amplengine님의 이글루

새로운 기술은 당시의 문제점과 예측할 수 있는 가까운 미래의 과제를 해결하는데 중점을 두고 개발되는 것이 일반적이다. NAS와 SAN으로 대표되는 스토리지 네트워크 역시 당시의 데이터 증가를 기준으로 발전된 것으로, 시간이 지나면서 여러 가지 문제점을 나타낼 수밖에 없었다.
SAN은 2000년 초반부터 국내에서도 본격적으로 구축되기 시작했으며, 이를 통해 스토리지에 대한 광범위한 통합이 이뤄지기 시작했다. 하지만 SAN의 규모가 커지면서 스토리지의 관리 역시 복잡해지고 유지 비용도 증가하기 시작했다. SAN은 기본적으로 기존 SCSI 프로토콜을 사용하지만, 물리적인 매체는 파이버 채널을 사용한다. 그리고 서버와 스토리지가 네트워크 상에서 동등한 노드이기 때문에 모든 서버와 스토리지는 서로 접속할 수 있다. 이런 태생적인 장점은 바로 태생적인 단점으로 이어진다.
결국을 SAN을 통해 진행된 스토리지의 광범위한 통합은 새로운 요구에 직면하게 되는데, 예를 들어 스토리지 자원의 보다 광범위하고 자유로운 공유나 서버를 배제한 백업 같은 것이 바로 그것이다.

가상화를 통한 유연성 확보
이런 문제에 대한 해결책으로 등장한 것이 바로 스토리지 가상화이다. 서버와 스토리지 사이의 경로 상에 특정 가상화 장비를 통해 구현되는 스토리지 가상화는 스토리지의 통ㅎ바은 물론 스토리지 관리의 통합, 그리고 특히 이기종 시스템 간의 스토리지 공유를 위한 액세스 관리 등의 이점을 제공한다. 특히 관리 측면에서는 시스템 관리와 스토리지 관리를 완전히 분리할 수 있다.
스토리지 가상화를 이용하면 서버나 서버 클러스터에 연결하지 않고도 스토리지 풀을 구현할 수 있다. 예를 들어 JBOD나 RAID, 테이프 라이브러리 등을 모아 가상화 장비에 연결한 다음, 클라이언트와 서버는 물리적인 스토리지와는 관계없이 중간의 가상 스토리지에 연결하는 방식이 가능해진다.
스토리지 가상화의 이점은 크게 세 가지로 정리할 수 있다.
첫째, 복잡한 스토리지 인프라를 단순화할 수 있다. 일반적으로 SAN 환경에서 접속하고 있는 각 서버는 SAN 환경에 포함된 모든 스토리지의 물리적인 경로를 관리해야 하는 부담을 갖게 된다. 경우에 따라 한 서버에 2개 이상의 파이버채널 HBA로 SAN에 접속하는 경우에는 2중, 3중으로 중복된 물리적인 경로를 관리해야 하는 경우도 있다. SAN 어플라이언스는 이런 복잡한 다수의 물리적인 경로에 대한 가상화를 통해 몇 개의 논리적인 경로로 그룹화하고 단순화해 서버에 제공한다. 따라서 서버는 실제 사용하는 물리적인 스토리지 경로보다 훨씬 적은 수의 논리적인 경로를 갖게 된다.
둘째, 스토리지 기반 구조에 대한 관리 기능의 향상이다. 가상화 장비는 서버로부터 시스템 관리 영역과 스토리지 관리 영역을 분리해 스토리지 관리 영역을 담당한다. 보다 전문적인 스토리지 관리가 가능해지는 것이다.
서버의 가용시간도 늘릴 수 있다. 가상화된 장비를 서버에 제공하므로 하단 스토리지와 같은 구성의 변경이 서버에 영향을 주지 않는다. 따라서 스토리지의 물리적인 장애나 하드웨어의 구성 변경으로 인해 시스템을 재부팅할 필요가 없어진다. 이는 시스템 가용 시간을 늘려 애플리케이션 서버의 서비스 시간을 늘릴 수 있다.

