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Architetture di archiviazione del clustering di failover

Windows Server Failover Clustering supporta diversi modelli di architettura di archiviazione che offrono disponibilità elevata e resilienza per i ruoli in cluster. Questo articolo illustra le architetture di archiviazione, tra cui SAN, NAS, iperconvergenti, spazi di archiviazione diretti e topologie miste.

Le architetture di archiviazione descritte di seguito riflettono il modo in cui vengono ridimensionati i componenti di calcolo e archiviazione e il modo in cui vengono usati i volumi condivisi cluster (CSV) o Spazi di archiviazione diretta (S2D). Questo articolo non descrive tutte le possibili configurazioni dell'architettura di archiviazione o casi limite non comuni.

Confronto tra architetture

Architecture Posizionamento dell'archiviazione Caratteristiche di ridimensionamento
Archiviazione SAN o NAS Archiviazione condivisa esterna (SAN, NAS o condivisioni file SMB 3.0) accessibile tramite la rete da un cluster di calcolo. Calcolo e scalabilità di archiviazione in modo indipendente (aggiungere nodi di calcolo senza aggiungere spazio di archiviazione; l'aumento delle risorse di archiviazione è specifico del fornitore).
Hyperconverged Dischi locali in ogni nodo del cluster aggregati da S2D; dati replicati tra tutti i nodi; i volumi condivisi del cluster offrono un'archiviazione uniforme. Scalabilità simmetrica: ogni nodo aggiunge sia elaborazione sia archiviazione; il cluster è supportato fino al numero di nodi documentato per S2D.
Iperconvergente con archiviazione SAN Pool S2D locale (CSV ReFS) più volumi SAN esterni (CSV NTFS) nello stesso cluster; i set di dischi rimangono separati. Scalabilità doppia: aggiungere nodi (calcolo + archiviazione S2D) o espandere SAN in modo indipendente.
Spazi di archiviazione diretta disaggregati Un cluster di calcolo separato accede all'archiviazione fornita da un cluster di archiviazione S2D distinto sulla rete. Calcolo e archiviazione si scalano in modo indipendente (aggiungere solo nodi del cluster di calcolo o solo nodi del cluster di archiviazione).
Supporto dell'architettura mista Combinazione di archiviazione SAN/NAS disaggregata e archiviazione basata su S2D, entrambe utilizzate dallo stesso cluster di calcolo. Flessibile: combinare strategie di ridimensionamento indipendenti e simmetriche per ogni carico di lavoro.

Tutte le architetture si basano sulle funzionalità del cluster (quorum, monitoraggio dell'integrità, failover) descritte nella panoramica. I dettagli di utilizzo CSV (sincronizzazione dei metadati, I/O reindirizzato) sono disponibili nella panoramica del CSV. Per considerazioni su SAN e NAS (percorsi multipli, isolamento), vedere i requisiti hardware di clustering. La semantica attiva-attiva del file server Scale-Out è descritta nella sua panoramica.

Archiviazione SAN o NAS

Lo spazio di archiviazione SAN o NAS disaggregato (incluse le condivisioni SMB 3.0) inserisce l'archiviazione in un'infrastruttura separata. I nodi del cluster accedono all'archiviazione in rete. Calcolo e scalabilità delle risorse di archiviazione in modo indipendente.

Le caratteristiche principali di un modello SAN o NAS disaggregato sono:

  • Supporta il failover per VM, dati del File Server Scale-Out, SQL Server (su SMB) e altre app clusterizzate.

  • La piattaforma SAN o NAS offre disponibilità e resilienza dell'archiviazione. Usare multipath I/O o il teaming NIC per eliminare singoli punti di guasto (vedere requisiti hardware).

  • Le condivisioni SMB possono trarre vantaggio da SMB Multicanale e SMB Diretto per aumentare la capacità di trasmissione e la resilienza.

  • Scalabilità indipendente: aggiungere risorse di calcolo (CPU/RAM) senza spazio di archiviazione o espandere solo l'archiviazione.

  • I cluster supportano fino a 64 nodi.

Prima di distribuire o espandere un cluster di failover basato su SAN o NAS, esaminare le considerazioni di pianificazione seguenti:

  • Il ridimensionamento e le prestazioni sono specifici del fornitore. Consulta le linee guida della piattaforma.

