igényel (VLAN-ok, MPIO).

iSCSI megvalósítása VMware-ben:

A VMware szoftveres vagy hardveres iSCSI Initiator-t is támogat. A szoftveres megoldás az ESXi kernel része, míg a hardveres Initiator egy dedikált HBA, ami tehermentesíti a CPU-t.

A sikeres implementáció kulcsa a megfelelő konfiguráció:

Dedikált hálózat: Hozzunk létre külön VMkernel adaptert és fizikai NIC-eket az iSCSI forgalomnak.
MPIO (Multipathing): Konfiguráljuk a multipathing-et a redundancia és a terheléseloszlás érdekében, amely kritikus az iSCSI teljesítményéhez és megbízhatóságához.
Jumbo Frames: Ha a teljes hálózati útvonal támogatja, aktiváljuk a Jumbo Frames-t a jobb átviteli sebességért és alacsonyabb CPU terhelésért.
Biztonság: Használjunk CHAP hitelesítést a Target és Initiator között.

2. NFS (Network File System): Fájl alapú tárolás IP felett

Az NFS egy fájl alapú hálózati protokoll, amely lehetővé teszi a felhasználók és a számítógépes programok számára, hogy távoli fájlokat érjenek el egy hálózaton keresztül, mintha azok a helyi számítógépen lennének. A VMware környezetben az NFS megosztásokat közvetlenül adatállományként (NFS Datastore) csatolhatjuk, VMFS fájlrendszer használata nélkül.

Működési elv

Az ESXi hoszt közvetlenül csatolja az NFS megosztást a tárolórendszerről (általában egy NAS-ról). A virtuális gépek lemezfájljai és konfigurációs fájljai közvetlenül ezen a fájlmegosztáson tárolódnak. Nincs szükség LUN-okra vagy blokk-szintű hozzáférésre; a tároló kezeli a fájlrendszert.

Előnyei:

Egyszerűség: Konfigurálása általában egyszerűbb, mint az iSCSI vagy FC.
Könnyű kezelhetőség: A fájlrendszer a tárolóegységen van kezelve, ami egyszerűbbé teszi a kapacitásbővítést.
Rugalmasság: Különösen alkalmas VDI (Virtual Desktop Infrastructure) környezetekhez, valamint általános célú VM-ekhez.
Thin Provisioning: Alapból támogatja a vékony kiosztást.

Hátrányai:

Teljesítményingadozás: Az IP hálózati torlódások jobban befolyásolhatják, mint az iSCSI-t (bár ez megfelelő hálózati tervezéssel minimalizálható).
Kompatibilitás: Fontos az NFS verziója (NFSv3, NFSv4.1) és a tárolórendszer VMware-kompatibilitása. NFSv4.1 számos előnnyel jár (pl. Kerberos, MPIO jobb kezelése).

NFS megvalósítása VMware-ben:

Az NFS Datastore hozzáadása az ESXi-hez viszonylag egyszerű:

VMkernel adapter: Hasonlóan az iSCSI-hez, ajánlott dedikált VMkernel adaptert használni az NFS forgalomhoz, elkülönítve azt.
Hálózati konfiguráció: Biztosítsuk a hálózati kapcsolatot az ESXi hoszt és az NFS szerver között.
Jogosultságok: Fontos a megfelelő jogosultságok beállítása az NFS exporton az NFS szerveren, hogy az ESXi hosztok hozzáférjenek.
NFSv4.1: Amennyiben a tárolórendszer támogatja, használjunk NFSv4.1-et a jobb funkcionalitás, a megnövelt biztonság és a multipathing támogatás miatt.

3. Fibre Channel (FC): Dedikált, nagy sebességű blokkos tárolás

A Fibre Channel (FC) a legrobosztusabb és legnagyobb teljesítményű blokk-alapú tárolóprotokoll, amelyet a SAN (Storage Area Network) rendszerekben használnak. Optikai kábeleken és dedikált Fibre Channel kapcsolókon keresztül működik, rendkívül alacsony késleltetéssel és magas átviteli sebességgel.

Működési elv

Az FC egy teljesen különálló hálózatot hoz létre a szerverek és a tárolók között. Az ESXi hosztok speciális hardverre, úgynevezett HBA-kra (Host Bus Adapter) támaszkodnak a Fibre Channel kapcsolathoz. Ezek a HBA-k optikai kábeleken keresztül csatlakoznak a Fibre Channel kapcsolókhoz, amelyek aztán a tárolórendszerhez kapcsolódnak.

Az FC hálózatban a WWN (World Wide Name) azonosítja a HBA-kat és a tárolóportokat. A zónázás (zoning) a kapcsolókon konfigurálható, hogy meghatározza, mely HBA-k láthatnak mely tárolóportokat. A LUN maszkolás (LUN masking) a tárolórendszeren történik, és meghatározza, hogy mely LUN-okat mely szerverek (WWN-ek) érhetik el.

Előnyei:

Kiemelkedő teljesítmény: Rendkívül alacsony késleltetés és nagy átviteli sebesség, ideális kritikus alkalmazásokhoz.
Megbízhatóság és biztonság: Dedikált hálózat, kevesebb torlódás, hardveres szintű elkülönítés.
Skálázhatóság: Jól skálázható nagyvállalati környezetekben.

