Version 3. Capítulo 9. Fundamentos de hardware avanzado para servidores

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1 Capítulo 9 Fundamentos de hardware avanzado para servidores

2 Servidores para redes Un servidor es un computador en una red que es compartido por múltiples usuarios. El término servidor se refiere al hardware y al software (el sistema completo) o solo al software que realiza el servicio. Un servidor tiene conectados: Un teclado Monitor Mouse Un servidor puede conectarse a cualquier cantidad de teclados, monitores o ratones por medio de un switch (KVL). Ing. José Alberto Díaz García 2

3 PROBLEMAS La velocidad del procesamiento Se duplica cada tres años Almacenamiento. Los tiempos de acceso en los discos no van tan rápidos. Recuperación de información Cuellos de botella Disponibilidad Seguridad Ing. José Alberto Díaz García 3

4 ARREGLOS DE DISCOS (RAID) RAID = Redundant Array of Independent (or Inexpensive) Disks (Arreglo Redundante de discos independientes (o baratos)) Mejora los discos en: rapidez mayor confiabilidad Utiliza una mayor cantidad de discos Ing. José Alberto Díaz García 4

5 TERMINOLOGIA Arreglo es un conjunto de unidades de discos duros conectados bajo una configuración determinada Mirroring (espejo) Striping (por partes, particionar) Redundancy (redundancia) Ing. José Alberto Díaz García 5

6 MIRRORING (ESPEJO) La misma información es escrita en unidades de disco diferentes Ing. José Alberto Díaz García 6

7 STRIPING WITH PARITY (POR PARTES CON PARIDAD) Los datos se parten y pueden multiplexarse en los discos del arreglo, la paridad también se almacena en un disco. > Agrega paridad para incrementar la disponibilidad. Ing. José Alberto Díaz García 7

8 RAID (0 + 1) y (1 + 0) Ing. José Alberto Díaz García 8

9 RAID Está diseñado para permitir alguna tolerancia a fallas en la prevención de la pérdida de datos, cuando falla una unidad de disco en un servidor de red. RAID logra esta tolerancia a fallas o redundancia almacenando la información en mas de una unidad de discos. Los siguientes son las configuraciones más comunes en RAID.: RAID 0 RAID 1 RAID 5 RAID 0/1 algunas veces llamado RAID 0+1 o RAID 10 Ing. José Alberto Díaz García 9

10 RAID 0 Los datos son almacenados por partes en todas las unidades de discos del arreglo. Ing. José Alberto Díaz García 10

11 RAID 0 RAID 0 es un arreglo (o grupo) de unidades de discos utilizadas como un solo disco RAID 0 no es del todo RAID, en el sentido de que no provee ninguna redundancia. RAID 0 no debe utilizarse en un entorno donde el servidor se utiliza para producción. Ing. José Alberto Díaz García 11

12 RAID 0 RAID 0 generalmente se utiliza en estaciones de trabajo para mejorar el rendimiento de la entrada/salida del disco, mediante la escritura y lectura de archivos en forma de bloques en algunos discos en forma simultánea, en contraposición a la operación normal de escribir y leer secuencialmente un archivo en una sola unidad de disco. Si una unidad de disco de un arreglo RAID 0 falla, todos los datos del arreglo RAID 0 se pierden. RAID de nivel cero, también es llamado disk striping (disco por partes) sin pariedad. Para implementar un RAID 0, se necesitan por lo menos dos unidades de discos. Ing. José Alberto Díaz García 12

13 RAID 0 Ing. José Alberto Díaz García 13

14 RAID 1 Los mismos datos son escritos en ambos discos. Ing. José Alberto Díaz García 14

15 RAID 1 RAID 1 requiere un mínimo de dos unidades de disco para su implementación. RAID 1 escribe todos sus datos en dos posiciones separadas. Para almacenar datos de 20 gigabytes (GB) utilizando RAID 1, se necesitan dos unidades de disco de 20-GB cada una. O sea se pierde un 50% de la capacidad de almacenamiento. Hay dos formas para implementar un RAID 1: Disco espejo las dos unidades de disco se conectan al mismo controlador de disco. Disco doblado cada unidad de disco del arreglo se conecta a un controlador de disco diferente. Esto elimina un unico punto de falla en un disco espejo puro. Ing. José Alberto Díaz García 15