  • Mantenere il firmware e i driver coerenti per i protocolli di blocco (Fibre Channel, iSCSI). Garantire la ridondanza della rete per le PMI.

  • Isolare il traffico di archiviazione dai percorsi di gestione e client per ridurre i conflitti.

  • Pianificare la disponibilità e la ridondanza del percorso di rete in modo che corrispondano alla resilienza della piattaforma di archiviazione.

  • Applicare gli ACL di condivisione file in modo che solo i nodi del cluster accingano alle risorse condivise.

Scegliere questo modello quando il ciclo di vita o la crescita dell'archiviazione differisce dal calcolo o quando l'archiviazione condivisa centralizzata deve servire più cluster. Il ridimensionamento del cluster di archiviazione dipende dal fornitore. Contattare i fornitori per capire il modo in cui la soluzione di archiviazione offerta possa scalare.

Hyperconverged

In questa configurazione iperconvergente, Storage Spaces Direct raggruppa le unità locali in ogni nodo del cluster in un pool di archiviazione condiviso, presenta i volumi come Volumi Condivisi Cluster (CSV) e replica i dati tra i nodi del cluster per la resilienza. Le capacità di calcolo (CPU e RAM) e di archiviazione aumentano insieme man mano che si aggiungono nodi del cluster.

Caratteristiche principali di un modello iperconvergente:

  • Supporta carichi di lavoro in cluster, ad esempio macchine virtuali, Scale-Out dati delle applicazioni file server, database di SQL Server (in SMB e CSV) e applicazioni in contenitori.

  • Il failover del cluster consente alle macchine virtuali e ad altri ruoli in cluster di spostare o riavviare in qualsiasi nodo del cluster.

  • I dispositivi NVMe, SSD e HDD locali sono raggruppati e i volumi vengono esposti come volumi condivisi cluster (CSVs) per uno spazio dei nomi uniforme.

  • La resilienza dei dati usa il mirroring, la parità o la resilienza annidata e i dati vengono replicati in altri nodi. Per altre informazioni sulla tolleranza di errore per Spazi di archiviazione diretta, vedere Tolleranza di errore ed efficienza di archiviazione.

  • Scalabilità simmetrica, ovvero ogni nodo aggiunto contribuisce sia al calcolo che all'archiviazione.

  • I cluster supportano tra 1 e 16 nodi usando Spazi di archiviazione diretta.

  • La rete est-west a bassa latenza e, in caso di configurazione, RDMA (RoCE o iWARP) migliora la velocità effettiva e riduce il sovraccarico della CPU.

Considerazioni sulla pianificazione prima della distribuzione o dell'espansione di cluster iperconvergenti:

  • Mantenere coerenti le versioni del firmware e dei driver tra adattatori di archiviazione e unità.

  • Convalidare la configurazione di rete (QoS, priorità RDMA e controllo del flusso) per evitare la congestione e garantire una latenza prevedibile.

  • Ridimensionare i livelli di cache e capacità (NVMe, SSD e HDD) usando le linee guida pubblicate per mantenere i rapporti consigliati per le prestazioni.

  • Riserva la capacità di ricostruzione affinché il cluster possa tollerare in modo sicuro guasti delle unità o dei nodi ed evitare di funzionare con un utilizzo vicino al 100%.

  • Monitorare in modo proattivo l'integrità dell'unità, della custodia e della replica.

Diagramma di un cluster di spazi di archiviazione diretta iperconvergente di base con host di calcolo e dischi locali in pool.

Spazi di archiviazione diretta disaggregati

La tecnologia Storage Spaces Direct disaggregata separa i nodi di calcolo e archiviazione in cluster distinti. Un cluster di calcolo (che esegue carichi di lavoro come macchine virtuali, ruoli Scale-Out File Server, database di SQL Server o applicazioni containerizzate) accede all'archiviazione fornita da un cluster di Storage Spaces Direct separato su SMB 3.0.

