[스토리지 네트워크 1]스토리지 네트워크의 이해

출처 : http://www.ionthenet.co.kr/newspaper/view.php?idx=11268

[구성도로 이해하는 스토리지 네트워크 1]스토리지 네트워크의 이해

스토리지 네트워크라 하면 많은 사람들이 DAS, NAS, SAN를 떠올릴 것이다. 하지만 이들의 발전 과정과 각 기술 간의 포지셔닝에 대해 아직도 많이 혼란스러워 한다. 이번 연재에서는 이들 스토리지 네트워크의 개념 정리부터 시작해 구성도를 바탕으로 쉽게 이해하고자 한다.


성현희 기자

필자는 스토리지 분야를 맡으면서 새로운 분야에 대한 호기심만으로도 충분히 재미있었고 적응도 빨랐다고 생각한다. 하지만 기술적 이해 없이 ‘맨땅에 헤딩’하는 것은 더 이상의 전진을 기대할 수 없었다. 그래서 업체에 일명 ‘과외 선생님’을 대기시켜 공부를 한다고 했지만 좀처럼 필자의 지식으로 쌓이진 낳았다. 항상 주입식 공부에 익숙해있던 터라 공부할 당시에는 이해가 속속 되는 듯 했지만 남이 떠먹여주는 주입식 공부에는 또 다른 한계가 있었다. 그래서 직접 기술 전문 서적을 살펴봤지만 이 역시 가슴에 와 닿지가 않았다. 결국 장비들을 직접 눈도장 찍고, 구성도를 그려가며 기본 원리부터 이해해 나갔던 것이 가장 좋은 해결책이었다. 이 연재는 필자가 여러 시행착오를 겪으면서 스토리지 네트워크의 기술적 부분을 이해해간 과정을 글로 옮겨 보려고 한다. 분명 필자와 같은 기본 원리에 대해 목마른 사람도 있을 것이고, 딱딱한 전문 서적이 아닌 쉽게 쓰여진 자료의 필요성도 느낄 수 있다. 이에 스토리지 네트워크의 기본 개념부터 다양한 구성도를 통해 쉽게 이해할 수 있도록 설명하겠다. 이번 첫 연재에서는 스토리지 네크워크의 구성 요소들과 아키텍처들의 개념부터 설명하고자 한다.

스토리지는 데이터 저장고

스토리지 네트워크를 설명하기에 앞서 과연 스토리지는 무엇일까. 단어 그대로 데이터의 저장고 역할을 하는 장비라고 말할 수 있다. 초기엔 서버의 한 부분에 지나지 않을 정도로 비중이 약했지만 갈수록 그 역할과 기능이 다양해지면서 개별적인 네트워크의 한 구성요소로 발전했다. 때문에 데이터 저장고라는 간단한 정의만으로는 사실 스토리지의 전체를 설명하기엔 부족한 감이 있다.

우선 스토리지 네트워크의 시발점부터 찾아보자. 스토리지는 서버에도 존재한다. 서버에도 대부분의 PC와 같이 하드디스크를 가지고 있다. 하지만 그 용량과 크기에 제한이 있다. 특히 저장해야 하는 데이터가 많은 기업용 서버 경우, 서버만으로는 감당하기 힘들다. 또한 갈수록 기업의 데이터는 증가하고 있기 때문에 스토리지 용량도 기하급수적으로 증가하는 것은 당연한 이치다.

하지만 스토리지가 저장고라고 해서 필요할 때마다 덩치만 키우면 되는 것이 아니다. 늘어나는 데이터를 위한 용량 확장 이외에도 저장된 데이터들을 공유해서 사용할 수 있어야하고, 인증받지 못한 사용자가 데이터에 접근하지 못하도록 보안도 철저히 고려해야 한다. 하지만 초기의 스토리지는 이런 점을 모두 만족시키지 못했다. 때문에 늘어나는 스토리지 용량과 함께 이들을 보다 효율적으로 관리하고, 활용할 수 있도록 지원하는 것이 한동안 스토리지 시장의 과제였다.