16 Disco espejo RAID 1 Disco doblado Ing. José Alberto Díaz García 16

17 Acceso paralelo: RAID 2 y 3 Todos los discos participan en la solicitud de entrada y salida de datos. Pequeñas partes (tamaño a nivel de bytes o palabras) b0 b1 b2 P(b) X2(i) = P(i) + X1(i) + X0(i)... Ing. José Alberto Díaz García 17

18 RAID 2 RAID 2: El código de corrección de error (Hamming) se calcula por cada bit del disco de datos y se almacena su paridad en el disco de paridad; solo en casos en donde la razón de error es muy alta. Ing. José Alberto Díaz García 18

19 RAID 3 RAID 3: Un disco redundante es el que almacena el bit de paridad utilizando el modelo lógico P(i) = X2(i) + X1(i) + X0(i) En caso de falla, los datos pueden ser reconstruidos pero solo una solicitud al mismo tiempo puede ser satisfecha. Ing. José Alberto Díaz García 19

20 RAID 3 > Agrega paridad para incrementar la disponibilidad. Ing. José Alberto Díaz García 20

21 RAID 3 Disco 1 Disco 2 Disco 3 Disco 4 Disco 5 Parte 0 Parte 1 Parte 2 Parte 3 Paridad Parte 4 Parte Parity5 Parte 6 Parte 7 Paridad Parte 8 Parte 9 Parte 10 Parte 11 Paridad Parity Parte 12 Parte 13 Parte 14 Parte 15 Paridad Parity Parte 16 Parte 17 Parte 18 Parte 19 Paridad Parity Ing. José Alberto Díaz García 21

22 RAID 5 RAID 5 utiliza paridad en niveles de bloques, pero extiende la información de paridad en todas las unidades de disco del arreglo de discos. Requiere un mínimo de tres unidades de discos Cuando una unidad de discos falla la información de paridad puede utilizarse solo con los datos de las unidades de disco restantes del arreglo para calcular los datos que había en la unidad de disco que falló. En un arreglo de tres discos RAID 5, si una unidad de disco falla los datos se pueden recuperar. Sin embargo, no pueden sobrevivir si una segunda unidad fallara. Ing. José Alberto Díaz García 22

23 RAID 5 La perdida de capacidad de almacenamiento en un sistema RAID 5 es equivalente a la capacidad de almacenamiento de una unidad de disco. La capacidad total de almacenamiento en un arreglo RAID 5 es (n 1) * c, donde n es el número de unidades de disco y c es la capacidad de una una de las unidades de disco. Si hay tres unidades de discos de 10-GB cada una en un arreglo RAID 5, la capacidad de almacenamiento del arreglo será de 20 GB. (n 1) * c = capacidad de almacenamiento total (3 1) * 10 = 20 Ing. José Alberto Díaz García 23

24 RAID 5 > Agrega paridad para incrementar la disponibilidad. Ing. José Alberto Díaz García 24

25 RAID 5 DISCO 1 DISCO 2 DISCO 3 DISCO 4 DISCO 5 PARTE 0 PARTE 1 PARTE 2 PARTE 3 PARIDAD PARTE 4 PARTE Parity 5 PARTE 6 PARIDAD PARTE 7 PARTE 8 PARTE 9 PARIDAD PARTE 10 PARTE 11 PARTE 12 PARIDAD PARTE13 PARTE 14 PARTE 15 PARIDAD PARTE 16 PARTE17 PARTE 18 PARTE 19 Ing. José Alberto Díaz García 25

26 RAID 5 Ing. José Alberto Díaz García 26

27 RAID 0/1 RAID 0/1 también se conoce como RAID 0+1, y algunas veces se llama RAID 10. Cuenta con el desempeño de RAID 0 y la redundancia de RAID 1. RAID 0/1 requiere por lo menos cuatro unidades de disco para su implementación. Ing. José Alberto Díaz García 27