Caratteristiche principali di un'architettura di Spazi di archiviazione diretta disaggregata:

  • Scalabilità indipendente: aggiungere solo nodi di calcolo per più risorse CPU e RAM o aggiungere solo nodi di archiviazione per capacità e prestazioni. I tassi di crescita possono divergere.

  • Supporta gli stessi carichi di lavoro in cluster dei modelli iperconvergenti quando vengono esposti tramite condivisioni supportate da SMB o CSV.

  • Il cluster di archiviazione usa il mirroring, la parità o la resilienza annidata e i dati vengono replicati in altri nodi. Per altre informazioni sulla tolleranza di errore per Spazi di archiviazione diretta, vedere Tolleranza di errore ed efficienza di archiviazione.

  • Isolamento della manutenzione: è possibile applicare patch o riavviare i nodi di archiviazione separatamente dai nodi di calcolo.

  • Più cluster di calcolo possono usare condivisioni da un cluster di archiviazione (soggetto alla pianificazione della capacità e delle prestazioni).

  • I cluster di calcolo supportano tra 1 e 64 nodi.

  • I cluster di archiviazione supportano tra 1 e 16 nodi.

  • Richiede una rete a bassa latenza affidabile per connessioni est-ovest (facoltativamente RDMA) tra cluster per prestazioni prevedibili.

Considerazioni sulla pianificazione prima della distribuzione o dell'espansione di Storage Spaces Direct disaggregati.

  • Allineare le cadenza di aggiornamento del firmware, dei driver e del sistema operativo tra i nodi di archiviazione. Evitare le versioni dei driver miste.

  • Convalidare la configurazione di rete (QoS, priorità RDMA e controllo del flusso) per evitare la congestione e garantire una latenza prevedibile.

  • Prevedere una crescita divergente (CPU, RAM, capacità e operazioni di I/O al secondo) e impostare soglie per quando ridimensionare ogni cluster in modo indipendente.

  • Applicare l'accesso con privilegi minimi. Limitare l'accesso amministrativo tra cluster di calcolo e archiviazione, usando gli ACL di condivisione file per i nodi del cluster necessari.

  • Monitorare in modo proattivo l'integrità delle unità, degli enclosure e delle repliche nel cluster di archiviazione, in modo che le risorse di calcolo indipendenti non siano influenzate dalla disponibilità dello storage.

Il diagramma seguente mostra una distribuzione disaggregata con un cluster di calcolo e un cluster di archiviazione.

Diagramma dell'architettura disaggregata: un cluster di calcolo che accede a un cluster di Spazi di archiviazione diretta separato.

Quando si aggiungono altre risorse di calcolo, è possibile aggiungere un nuovo nodo al cluster di calcolo esistente o aggiungere un nuovo cluster. Il diagramma seguente illustra cosa accade alla distribuzione semplice se si aggiunge un nuovo cluster senza aggiungere altre risorse di archiviazione.

Diagramma che mostra un modello disaggregato dopo l'aggiunta di un secondo cluster di calcolo (solo scalabilità di calcolo).

Quando si aggiungono altre risorse di archiviazione per l'hosting di dati senza aggiungere altre risorse di calcolo, è possibile aggiungere un nuovo nodo al cluster di archiviazione esistente o aggiungere un nuovo cluster. Il diagramma seguente illustra l'aspetto della distribuzione semplice quando si aggiunge un nuovo cluster senza aggiungere risorse di calcolo come CPU o RAM.

Diagramma che mostra un modello disaggregato dopo l'aggiunta di un secondo cluster di archiviazione (solo scalabilità di archiviazione).

Iperconvergente con archiviazione SAN

A partire da Windows Server 2022, è possibile combinare gli Spazi di archiviazione diretta iperconvergente con l'archiviazione SAN esterna in uno stesso cluster di failover. Questa architettura combina un cluster di Spazi di Archiviazione Diretta iperconvergente (dischi locali in pool e esposti come CSV supportati da ReFS) con l'archiviazione SAN esterna presentata allo stesso cluster e aggiunta come CSV supportati da NTFS. Le due origini di archiviazione coesistono ma rimangono separate.

Caratteristiche chiave di un modello hyperconverged più SAN:

  • Coesistenza: i volumi condivisi cluster S2D e i volumi condivisi cluster SAN operano side-by-side nello stesso cluster di failover.