이를 해결하기 위해 등장한 것이 바로 스토리지 장비와 네트워크가 결합된 스토리지 네트워크라 보면 된다. 현재 스토리지 네트워크 아키텍처는 크게 NAS(Network Attached Storage)와 SAN(Storage Area Network)으로 나눌 수 있다. 여기에 스토리지 네트워크라고는 할 수 없으나 스토리지의 시초라 할 수 있는 DAS(Direct Attached Storage) 아키텍처도 있다. 물론 최근에는 NAS와 SAN이 결합한 아키텍처도 있고, IP 네트워크와 SAN이 결합된 구성도 있다. 하지만 결합된 아키텍처들도 그 기본은 모두 이 세 가지 아키텍처에서 출발했기 때문에 이번 연재에서는 이 세 가지를 중심으로 특징들을 살펴보고 이들의 구성요소들을 짚어보도록 하겠다.

스토리지 네트워크의 구성 요소

스토리지 네트워크는 단순히 서버 뒤에 스토리지를 놓는 것으로 끝나지 않는다. 서버와 스토리지는 전혀 다른 성질의 장비이기 때문에 이들을 중간에 연결시키기 위한 다양한 매개체들이 존재한다. 서버와 스토리지를 제외한 스토리지 네트워크를 구성하기 위해 필요한 다양한 재료들부터 알아보자. 일반적인 네트워크를 구성하는데 필요한 제품들이 거의 다 쓰인다고 보면 된다.

․케이블(파이버 채널/SCSI/이더넷 케이블/SATA)

․HBA(Host Bus Adapter) : HBA는 서버와 장비 사이의 통신을 위해 서버에 장착하는카드다. 즉, 다른 인터페이스를 꽂기 위한 카드로, 이니시에이터의 역할을 맡아 동작한다. 파이버 채널 HBA, SCSI HBA 등이 있다.

․GBIC(GigaBit Interface Converter) : 네트워크 장비를 파이버 채널이나 기가비트 이더넷과 같은 광 기반의 전송 시스템에 연결하기 위한 장비.

․NIC(Network Interface Card) : 흔히 LAN 카드라 부르며, LAN에 접속할 수 있도록 하는 카드.

․허브(hub) : LAN 구축시 필요한 집선 장치. 케이블을 이용해 서로 연결시켜 네트워크를 확장한다. 사무실 내의 네트워크뿐 아니라 근거리의 다른 네트워크와도 연결할 수 있다. 따라서 네트워크에 허브를 사용함으로써 네트워크 관리가 쉽고, 에러를 검출해 낼 수 있으며, 클라이언트 확장이 쉽다.

․스위치(switch) : LAN 세그먼트 사이의 패킷을 지능적(필터링 기반)으로 포워딩하는 장비를 말한다.

․파이버 채널 스위치(Fibre Channel switch) : 파이버 채널(FC)을 망으로 구성하는 회선 교환 스위치다. 파이버 채널 방식은 광대역 통신이 가능하고 접속 지연 특성을 개선할 수 있도록 채널 방식과 네트워크 방식의 장점을 취한 네트워크 기술이다.

․디렉터(director) : 파이버 채널 스위치와 비슷한 역할이긴 하지만 광범위한 네트워크 스토리지 연결을 지원한다.

․라우터(router) : LAN과 LAN을 서로 연결시키는 인터네트워킹 장비. 라우터는 사용자가 접속하려는 호스트에 도착하기 위한 최적의 경로를 설정해 라우트해 준다.

․게이트웨이(gateway) : 서로 다른 아키텍처의 네트워크나 프로토콜을 결합시키기 위해 사용되는 장비 또는 소프트웨어.

맥데이터의 인트레피드 10000 디렉터.

시스코의 SAN 스위치 'MDS 9513'

서버 중심의 아키텍처, DAS

DAS는 가장 초기에 있었던 서버 중심의 아키텍처로 스토리지의 원조라 할 수 있다. 서버와 스토리지가 SCSI나 파이버 채널 등의 전용 케이블로 1 : 1로 전송하는 것을 말하는 것으로, 서버 내부에 스토리지가 장착돼 있는 것도 DAS라 할 수 있으며, 외장형 스토리지를 통해 직접적으로 연결하는 것도 DAS다.

지금은 DAS에 대한 이야기가 거의 언급되지 않을 정도로 스토리지 시장에서 비중이 약해졌지만 다른 시스템과의 데이터 공유를 기대하지 않던 초기 스토리지 시장에서는 거의 지배적인 아키텍처였다. 아직까지도 적은 용량에 데이터 공유가 필요하지 않는 기업 환경에서는 저렴하게 스토리지 네트워크를 구성할 수 있는 방법으로 DAS를 많이 사용하고 있는 상황이다.

