Introducción Subsistemas de disco inteligentes Técnicas de entrada y salida. Storage. Esteban De La Fuente Rubio SASCO. 7 de noviembre de 2013

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2 Tabla de contenidos 1 Introducción Arquitectura de servidor central Arquitectura de almacenamiento central 2 JBOD RAID 3 SCSI Fibre Channel SAN IP

3 Introducción Arquitectura de servidor central Arquitectura de almacenamiento central NAS: Network Attached. SAN: Area Networks. Nos preocuparemos de las SANs

4 (2) Introducción Arquitectura de servidor central Arquitectura de almacenamiento central Un solo disco duro nunca será suficiente, por el tamaño? por qué en realidad? Existen alternativas para crear arreglos de discos (RAID), pero cuántos discos puedo colocar en un servidor? Existen máquinas especializadas de discos que se conectan mediante cables SCSI a un servidor. Las soluciones anteriores limitan a que el sistema de almacenamiento debe estar relativamente cerca del servidor al cual se quiere conectar.

5 (3) Introducción Arquitectura de servidor central Arquitectura de almacenamiento central La idea detrás de las SANs es justamente reemplazar los cables SCSI por los cables de red (en realidad por una red). Servidores y dispositivos de almacenamiento pueden intercambiar datos sobre la red a través del protocolo Internet SCSI. Hoy en día es común hablar de redes de almacenamiento en una empresa, tal como lo es hablar de bases de datos o LANs.

6 Arquitectura de servidor central Arquitectura de servidor central Arquitectura de almacenamiento central Dispositivos de almacenamiento conectados a un único servidor. Alternativas para prevenir fallas por caídas de un servidor se podía tener un servidor activo y otro pasivo (solo uno pera al mismo tiempo y el otro es backup). El dispositivo de almacenamiento solo existe si hay una relación con un servidor que permite el acceso al mismol. Generalmente servidores y dispositivos de almacenamiento conectados a través de un cable SCSI.

7 Arquitectura de servidor central (2) Arquitectura de servidor central Arquitectura de almacenamiento central Figura: Arquitectura de servidor central

8 Arquitectura de servidor central (3) Arquitectura de servidor central Arquitectura de almacenamiento central Problemas: Al ir aumentando la necesidad de almacenamiento se requiere conectar cada vez una mayor cantidad de dispositivos de almacenamiento a un servidor. Un servidor solo puede manejar una cantidad limitada de tarjetas para la conexión con los dispositivos de almacenamiento. Largo del cable SCSI limitado a aproximadamente 25 metros. En general, un servidor no podrá acceder a un dispositivo de almacenamiento que esté conectado a otro servidor. De esta forma, si un servidor necesita espacio, que a otro le sobre no servirá de nada. Dispositivos de almacenamiento podrían estar distribuídos en diferentes salas, y no necesariamente junto a los servidores.

9 Arquitectura de servidor central (4) Arquitectura de servidor central Arquitectura de almacenamiento central Figura: La capacidad de almacenamiento del servidor 2 está copada, sin embargo no puede utilizar el espacio libre en los otros servidores

10 Arquitectura de servidor central Arquitectura de almacenamiento central Arquitectura de almacenamiento central Los dispositivos de almacenamiento existen de forma independiente de cualquier computador. Diversos servidores pueden acceder al mismo dispositivo de almacenamiento de forma directa a través de la red sin que algún otro servidor se tenga que involucrar (o funcionar como intermediario). Los servidores solo procesan los datos que los dispositivos de almacenamiento proveen. En caso que un servidor requiera más espacio puede obtenerlo del espacio libre que esté disponible en la red de almacenamiento.

11 Arquitectura de servidor central Arquitectura de almacenamiento central Arquitectura de almacenamiento central (2) Figura: Cables SCSI son reemplazados por la red y los dispositivos de almacenamiento son independientes de los servidores

12 JBOD RAID La administración de un sistema de almacenamiento grande es mas simple y barata que la de un conjunto de stacks pequeños de discos.