  • Separazione rigorosa: i dischi SAN non devono mai essere aggiunti al pool di Spazi di archiviazione diretta e vengono gestiti in modo indipendente.

  • Requisiti di formattazione:

    • Formattare i volumi SAN come NTFS prima di convertirli in volumi condivisi cluster.

    • Formattare i volumi di Storage Spaces Direct come ReFS prima di convertirli in Cluster Shared Volumes.

  • La connettività SAN supportata include Fibre Channel, iSCSI e iSCSI Target.

  • Flessibilità di posizionamento del carico di lavoro: posizionare carichi di lavoro sensibili alla latenza o ottimizzati per ReFS (ad esempio set VHDX di grandi dimensioni o livelli di contenitore) nei volumi S2D. Posizionare carichi di lavoro che richiedono funzionalità NTFS specifiche o strumenti di gestione SAN esistenti nei volumi SAN.

  • Espansione della capacità indipendente: aggiungere nodi iperconvergenti (aggiunge risorse di calcolo e archiviazione) o espandere la capacità SAN (aggiunge solo spazio di archiviazione) senza influire sull'altro.

  • I domini di guasto rimangono distinti: S2D gestisce i guasti delle unità e dei nodi tramite set di resilienza. SAN gestisce la disponibilità tramite un controller, un'infrastruttura o una progettazione multipath.

  • I cluster di Spazi di archiviazione diretta supportano tra 1 e 16 nodi.

Considerazioni sulla pianificazione prima della distribuzione o dell'espansione di un'architettura combinata iperconvergente più SAN:

  • La scalabilità e le prestazioni san sono specifiche del fornitore: consultare le linee guida per la piattaforma.

  • Non tentare di aggiungere dischi forniti da SAN nei pool di archiviazione S2D.

  • Mantenere versioni coerenti del firmware e dei driver per entrambi i sottosistemi di archiviazione (adattatori S2D e adattatori host bus SAN/NIC).

  • Stabilire le linee guida per il posizionamento del carico di lavoro (ad esempio, varianza elevata o idoneità di deduplicazione) e documentare il tipo CSV da usare.

  • Monitorare separatamente le tendenze della capacità: utilizzo del pool S2D rispetto all'utilizzo di matrici SAN per prevedere gli aggiornamenti.

  • Allineare le strategie di backup e ripristino di emergenza; Gli snapshot SAN e i backup del volume basati su S2D possono seguire pianificazioni e strumenti diversi.

  • Verificare l'isolamento delle prestazioni; L'I/O SAN pesante non deve congestire il traffico di replica S2D est-ovest.

  • È necessario pianificare la disponibilità e la ridondanza di SAN e del percorso di rete in modo che corrispondano alla disponibilità di ogni piattaforma di archiviazione.

Supporto dell'architettura mista

Hyper-V supporta la combinazione delle architetture seguenti nello stesso cluster di calcolo:

  • Hyper-V con Spazi di archiviazione non aggregati diretti

  • Disaggregati Hyper-V con SAN

  • Hyper-V disaggregati con NAS

Il diagramma seguente illustra un esempio di distribuzione con un cluster di calcolo contenente una combinazione di archiviazione SAN e NAS disaggregate.

Diagramma che mostra una distribuzione con un cluster di calcolo contenente una combinazione di archiviazione SAN e NAS disaggregate.

Protocolli di archiviazione di rete

Windows Server supporta i protocolli di archiviazione file di rete seguenti:

Windows Server supporta anche i protocolli di archiviazione a blocchi di rete seguenti:

  • iSCSI

  • Fibre Channel

  • InfiniBand

Annotazioni

Le specifiche di configurazione determinano infine se la distribuzione supporta questi protocolli. Ad esempio, le distribuzioni che usano il commutatore virtuale Hyper-V non supportano InfiniBand. Tuttavia, possono supportare i dispositivi InfiniBand quando non sono associati al commutatore virtuale.

Microsoft offre anche un iniziatore iSCSI basato su software integrato per l'archiviazione a blocchi di rete.

È anche possibile usare un client del fornitore di archiviazione per qualsiasi dispositivo disponibile nel catalogo di Windows Server.

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