서버와 스토리지를 직접 연결한 DAS에 가장 많이 사용되는 케이블은 SCSI(Small Computer Systems Interface), 파이버 채널(Fibre Channel), SATA(Serial ATA) 등이 있으며, 모두 블록 I/O 프로토콜(Block In/Out Protocol)을 사용한다. 블록 I/O 프로토콜을 사용하면 읽기/쓰기 I/O(Read & Write In/Out) 커맨드가 디스크나 테이프 드라이브 같은 특정 스토리지 장치와 그 저장 위치를 정확히 지정해 준다는 것을 의미한다.

(그림 1)의 파이버 채널 기반 DAS 구성도를 살펴보자. 우선적으로 서버와 스토리지가 1 : 1로 구성돼 있는 것을 확인할 수 있다. 그리고 좀더 구체적으로 살펴보면 서버와 스토리지 간의 연결을 위해 HBA(Host Bus Adapter)가 서버와 스토리지에 각각 꽂혀있다. 여기서는 파이버 채널 기반의 DAS 아키텍처임으로 HBA로 파이버 채널 어댑터가 꽂혀있다. 이 파이버 채널 어댑터는 스토리지 업체들에 따라 채널 어댑터, CHIP(Channel Host Interface Processor), Target 파이버 채널 카드 등 다양하게 불리고 있다.

구성도로 확인할 수 있듯이 DAS는 다른 아키텍처에 비해 아주 간단한 구조다. 따라서 설치하는데도 그리 어렵지 않다. 스토리지와 서버 간을 SCSI 케이블로 연결한다면 상대적으로 비용이 저렴하고, 설치가 쉽다.

DAS는 연결 자체가 이미 스토리지를 위해 고안됐으며, 프로토콜도 스토리지 프로토콜인 SCSI 블럭 I/O를 사용하기 때문에 어떤 타입의 애플리케이션에도 그 성능이 최적화돼 있다. 즉, DAS는 모든 종류의 스토리지 프로세싱에 최적화돼 있는 솔루션이기 때문에 대부분의 애플리케이션에 상당한 유연성과 개방성을 제공해 준다.

하지만 이런 장점에도 불구하고 스토리지 용량이 커지면 DAS 아키텍처로는 확장에 대한 한계가 있으며, 무엇보다 시스템 간의 파일 공유가 불가능해 똑같은 데이터를 필요한 시스템마다 가지고 있어야 하는 비효율적인 저장도 발생할 수 있다.

파일 공유가 가능한 NAS

앞서 설명한 DAS와 같은 서버 중심형 네트워크에서는 구성도를 통해서도 알 수 있듯이 무조건 서버를 통해서만 데이터에 접근할 수 있다. 이는 곧 서버의 가용 리소스에 부담을 줘 네트워크의 처리속도를 저하시키는 원인을 제공한다. 이런 DAS 아키텍처가 갖는 결함을 극복하기 위해서 개발된 것이 바로 데이터 중심형의 스토리지 솔루션 NAS라 할 수 있다.

NAS는 이름 그대로 해석하면 네트워크에 접속한 스토리지다. LAN에 직접 연결돼 일반 서버의 과부하없이 오직 데이터의 공유와 전송에 집중된 스토리지 전용 시스템이라 정의할 수 있다. 하지만 스토리지는 SCSI 프로토콜을 기반으로 통신하고 LAN은 TCP/IP 프로토콜을 기반으로 통신하기 때문에 서로 간의 통신이 불가능하다. 때문에 NAS 아키텍처에는 이 두 프로토콜이 통신하기 위해 중간에 매개체 역할을 하는 무엇인가가 있어야한다. 이 역할을 하는 것이 바로 NAS 컨트롤러다.

(그림 2)의 구성도를 보면 알 수 있듯이 NAS는 NAS 컨트롤러와 스토리지로 구성돼 있다. NAS 컨트롤러는 기능상으로 봤을 때 사실상 파일 서버와 논리적으로 같다고 보면 된다. 단지 NAS 컨트롤러는 일반적인 서버 운영체제와는 달리 스토리지쪽에 최적화된 운영체제를 탑재하고 있어, 같은 사양의 서버일지라도 성능과 기능에서 차이를 보여준다.