28 RAID 0/1 Los datos se pueden partir y almacenarse en varios discos. Ing. José Alberto Díaz García 28

29 RAID 0/1 Ing. José Alberto Díaz García 29

30 Ing. José Alberto Díaz García 30

31 RESUMEN RAID 0 Datos por partes No redundante Alto desempeño Baja disponibilidad RAID 1 Espejo Desempeño moderado Alta y cara disponibilidad RAID 1/0 Particionado y con espejo Alto desempeño Alta disponibilidad y extremadamente cara RAID 3 Particionado, un solo disco para la paridad. Alto desempeño en ancho de banda, Disponibilidad barata. RAID 5 Por partes, disco con paridad rotativa Alta desempeño en cuellos de botella Disponibilidad batata. Ing. José Alberto Díaz García 31

32 NIVELES RAID Ing. José Alberto Díaz García 32

33 CONTROLADORES RAID Los controladores RAID son controladores especializados de discos que utilizan cualquier de las siguientes tecnologías en su fabricación: Tecnología de atadura avanzada (Advanced Technology Attachment) (ATA) Tecnología Small Computer System Interface (SCSI). Controladores ATA RAID Están limitados en la cantidad de discos que se pueden agregar. Esto se debe a las limitaciones en los canales ATA, los cuales cuentan con un máximo de dos canales donde se pueden conectar no más de dos discos por canal para un total de cuatro unidades de discos. Controladores SCSI RAID Tienen múltiples canales. Los más comunes son de dos canales. También se encuentran disponibles controladores RAID con tres, cuatro y cinco canales. Ing. José Alberto Díaz García 33

34 CONTROLADORES RAID (cont) Generalmente los controladores RAID tienen una memoria cache en la tarjeta desde 4 MB a 256 MB. Esta memoria también en algunos casos cuenta con una batería para prevenir la perdida de datos cuando hay fallas en las fuentes de alimentación del servidor. La memoria cache en el controlador RAID puede ser configurada como cache de lectura, escritura o una combinación de ambos. El cache de lectura mejora los procesos de lectura. El cache de escritura le permite al procesador continuar con otras tareas durante el tiempo de espera de escritura de datos en el disco. Ing. José Alberto Díaz García 34

35 HARDWARE RAID vs. SOFTWARE RAID RAID puede ser implementado por medio de hardware o software. RAID generalmente se utiliza un controlador para disco RAID, el cual es bastante caro. RAID también puede implementarse utilizando software por medio de sistemas operativos para redes como: Novell NetWare Linux Read Hat Microsoft Windows NT Microsoft Windows Nota: cuando se utiliza la versión de RAID en Windows 2000, la unidad de disco debe convertirse a una unidad dinámica antes de aplicar las opciones de RAID. Ing. José Alberto Díaz García 35

36 SOFTWARE RAID Sistemas de software RAID generalmente pueden operar como RAID 0, 1 y 5. El programa para implementar RAID generalmente se aplica cuando se particiona el disco en vez de aplicarse a nivel físico como es el caso a nivel de hardware. La desventaja de aplicar el software para realizar el RAID es que se requiere del procesador del servidor para realizar las tareas que realiza el controlador de hardware RAID. Es mejor implementar RAID basado en hardware que en software. Ing. José Alberto Díaz García 36

37 CONFIGURACION RAID BASADA EN HARDWARE Los servidores de red que tienen un controlador RAID deben ser configurados antes de instalar el sistema operativo para red. La configuración de un sistema RAID consiste en la selección de las unidades físicas de disco y agruparlas en una configuración RAID disponible. Las configuraciones más utilizadas son RAID 1 o RAID 5. Ing. José Alberto Díaz García 37