이기종 환경 지원과 관리 효율성 향상
일반적으로 가상화 기능을 구현하는 위치는 대부분 서버, 디스크, 네트워크 등이다,
먼저 서버의 가상화 구현은 단순한 소프트웨어 솔루션이다. 즉 각 서버에 가상화 기능을 수행하는 소프트웨어를 탑재해 구현하거나 별도의 전용 서버에 가상화 소프트웨어를 설치하고 SAN 구조에 연결해 이곳에서 관련 요구를 우회하는 방법 등이 있다. 전자의 경우 가상화 소프트웨어 관리가 SAN에 속하는 모든 서버에서 이뤄지므로 관리의 단순화라는 측면에 위배되고, 후자는 가상화와 관련된 요구가 항상 전용 서버를 우회해야 한다는 문제가 발생한다.
다음으로, 디스크에서 가상화 기능을 구현하는 것은 테이프 장비가 디스크의 뒤에 위치함으로써 테이프 장비의 효율을 저하시킨다. 또한 특정 디스크 스토리지에 구현되므로 범용성이 없다는 단점이 있다.
마지막으로 네트워크에서 가상화 기능을 구현하는 것은 이론적으로 가장 이상적인 형태이다. 모든 스토리지가 자연스럽게 네트워크를 거치면서 가상화돼 서버에 전달되고 서버는 가상화에 대한 모든 부담을 네트워크로 넘기게 되므로 관리 부담을 덜게 된다.
SAN 가상화 기술은 그동안 SAN의 문제로 지적되고 있던 상호 운영성을 문제를 해결해 이기종 서버와 스토리지를 하나의 SAN 구조로 연결할 수 있도록 지원하며, 지금까지 서버에 있던 스토리지 관리 기능이 SAN 환경에서 독립적으로 운영돼 관리의 효율성을 높일 수 있을 것이다. 더불어 RAID 기능이 스토리지 서브시스템에서 SAN으로 이동해 개별 스토리지 서브시스템의 컨트롤러가 불필요하게 됨에 따라 스토리지 하드웨어의 수익을 크게 잠식할 것이다.

IP를 지향하는 스토리지 네트워크
현재 많은 기업들이 활용하고 있는 스토리지 네트워크는 파이버 채널 기반 SAN으로, 일반적으로 SAN이라고 하면 모두 파이버 채널을 기반으로 한 SAN을 의미한다. 파이버 채널 SAN이 기업들에게 많은 이점을 제공하고 있지만, 동시에 해결해야할 과제들도 적지 않다. 우선 기존 네트워크와는 별도의 네트워크를 구축해야 하고, 이에 따른 구축과 운용 비용, 제한된 운용 범위 등이 바로 그것이다.
이런 파이버채널 기반의 스토리지 네트워크를 범용적으로 사용하고 있는 IP 네트워크에 연결하기 위한 노력이 지속적으로 이어졌다. 대표적인 것이 바로 기존 이더넷 네트워크를 그대로 사용하면서도 파이버 채널 SAN에서 얻을 수 있는 장점을 모두 수용할 수 있는 기술인 IP SAN이다.

IP SAN은 iSCSI(Internet SCSI) 프로토콜을 사용하는 IP 네트워킹 인프라를 기반으로 한다. (그림 2)을 보면 알 수 있듯이, IP SAN은 파이버 채널 SAN과 논리적으로는 동일한 구조다. 단지 기존 파이버 채널이 iSCSI로 대체되는 것이기 때문에 기존의 장점을 그대로 유지하고 있다.
일반적으로 파이버 채널 SAN을 구축할 때 서버에서 스토리지 연결시 HBA(Host Bus Adapter)를 거쳐 파이버 채널 SAN 스위치를 통해 스토리지로 연결된다. 하지만 IP SAN은 HBA 대신 네트워크 카드를, SAN 스위치 대신에 네트워크 스위치를 사용하기 때문에 기존의 IP 네트워크를 그대로 활용해 적은 비용으로 시스템을 구축할 수 있는 것이 가장 큰 특징이다.
또한 현재 거의 모든 기업에서 IP 네트워크 기술을 사용하고 있기 때문에 파이버 채널 SAN 스위치에 대한 기술을 따로 숙지할 필요없이 쉽게 활용할 수 있으며, 관리 포인트도 줄어들어 통합 관리도 가능해진다. 특히 DAS나 로컬 디스크를 쓰는 환경일 경우에 보다 활용도를 높일 수 있다.
이 외에도 파이버 채널 기반 SAN은 거리 제한이 있지만, IP SAN의 경우는 거리 제한 없이 어디든 연결을 지원할 수 있어, 원격 데이터 복제나 재해 복구에도 적용할 수 있는 추가적인 장점까지 제공한다.
이런 장점을 갖춘 IP SAN이지만, 순식간에 기존 파이버 채널 SAN을 대체하지는 못하고 있다. 이유는 IP 네트워크의 속도와 안전성에 대한 사용자들의 인식 때문이다. 속도 문제는 기가비트 이더넷의 보편화와 10기가비트 이더넷의 등장으로 불식됐다고 하지만, 베스트 에포트 기반 IP 네트워크의 가용성와 안정성에 대해서는 아직도 사용자의 신뢰도가 낮은 편이다. 때문에 대규모 아직은 대규모 IP SAN만을 구축하기보다 부분적인 단위 업무에 활용하고 있는 사례들이 많은 편이지만, 해마다 IP SAN 도입 사례들이 증가하고 있는 추세다.