NAS 컨트롤러와 일반 애플리케이션 서버는 LAN에 접속돼 TCP/IP 프로토콜로 통신하고, NAS 컨트롤러와 스토리지는 SCSI 또는 파이버 채널 등으로 연결돼 SCSI 통신을 하는 것을 알 수 있다. 여기서 궁금한 점이 있을 수 있다. 파이버 채널도 SCSI 프로토콜로 통신하는 지다. 정답은 ‘예스’다. 파이버 채널 프로토콜의 계층구조를 살펴보면 가장 상위 계층에 IP, SCSI, HIPPI 등 여러 가지 프로토콜이 올라갈 수 있는데, 현재 스토리지에서 사용하는 파이버 채널은 SCSI 프로토콜이 올라가 있어 SCSI 프로토콜로 통신한다고 할 수 있다.

NAS 컨트롤러는 스토리지와 분리돼 하나의 박스로 존재할 수고 있고, 하나의 박스에 스토리지와 함께 장착될 수도 있다. 따로 분리돼 박스로 구성될 경우 NAS 컨트롤러에 대해 스토리지 수를 늘림으로써 전체 서비스되는 데이터 용량을 쉽게 대용량으로 확장할 수 있고, 서비스 중에도 중단없이 확장이 가능하다.

그리고 NAS는 업계 표준이라 할 수 있는 LAN 인프라에 직접 설치되기 때문에 설치가 매우 쉽고 조작과 관리도 간단하며, 거리 제한이 없는 것이 장점이다. 더불어 이미 설치돼 있는 LAN에 설치되기 때문에 네트워크 설치 추가 비용이 필요하지 않아 경제적이다.

NAS의 가장 큰 장점은 다양한 운영체제로 구성된 클라이언트 환경에서도 데이터 공유가 가능하다는 것이다. 최근 선보이고 있는 NAS 제품들은 RAID 레벨 0, 1, 3, 5 등을 자체적으로 지원하며 CIFS, NFS, SMB, AFP 등의 다양한 파일 시스템을 제공해, 맥킨토시나 윈도우, 유닉스 등의 클라이언트를 유연하게 지원할 수 있다. 만약 RAID에 대해 궁금하다면 온더넷 2006년 2월 호부터 3개월 간 기술 연재한 것이 있으니 참고하기 바란다.

하지만 이런 장점을 모두 충족하기 위해선 LAN이 충분한 대역폭을 확보해야한다. 대역폭이 여유롭지 못하다면 서버의 과부하나 네트워크의 정체를 야기할 수 있다. 때문에 NAS는 DAS나 SAN에 비해 성능면에서 떨어진다고 평가받았다. 하지만 최근에는 이런 기가비트 이더넷이나 10기가비트 이더넷이 등장하면서 이 같은 성능 문제는 해결의 실마리를 찾아가고 있다.

이런 성능상의 문제 때문에 초기 시장에서의 NAS는 파일 공유에서의 이점으로 약간의 성능저하에서 생기는 단점을 충분히 극복할 수 있는 업무에 활용됐다. 주로 제조업이나 소프트웨어 개발 회사들에서 협업이 필요한 업무에 많이 사용했다. 하지만 최근에는 대용량 파일 교환이 필요한 곳 뿐 아니라, 일반 기업의 워크그룹 백업이나, 연구소, 병원 등의 데이터 백업용 스토리지로도 각광을 받고 있다. 이외에도 대형 엔터프라이즈 NAS의 경우는 DAFS(Direct Access File System)를 이용해 데이터베이스용 스토리지로까지 영역을 확장하고 있다.

독립된 스토리지 전용 네트워크, SAN

SAN은 앞서 설명한 DAS와 NAS와는 기본 개념부터 큰 차이를 보인다. 구성도만 보더라도 우선 규모부터 다르다. SAN은 엔터프라이즈 환경을 겨냥한 스토리지 네트워크로, 파이버 채널을 이용해 기존 네트워크와는 별도로 독립된 스토리지 전용 고속 네트워크라 정의할 수 있다.