38 CONTROLADOR RAID ATA Ing. José Alberto Díaz García 38

39 CONTROLADOR RAID SCSI Ing. José Alberto Díaz García 39

40 PERIFERICOS EXTERNOS Los sistemas de disco externo son necesarios cuando la cantidad de espacio colocar los discos duros en el chasis del servidor no son suficientes. Los subsistemas de discos externos pueden ser del tipo SCSI o Fibre Channel. Los sistemas basados en Fibre Channel pueden manejar mayor cantidad de discos que los sistemas SCSI. Ing. José Alberto Díaz García 40

41 PERIFERICOS EXTERNOS (cont) Los sistemas de CD-ROM externos se conocen como librerías CD-ROM (chasis tipo torre con 7, 14, 21, o más unidades de CD-ROM). Agregar unidades de CD-ROM a un solo servidor es un proceso muy sencillo. Se realiza mediante una utilidad llamada Logical Unit Number (LUN), numero de la unidad lógica. Un LUN le permite al usuario asignar a la identificación de un SCSI subidentificaciones de SCSI s. Esto quiere decir que el usuario puede tener 7 unidades de CD-ROMs compartiendo una misma identificación de un solo SCSI. Ing. José Alberto Díaz García 41

42 PERIFERICOS EXTERNOS (cont) Si LUN 1 a 7 son todos utilizados por cada una de las identificaciones de los canales SCSI para agregar unidades de disco CD-ROM. Cuántas unidades de disco pueden agregarse? Ing. José Alberto Díaz García 42

43 AGREGAR HARDWARE AL SERVIDOR Ing. José Alberto Díaz García 43

44 AGREGANDO UNIDADES DE DISCO DURO Las actualizaciones de las unidades de disco se presentan en dos formas: El primer tipo de actualización es agregar unidades de disco a un servidor de red existente. El segundo tipo se puede realizar sustituyendo las unidades de discos existentes por unidades de disco con mayor capacidad y menor tiempo de acceso. Las actualizaciones de unidades de disco tienen el mayor potencial de cualquier actualización para destruir los datos. Antes de realizar cualquier actualización de unidades de disco, asegúrese de que existe uno o dos respaldos de la información. Ing. José Alberto Díaz García 44

45 AGREGANDO UNIDADES DE DISCO ATA Los controladores de disco ATA generalmente cuentan con dos canales para dispositivos ATA, como las unidades de disco, unidades de CD-ROM, para ser agregadas al sistema. El canal, el cual es un cable plano de 40 pines, generalmente cuenta con dos conectores de 40 pines para colocar las unidades de disco. Los canales ATA se etiquetan como primario y secundario de tal forma que el sistema los pueda reconocer. Ing. José Alberto Díaz García 45

46 AGREGANDO UNIDADES DE DISCO ATA (cont) Cuando se agrega una sola unidad de disco a un controlador de disco ATA debe ser colocado en el controlador como primario. Un segundo disco debe ser colocado en el segundo conector del cable del primario o con un cable por aparte al conector secundario del controlador. Si se coloca la segunda unidad de disco ATA en el canal secundario, esto es colocar un disco por conector ATA, el resultado es que reforzará el rendimiento del sistema. Ing. José Alberto Díaz García 46

47 AGREGANDO UNIDADES DE DISCO SCSI Para estar seguro de que al agregar un disco funcione, el administrador del servidor o el especialista en hardware debe revisar la documentación del bus SCSI. Deben conocer las identificaciones de las unidades de disco SCSI existentes y donde finaliza el bus SCSI. La identificación de la nueva unidad de disco SCSI deberá ser una identificación de SCSI que no ha sido utilizada en el bus SCSI. Ing. José Alberto Díaz García 47

48 AGREGANDO UNIDADES DE DISCO SCSI (cont) Para el booteo desde una unidad de disco SCSI, debe habilitarse el BIOS en el controlador del bus SCSI y la identificación SCSI del disco de booteo debe ser 0. Recuerde que el bus SCSI debe terminar en ambos extremos.. SCSI Terminator Ing. José Alberto Díaz García 48

49 UNIDADES SCSI Ing. José Alberto Díaz García 49

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