IP SAN의 핵심 기술 ‘iSCSI’
IP SAN을 구성하는 표준 프로토콜에는 iSCSI, FCIP(Fibre Channel over IP), iFCP(Internet Fibre Channel Protocol) 등이 있지만, 현재 가장 널리 이용하는 것은 iSCSI 다.
iSCSI는 TCP/IP를 사용하는 표준 SCSI 블록 스토리지 프로토콜로 ▲빠른 I/O 처리를 지원하며 ▲기존 네트워크 프로토콜을 통한 높은 가용성 보장 ▲SNMP와 기타 네트워크 관리 툴에 의한 수월한 네트워크 관리 ▲IPSec 등의 기술을 통한 높은 신뢰성 제공 ▲저렴한 네트워크 스토리지 구축 ▲IP 기반 LAN과 WAN 인프라와의 호환 ▲기존 네트워크 기술과 인력 이용 ▲거리상의 제약 해결 등 많은 장점을 제공한다.
iSCSI를 통해 IP SAN을 구성하는 방식에는 크게 3가지가 있다. 첫 번째 방식은 서버에 사용 중인 표준 NIC에 소프트웨어 iSCSI 이니시에이터를 적용하는 방식으로, 저렴한 비용으로 구현이 가능해 중소 규모의 애플리케이션 환경에 가장 적합하다.
두 번째 방식은 TCP/IP 네트워크를 통한 데이터 전송시 발생할 수 있는 TCP 오프로드를 제거하기 위해 TOE(TCP Offload Engine) NIC를 사용하는 것으로, 높은 성능이 요구되는 애플리케이션에 적합하다.
세 번째 방식으로는 iSCSI HBA를 사용하는 것으로, 이는 서버의 CPU 부하를 가장 적게 차지하지만, 표준 NIC에 비해 비용이 비싼 것이 단점이다.
기업은 3가지 방식 중에 가장 적합한 방식을 통해 iSCSI를 지원하는 스토리지 시스템이나 테이프 장비에 데이터를 액세스할 수 있다. 만약 iSCSI 방식을 지원하지 못하는 스토리지 장비라면 iSCSI 게이트웨이를 사용해 (그림 3)처럼 iSCSI 환경을 지원할 수도 있다. 
 

SAN과 NAS의 통합
2000년 초반까지만 해도 스토리지 네트워크 분야에서 SAN(Storage Area Network)과 NAS(Networked Attached Storage)는 서로의 영역을 고집하며 시장 키우기에 여념이 없었다. 좀더 사실적으로 말한다면 기업 대부분이 SAN만 써도 별무리 없다는 인식이 강했다. 하지만 오늘날 대부분의 기업 애플리케이션 환경은 SAN 지향적 데이터베이스 애플리케이션뿐만 아니라 NAS 지향적 파일 애플리케이션들이 혼재돼 있는 상황이다.
이를테면 은행에서의 고객 데이터 관리를 위한 애플리케이션 서비스는 SAN 아키텍처를 통한 스토리지 구축이 안성맞춤이겠지만, 인터넷 뱅킹과 같은 업무에서는 파일 서비스가 가능한 NAS가 적합하다. 즉, 하나의 기업 고객에서 두 스토리지 아키텍처가 모두 필요해지면서 두 스토리지 네트워크의 통합 방안에 대한 공감대가 형성되기 시작했고, 상호 절충할 수 있는 방안으로 SAN과 NAS의 통합 구성 방안이 마련됐다.
초기에는 기존 SAN 환경에 NAS를 별도로 구축하는 것이 기본적인 통합 구성 방안이었다. 진정한 의미의 통합 구성이라 할 수는 없지만, 동일한 업체 제품으로 구성하다보니 관리는 하나로 이뤄질 수 있었다. 또한 별도로 구성되다 보니 높은 성능을 기대할 수 있어 초기에는 많이 추천되기도 했다.?
하지만 이처럼 기존 SAN 환경에 추가로 NAS를 독립적으로 구축하거나 제한적으로 서비스하는 환경에서는 ▲독립 구성에 따른 스토리지 투자비용 증가와 자원 활용 비효율 ▲SAN과 NAS별 별도의 관리 툴 적용과 독자적 서비스 체계 구축으로 인한 관리 비용과 운영 부담 증가 ▲크로스(Cross) 아키텍처가 필요한 애플리케이션의 서비스 품질 저하 등과 같은 단점들이 제기됐다. 이런 스토리지 비용과 관리 효율성 향상을 위한 기술적 노력이 관련 업체들에 인해 이뤄졌고, 그 결과 SAN과 NAS의 상호 보완적 아키텍처 지원이라는 통합 형태로 이어졌다.
이런 SAN과 NAS의 통합 아키텍처 구현은 무엇보다도 스토리지 자원 공유를 통해 스토리지 투자비용을 절감할 수 있다. 그리고 모든 인프라 구성 요소에 대한 통합 관리 시스템을 구현함으로써 보다 효율적인 관리 방안을 제시한다. 궁극적으로 기업의 가장 큰 화두인 통합 구성, 통합 자원 관리를 실현시켜 전체적인 운영 업무를 획기적으로 줄일 수 있는 방안이라고 할 수 있다.