13 JBOD RAID Arquitectura de un subsistema de disco inteligentes Un subsistema de discos puede ser visualizado como un disco duro de un servidor. Servidores son conectados al subsistema por algún método de entrada y salida como SCSI o Fibre Channel. La estructura interna del subsistema está oculta para el servidor, el cual verá solo los discos duros que el subsistema le provee. Generalmente existe un controlador entre el puerto de conexión y los discos en si, por ejemplo para proveer la funcionalidad de RAID (Redundant Array of Independent Disk).

14 JBOD RAID Arquitectura de un subsistema de disco inteligentes (2) Figura: Los servidores comparten un mismo subsistema de discos, donde a cada servidor se le asigna un espacio

15 JBOD RAID Arquitectura de un subsistema de disco inteligentes (3) Discos pequeños: carga distribuída entre diferentes discos, pero menor capacidad total del subsistema de discos. Discos grandes: mayor capacidad del subsistema de discos, pero más carga a un solo disco.

16 JBOD RAID Arquitectura de un subsistema de disco inteligentes (4) Figura: Discos pequeños, cargas distribuídas. Discos grandes, mayor capacidad

17 JBOD RAID Arquitectura de un subsistema de disco inteligentes (5) Diferentes opciones de acuerdo al controlador del subsistema de discos: Sin controlador. Controlador RAID. Controlador inteligente con servicios adicionales (como espejado remoto).

18 JBOD Introducción JBOD RAID JBOD: Just a Bunch Of Disks. Si el dispositivo de almacenamiento no tiene un controlador, se habla de que es solo un montón de discos (JBOD). Un servidor reconocerá cada disco del subsistema como un disco independiente. Problemas ocurren cuando se dispone de muchos discos en un esquema JBOD.

19 RAID Introducción JBOD RAID Virtualización de almacenamiento. Mayores funcionalidades que un sistema JBOD. Objetivos principales: Incrementar el rendimiento, usando división de datos. Incrementar la tolerancia a fallas, usando redundancia de datos.

20 RAID (2) Introducción JBOD RAID Figura: El controlador combina diferentes discos reales y crea un disco virtual

21 Niveles de RAID Introducción JBOD RAID RAID 0: división por bloques. RAID 1: espejado por bloques. RAID 2: división por bits. RAID 3: división por bytes. RAID 4: división por bloques más disco de paridad. RAID 5: división por bloques con paridad distribuída. RAID 6: como RAID 5 pero con un bloque de paridad extra. RAID anidados: RAID 0+1 / RAID 1+0 Espejo de divisiones o división de espejos.

22 RAID 0 Introducción JBOD RAID Figura: División por bloques

23 RAID 1 Introducción JBOD RAID Figura: Espejado por bloques

24 RAID 0+1 Introducción JBOD RAID Figura: Espejo de divisiones

25 RAID 1+0 Introducción JBOD RAID Figura: Divisiones de espejos

26 JBOD RAID Tercer nivel de complejidad según el controlador. Se ofrecen funcionalidades adicionales a las ofrecidas por RAID: Copias instantáneas. Espejado remoto. LUN masking.

27 Copias instantáneas Introducción JBOD RAID Pueden prácticamente copiar varios terabytes dentro de un subsistema de discos en unos pocos segundos. La copia es virtual, y engañan a los servidores conectados para hacerles creer que la copia se hizo de forma muy rápida (en la realidad el proceso toma un tiempo significativo). La ventaja es que el mismo servidor u otro, puede ir accediendo (a los segundos) a los datos ya copiados. Esto es útil, por ejemplo, para backups.

28 Espejado remoto Introducción JBOD RAID Los backups hechos con copias instantáneas son almacenados en el mismo subsistema de discos, pero bajo ciertos problemas se podría perder todo el subsistema, incluyendo datos y respaldos. El espejado remoto soluciona esto, subsistemas de discos modernos pueden espejar sus datos (o parte de ellos) en otro subsistema de discos. El espejado remoto es invisible para las aplicaciones en el servidor y no consume sus recursos. Se requieren recursos en los dos subsistemas, y en el medio físico que se esté utilizando para la transmisión de los datos entre ellos.