(그림 3)을 보면 서버와 스토리지 사이에 파이버 채널 스위치를 넣어 일반적인 네트워크의 개념을 도입한 것을 알 수 있다. 파이버 채널 스위치 대신 SCSI 스위치를 넣을 수 있을까. SCSI의 경우 오픈 시스템의 채널 인터페이스이긴 하지만 접속 거리가 최대 25m이므로 네트워크를 구성하기엔 거리 제약이 있다. 파이버 채널은 최단 500m, 최대 10km까지 원격지 연결이 가능하다. 그리고 파이버 채널 스위치를 사용하는 경우 업체마다 차이가 있긴 하지만 리피터를 이용해 스위치 간 10～100km까지 원격지 연결을 제공하고, DWDM(Dense Wave Division Multiplexing) 연결을 사용하는 경우는 약 200km까지 거리를 확장할 수 있다. 또한 SCSI는 스위칭을 위한 고려가 전혀 없는 인터페이스란 점 때문에 파이버 채널이 SAN의 표준이라 해도 무방하다.

이렇게 파이버 채널 스위치가 서버와 스토리지 중간에 위치하게 되면 서버의 접속 포트 하나에서 여러 대의 스토리지를 접속할 수 있고, 또한 스토리지 접속 포트 하나에 여러 대의 서버가 접속할 수 있는 유연성이 생긴다. 이는 서버 측면에서의 스토리지 공유, 스토리지 측면에서의 서버 공유가 가능하다고 해석된다. 때문에 보유한 스토리지 자원을 최적으로 사용할 수 있는 것이 SAN의 장점이다. 또한 스토리지 자원을 통합할 수 있어 중앙집중화된 통합 관리가 가능하다는 것도 이점이다.

서버에 직접 연결할 수 있는 스토리지 용량은 서버에 따라 그 한계가 정해지고 확장시 서버를 다운시켜야하지만 SAN은 서버와 관계없이 대규모 확장이 가능하다. 또한 파이버 채널은 이론상 초당 100MB의 최대 전송률을 가지는 가장 효과적인 전송 기술을 갖고 있다. 실제로는 그 보다 낮은 속도일지라도 기가비트 이더넷의 40MB/s의 평균전송률보다는 빠르기 때문에 높은 성능을 제공한다고 볼 수 있다. 때문에 데이터베이스 관리 시스템이나 트랙잭션 프로세싱 시스템처럼 대규모 데이터를 관리하는 고성능 애플리케이션을 위한 최적의 솔루션이다. 뿐만 아니라 SAN은 원격지 미러링 기능과 같은 재해/재난 복구 솔루션이 결합해 재난발생 시 저장 데이터의 안전과 신속한 복구가 가능하다.

하지만 이런 SAN의 확산에 있어 가장 큰 걸림돌은 높은 가격이다. 단순한 스토리지 디스크나 테이프 장비만이 아닌 파이버 채널로 네트워크를 구성하기 위한 각종 컴포넌트가 있어야한다. 일반적인 네트워크를 구성하는데 필요한 허브, 스위치 등을 SAN에서도 그대로 사용하면 좋으련만 파이버 채널을 지원하는 각각의 새로운 장비들이 필요하다. 이러한 고가의 파이버 채널 기반 장비를 사용해야 하는 점은 비용면에서 고객에게 많은 부담을 안겨준다. 더불어 SAN은 NAS와는 달리 새로운 기술이기 때문에 이를 운영하고 관리할 수 있는 전문 인력이 부족한 것도 사실이다.

또한 SAN은 NAS와 같은 파일 공유가 아직까지 불가능하다. 관련 업체들이 파일 공유 솔루션을 출시하긴 했지만 아직 시장에서 완전히 정착된 수준은 아니기 때문에 신중을 가할 필요가 있다. 하지만 SAN 업체들이 파일 시스템의 공유를 목표로 많은 노력을 기울이고 있는 점을 감안한다면 조만간 SAN에서도 파일 공유가 쉽게 이뤄질 것으로 예상된다. 이밖에도 SAN은 이기종 서버와 스토리지 간의 호환성의 문제가 있으나 점점 개방적인 오픈 환경으로 전개해 나가고 있다.

SAN 아키텍처의 확장과 백업에 관련된 내용은 다음 연재에서 구축 사례별로 보다 깊게 다루도록 하겠다.