SAN과 NAS의 통합 지원 방안
SAN과 NAS의 통합은 어느 쪽을 중심으로 두느냐에 따라 크게 두 가지 방법으로 나눌 수 있다. 즉 기존 SAN에서 NAS 파일 서비스를 지원하는 방법과 기존 NAS 환경에서 SAN 블록 서비스를 지원하는 거싱 그것이다.
우선 SAN 환경에서의 NAS 통합부터 살펴보자. SAN으로 스토리지 인프라를 갖춘 기업의 경우, 기업 내 NAS와 같은 데이터 공유, 파일 서비스가 필요한 애플리케이션을 위해 NAS 게이트웨이의 도입을 적극적으로 검토한다. 또한 기존 SAN을 쓰고 있는 기업 중 실제 사용하고 있는 스토리지 용량 외에 사용하지 않은 스토리지 자원을 보다 효율적으로 활용하기 위한 목적으로도 NAS 게이트웨이를 이용해 SAN 인프라 위에 NAS 서비스를 제공하는 경우도 있다.
(그림 4)를 보면 기존 SAN 환경에 NAS와의 연결을 위해 중간에 게이트웨이를 거쳐가는 것을 알 수 있다. 즉, NAS 게이트웨이를 SAN의 클라이언트로 수용해 SAN 스토리지의 특정 볼륨을 NAS 서비스로 수용하는 구성으로, 개별 아키텍처 대비 스토리지 투자비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. 이런 구성 방안은 주로 고성능, 고가용성 서비스가 필요한 데이터베이스 애플리케이션 환경에 이미 SAN 인프라를 구현했고, 추가적으로 웹 서비스나 파일 데이터 공유 등의 요구를 충족시키기 위해 적용할 수 있다.

NAS 환경에서 SAN을 수용하는 방법은 크게 NAS 컨트롤러 내에서 네이티브 파이버채널 인터페이스를 제공하는 방법과 NAS 컨트롤러 내 iSCSI를 통한 IP 기반 SAN 블럭 IO 서비스를 제공하는 방법이 있다.
(그림 5)는 NAS 컨트롤러 내에서 iSCSI를 통한 NAS와 IP 기반 SAN을 수용하는 통합 아키텍처를 나타낸 것이다. 주로 윈도우 기반의 환경을 구축한 비교적 소규모 기업 환경에서 비용 부담을 가능한 낮춰야 하는 경우에 활용된다.
또한 이런 구성은 주요 비즈니스 애플리케이션이 NAS 인프라 환경에 맞춰져 있고, 부분적으로 고객 데이터 관리를 위해 데이터베이스 애플리케이션을 위한 SAN 환경이 필요한 경우에 적합한 구성이다. 이때는 NAS 컨트롤러 상에서 iSCSI를 이용한 IP SAN으로 SAN 서비스 요구를 수용할 수 있다. 이런 구성은 주로 인터넷 비즈니스나 인터넷 서비스 업체들이 많이 도입하며, 윈도우나 리눅스와 같은 운영체제 환경에 최적화된 모델이다.
동시에 하나의 스토리지에서 NAS와 IP SAN을 통합 구축하는 경우도 있다. (그림 3)을 보면 단일 스토리지 시스템을 이용해 윈도우 서버 플랫폼에 있는 데이터베이스 서버를 iSCSI로 구현했고, 그래픽 작업용 서버들은 NAS 업무를 처리하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 광 채널 기반의 SAN과 비교해 저비용의 IP 네트워크를 통해 SAN을 구성한 것으로, 무엇보다 이런 구성은 단일 스토리지 시스템에서 NAS과 IP SAN을 구축하기 때문에 전체적인 TCO 절감 차원에서 가장 큰 효과를 기대할 수 있다.