29 Espejado remoto (2) JBOD RAID Figura: Subsistema de discos espejando sus datos

30 Espejado remoto (3) JBOD RAID Figura: Acción ante falla de subsistema de discos principal

31 LUN masking Introducción JBOD RAID LUN es Logical Unit Number, es el número asociado al disco virtual que el servidor tiene asignado. LUN masking limita la visibilidad desde un servidor a solo los discos que dicho servidor debe tener acceso en el subsistema de discos. Sin LUN masking los servidores podrán ver y acceder a todos los discos del subsistema de discos, lo cual compromete la seguridad de los datos.

32 LUN masking (2) Introducción JBOD RAID Figura: Servidores ven todos los discos virtuales

33 LUN masking (3) Introducción JBOD RAID Figura: Servidores ven solo discos virtuales asignados

34 SCSI Fibre Channel SAN IP Algunas de las técnicas utilizadas para realizar la entrada y salida de datos en una red de almacenamiento son: SCSI. Fibre Channel SAN. IP.

35 SCSI Introducción SCSI Fibre Channel SAN IP Define un cable SCSI. Define un protocolo SCSI para la transferencia de datos. Figura: SCSI define el cable y el protocolo de transmisión

36 Fibre Channel SAN Introducción SCSI Fibre Channel SAN IP Se cambia el cable SCSI por fibra. Intercambio de datos se hace a través de la red utilizando los comandos del protocolo SCSI. Topologías: Point-to-point. Ring (arbitrated loop). Fabric (switching).

37 Fibre Channel SAN (2) SCSI Fibre Channel SAN IP Figura: Topologías para Fibre Channel SAN

38 Topología: Point-to-point SCSI Fibre Channel SAN IP Conecta solo dos dispositivos. No se puede agregar un tercer dispositivo. Conecta un servidor con un subsistema de discos. Ventajas sobre SCSI: Mayores distancias. Transmisión robusta versus transmisión por cables de cobre.

39 Topología: Ring (arbitrated loop) SCSI Fibre Channel SAN IP Conexión se realiza por medio de un anillo. La transmisión de datos se hace solo en una dirección del anillo. En un momento dado solo dos dispositivos pueden estar intercambiando datos entre si. Otros dispositivos deberán esperar hasta que el anillo este libre.

40 Topología: Fabric (switching) SCSI Fibre Channel SAN IP Corresponde a la topología más flexible y escalable. Consiste en uno o más switches de fibra conectados entre sí. Servidores y subsistemas de discos están conectados a los switches. Se pueden hacer enlaces entre switches para poder aumentar el ancho de banda entre ellos (como agregación de enlaces).

41 Topología: Fabric (switching) (2) SCSI Fibre Channel SAN IP Figura: Topología Fabric con un switch

42 IP Introducción SCSI Fibre Channel SAN IP Sigue la misma idea de utilizar fibra como medio y el protocolo SCSI para la transferencia. Diferencia principal es que los dispositivos son conectados mediante los protocolos ethernet (de capa 2) y TCP/IP (de capa 3). Protocolos utilizados: iscsi: Internet SCSI. ifcp: Internet FCP. FCIP: Fibre Channel over IP.

43 IP (2) Introducción SCSI Fibre Channel SAN IP Figura: Conexión se hace mediante ethernet y tcp/ip y transmisión utilizando el protocolo SCSI

44 IP (3) Introducción SCSI Fibre Channel SAN IP Figura: Conexión utilizando iscsi

45 IP (4) Introducción SCSI Fibre Channel SAN IP Figura: ifcp es un protocolo de gateway que conecta dispositivos de Fibre Channel vía una red TCP/IP

46 IP (5) Introducción SCSI Fibre Channel SAN IP Figura: FCIP es un protocolo de túnel que conecta dos Fibre Channel SANs a través de TCP/IP

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