Hátrányai:

Magas költség: A HBA-k, FC kapcsolók és optikai kábelek jelentős beruházást igényelnek.
Komplexitás: A beállítás és kezelés magasabb szintű szakértelmet igényel (zónázás, LUN maszkolás).
Dedikált infrastruktúra: Teljesen különálló hálózatot igényel az IP hálózattól.

Fibre Channel megvalósítása VMware-ben:

Az FC adattár konfigurációja az ESXi-ben a következő lépésekből áll:

HBA telepítés és illesztőprogramok: Az ESXi hosztokban megfelelő Fibre Channel HBA-kat kell telepíteni, és ellenőrizni kell az illesztőprogramok kompatibilitását a VMware HCL (Hardware Compatibility List) szerint.
Fibre Channel zónázás: A SAN kapcsolókon be kell állítani a zónákat, hogy az ESXi HBA-k WWN-jei láthassák a tárolórendszer portjait. Két HBA esetén két külön zóna szükséges a redundancia érdekében.
LUN prezentálás és maszkolás: A tárolórendszeren prezentálni kell a LUN-okat az ESXi hosztok (WWN-jei) számára, és be kell állítani a maszkolást, hogy csak a megfelelő hosztok lássák azokat.
Multipathing (MPIO): Az ESXi automatikusan felismeri a több útvonalat, és a VMware PSP-k (Path Selection Policy) segítségével konfigurálható a terheléselosztás és a feladatátvétel.

Melyik protokollt válasszuk? Összehasonlítás és döntési szempontok

A „legjobb” tároló protokoll nem létezik; a választás mindig az adott környezet igényeitől, költségvetésétől és szakértelmétől függ. Íme néhány szempont, ami segíthet a döntésben:

Költség: Ha a költségvetés szűkös, az iSCSI és az NFS a legvonzóbb opciók, mivel a meglévő Ethernet infrastruktúrát használják. Az FC jelentősen drágább az induló beruházás tekintetében.
Teljesítmény igény:
- FC: Abszolút teljesítményigényes, alacsony késleltetésre érzékeny alkalmazásokhoz (pl. nagy tranzakciós adatbázisok, nagyméretű VDI rendszerek).
- iSCSI: Jól megtervezett hálózaton (dedikált, 10GbE+) kiváló teljesítményt nyújthat sokféle közepes és magas I/O igényű alkalmazáshoz.
- NFS: Általános célú VM-ekhez, VDI-hez, fájlszerverekhez, de nagyobb I/O igény esetén óvatosan kell eljárni, kiemelt figyelmet fordítva a hálózati sávszélességre.
Komplexitás és kezelhetőség:
- NFS: A legkevésbé komplex, egyszerűen konfigurálható és kezelhető.
- iSCSI: Közepesen komplex, a hálózati tervezés igényel figyelmet.
- FC: A legkomplexebb a dedikált infrastruktúra (zónázás, HBA-k) és a speciális hálózati ismeretek miatt.
Skálázhatóság és rugalmasság: Mindhárom protokoll skálázható, de az iSCSI és NFS rugalmasabban bővíthető a standard hálózati komponensek használatával. Az FC skálázása a fizikai topológiához és az FC kapcsolók kapacitásához kötött.

Általános legjobb gyakorlatok a tároló protokollokhoz VMware-ben

Bármelyik protokollt is választjuk, van néhány általános irányelv, amely segít optimalizálni a teljesítményt és a megbízhatóságot:

Hálózati szegmentáció: Mindig különítsük el a tárolóforgalmat más hálózati forgalomtól (pl. VM forgalom, vMotion, menedzsment). Használjunk dedikált VLAN-okat és fizikai hálózati adaptereket.
Redundancia minden szinten:
- Hálózati adapterek és HBA-k: Használjunk legalább két fizikai NIC-et vagy HBA-t minden tároló protokollhoz.
- Kapcsolók: Redundáns hálózati és Fibre Channel kapcsolók.
- Útvonalak (MPIO): Konfiguráljuk az MPIO-t iSCSI és FC esetén, hogy több útvonalon keresztül is elérjük a tárolót, biztosítva a terheléselosztást és a feladatátvételt.
Teljesítmény monitorozása: Rendszeresen figyeljük a tároló teljesítményét (IOPS, késleltetés, átviteli sebesség) a vCenter, ESXtop vagy a tárolórendszer saját eszközeivel, és optimalizáljuk az esetleges szűk keresztmetszeteket.
Firmware és illesztőprogramok naprakészen tartása: Győződjünk meg arról, hogy a HBA-k, hálózati adapterek és a tárolórendszer firmware-jei naprakészek és kompatibilisek a VMware HCL-lel.

Összefoglalás

A tároló protokollok kulcsfontosságúak egy sikeres és hatékony VMware környezet üzemeltetéséhez. Az iSCSI, az NFS és a Fibre Channel (FC) mind eltérő előnyöket és hátrányokat kínálnak, amelyek különböző igényekhez igazodnak. A helyes választás alapja a mélyreható megértés, a gondos tervezés és a valós igények felmérése. Akár a költséghatékony iSCSI-t, az egyszerű NFS-t, vagy a nagy teljesítményű FC-t választjuk, a megfelelő implementáció és a legjobb gyakorlatok követése garantálja virtuális infrastruktúránk stabilitását és optimális működését.