Executive Summary

SAN su 10G ip
Executive Summary
Negli ultimi cinque anni il traffico dati si e’ quadruplicato, contemporaneamente alle dimensioni dei
database che le aziende si trovano a gestire in quanto asset sempre piu’ strategico.
La nuova sfida da affrontare per i responsabili IT e’ risolvere in maniera efficiente ed efficace la
gestione, l’accesso e la protezione dei dati critici. Una SAN (=Storage Area Network) applica un
modello di networking agli ambienti di storage dei data center. Le SAN operano “dietro” ai server
fornendo un percorso comune tra i server e le unita’ di storage. Diversamente da quanto proposto
nelle soluzioni di tipo DAS (=Directly Attached Storage) e di tipo NAS (=Network Attached Storage),
le SAN forniscono diversi livello di accesso ai dati che vengono quindi suddivisi tra le risorse di
elaborazione e condivisi a vari livelli dal personale. La tecnologia SAN dominante viene tipicamente
implementata secondo una configurazione di tipo Fibre Channel, sebbene nuove configurazioni si
stiano affacciando sul mercato.
Con la crescita delle SAN e la diffusione mondiale del protocollo IP, uno storage basato su reti IP
rappresenta l’avanguardia dello sviluppo tecnico. Le reti IP presentano livelli crescenti di gestione,
interoperabilita’ e di efficienza, anche per quanto riguarda l’aspetto economico. La convergenza dello
storage su reti IP esistenti (LAN, MAN, WAN) porta immediati benefici grazie a funzioni di
consolidamento, virtualizzazione, mirroring, backup e management. Ne consegue un’aumentata
capacita’, flessibilita’, espandibilita’ e scalabilita’. I due standard principali che utilizzano il protocollo
IP sono FCIP (Fibre Channel over IP), noto anche come iFCP in forma ibrida, e iSCSI (ip Small
Computer System Interface). Entrambi sono stati sviluppati da IETF (Internet Engineering Task
Force) incorporando le funzioni di comando all’interno di un datagramma IP. La differenza tra i due
consiste nella possibilita’ per SCSI di operare su apparati Ethernet esistenti, mentre FCIP, definito
altresi’ come Fibre Channel Tunneling, puo’ operare unicamente in una realta’ basata su fibra ottica,
con i componenti previsti da Fibre Channel. Il Tunneling consiste nell’incapsulamento dei comandi
Fibre Channel all’interno di un pacchetto IP.
Al giorno d’oggi le soluzioni Ethernet a 10 Gigabit stanno diventando sempre piu’ popolari nei
collegamenti di dorsale dei data center. Il raggiungimento di un profilo competitivo derivante
dall’implementazione di Ethernet a 10 Gigabit ha come fondamento una robusta infrastruttura IT.
Basato sull’impegno di Siemon all’affidabilita’ ed alla qualita’, 10 Gip costituisce una base affidabile
per data center, soluzioni di networking per dorsali e reti SAN. Con 10 Gip gli utenti possono fruire
di un sistema di cablaggio strutturato - aperto e basato sugli standard - in grado di supportare
applicazioni multiple convergenti su un’unica infrastruttura.
Questo documento presenta una panoramica sulle nuove tecnologie dedicate allo storage, facendo
riferimento all’attuale situazione degli standard ed alla loro prevista evoluzione.
1
Evoluzione della Tecnologia dedicata allo Storage
Con l’avvento delle soluzioni Internet e di applicazioni quali intranet aziendali, e-mail, B2B (businessto-business), ERP (Enterprise Resource Planning), CRM (Customer Resource Management), data
warehousing, CAD/CAM, streaming, voce/video/dati convergenti e in tempo reale, la richiesta di
storage a livello aziendale ha visto una crescita continua. La protezione dei dati stessi e’ divenuto un
fattore critico e decisivo quanto i sistemi di rete per la buona riuscita delle operazioni di business. La
necessita’ di proteggere un elemento tanto strategico ha portato a superare di gran lunga le
possibilita’ consentite dalle obsolete unita’ di backup su nastro, da sempre caratterizzate da limiti
intrinseci.
Il volume crescente delle informazioni implica la gestione di librerie di nastri, con problematiche
risolvibili unicamente con storage supplementare o con la sostituzione in toto del supporto fisico.
Un ulteriore fattore critico per il lavoro di tutti i giorni e’ rappresentato dai fuori servizio. Sulla base di
recenti studi realizzati da Contingency Planning Research e da Internetweek, il 77% degli intervistati
ha indicato un costo medio dei fuori servizio pari a circa 20.000 $/ora ed il 4% ha indicato costi
superiori ai 50.000 $/ora. Tali costi hanno spinto l’industria dello storage a fornire soluzioni ridondate
ad elevata affidabilita’. Inoltre, negli USA e’ stato emesso un mandato federale relativo alla sicurezza
ed alla affidabilita’ per le industrie operanti nel settore medico-sanitario ed in quello finanziario. Il
maggiore vantaggio rispetto alle vecchie metodologie, che deriva dall’utilizzo di protocolli IP, e’ la
possibilita’ di implementare sicurezza e criptaggio direttamente nella comunicazione.
La tecnologia dello storage si e’ sviluppata secondo tre filoni principali: DAS (Direct Attached
Storage), NAS (Network Attached Storage) e SAN (Storage Area Networks).
DAS e’ il metodo tradizionale che prevede il collegamento locale degli apparati di storage ai server
tramite un cammino diretto di comunicazione.
2
Come mostrato in figura 1, la connettivita’ tra il server e gli apparati di storage viene realizzata
secondo percorsi dedicati e separati rispetto alla connettivita’ di rete. L’accesso viene fornito tramite
un controller intelligente. E’ possibile accedere allo storage unicamente attraverso il server
direttamente collegato. Questo metodo fu inizialmente sviluppato per risolvere problemi nelle unita’
disco dei sistemi di calcolo, collegando un’unita’ di storage ad un server che necessitasse di spazio;
tale metodologia veniva adottata anche per realizzare il mirroring di un server, funzione che veniva
realizzata mediante connessione diretta di interfacce server-to-server.
Figura 1 – DAS: Diagramma tipico
• Nota: Le implementazioni su soluzioni a 10 Gigabit si basano su una capacita’ teorica di canale
per un cablaggio non schermato di Categoria 6 / Classe E. La trasmissione a 10 Gb/s su UTP e’ in
fase di valutazione da parte del 10G-BASE-T study group e puo’ avere limitazioni relative alla
distanza o richiedere controllo dei valori di ANEXT sulla base delle caratteristiche degli apparati attivi.
3
Network Attached Storage (NAS)
Il NAS presenta un’architettura di accesso allo storage a livello di file, con elementi di storage
direttamente connessi ad una LAN e sistemi di computer eterogenei. A differenza di altri sistemi di
storage, l’accesso avviene direttamente attraverso la rete (v. fig. 2). Un ulteriore livello viene aggiunto
per identificare i file di storage condivisi. Questo sistema utilizza tipicamente i sistemi NFS (Network
File System) o CIFS (Common Internet File System), in entrambi i casi si tratta di applicazioni IP. Un
computer separato funge da “archiviatore”, ovvero da controllore d’accesso per traffico e sicurezza. Il
vantaggio di questo metodo e’ la condivisione dello storage tra piu’ server su un’unita’ separata. A
differenza del DAS, ciascun server non necessita di uno storage dedicato, consentendo un utilizzo
piu’ efficiente della capacita’. I server possono essere costituiti di piattaforme diverse, a patto che
utilizzino un protocollo IP.
Figura 2 - Tipico diagramma di NAS
Storage Area Network (SAN)
Cosi’ come per un DAS, una SAN viene connessa dietro ai server. La SAN fornisce un accesso allo
storage condiviso a livello di blocchi anziche’ a livello di file. Ciascun file conterra’ piu’ blocchi. Le
SAN forniscono un elevato grado di affidabilita’ e di continuita’ operativa per ambienti critici. Le SAN
presentano tipicamente architetture con struttura di tipo commutato con una connettivita’ basata su
Fibre Channel (FC). Riferendosi alla Figura 3 e’ possibile notare come ciascuna unita’ di storage sia
collegata a ciascun server tramite switch multipli, che forniscono ridondanza di percorso eliminando i
rischi di guasto del singolo switch.
Secondo uno studio IDC sui sistemi di storage a livello mondiale, il fatturato per il primo trimestre del
2003 in questo settore e’ stato di circa 4.8 Mld$, con una crescita annua del 14% ed un fatturato
previsto per il 2005 intorno ai 120 Mld$.
4
Gia’ oggi le SAN basate su IP rappresentano una quota significativa del totale. Un’indagine condotta
da CompTIA nel 2002 indica che circa il 70% delle aziende di medie dimensioni prevede
un’implementazione di SAN basate in tutto o in parte su IP nei prossimi anni.
Analogamente a quanto avviene per Fibre Channel, Ethernet presenta numerosi vantaggi nella
realizzazione di SAN; tra questi l’elevata velocita’, il supporto di architetture a struttura commutata,
un’ampia intercompatibilita’ ed un vasta scelta di tool di gestione. Quando in una SAN lo switch
rappresenta un elemento chiave ed il numero di porte Gigabit e 10-Gigabit Ethernet e’ in crescita
costante, le soluzioni di storage di tipo IP sono una naturale conseguenza.
SAN su IP
IP e’ stato sviluppato come standard aperto caratterizzato dalla completa interoperabilita’ tra i
componenti. Due nuove tecnologie di storage IP sono costituite da FC su IP (FCIP o la versione
ibrida iFCP) e SCSI su IP (iSCSI). La prima supporta comunicazione di tipo Fibre Channel all’interno
di una rete IP standard, tramite Fibre Channel Tunneling o storage tunneling, con il vantaggio di
consentire storage tra sedi distanti tra loro piu’ del limite tipico di 10 km per connessioni in fibra ottica.
All’interno del data center, una connessione di tipo Fibre Channel classica puo’ essere realizzata in
coassiale o su doppino, ma su distanze sensibilmente inferiori. La versione ibrida iFCP trasporta
comandi SCSI su Fibre Channel; iSCSI realizza una mappatura dei comandi, dei dati e dello status
su reti Ethernet, con il vantaggio di operare su reti geograficamente distinte senza il bisogno di una
connessione alla struttura Fibre Chanel e utilizzando l’esistente connettivita’ Ethernet.
L’incorporazione dello standard IP all’interno di questi sistemi di storage offre vantaggi prestazionali
per quanto riguarda velocita’, affidabilita’ superiore, fault tolerance e scalabilita’. Queste soluzioni,
propriamente implementate, possono garantire un’affidabilita’ vicina al 100%. I protocolli di gestione
basati su IP forniscono numerosi strumenti ai gestori di rete, con la gestione di allarmi e soglie tipica
delle soluzioni proprietarie per le generazioni precedenti di storage. Anche le soluzioni di sicurezza e
di criptatura sono state enormemente migliorate: con l’aumentata popolarita’ delle soluzioni a 10G e
la disponibilita’ di collegamenti veloci, l’offerta diviene a tutti gli effetti di tipo storage on demand.
Fibre Channel su IP (FCIP)
Fibre Channel Classico
FC e’ una tecnologia standardizzata di interconnessione SAN tra data center all’interno di zone
geograficamente limitate. Si tratta di una soluzione aperta, seriale ad alta velocita’ per
l’interconnessione di server con elementi di storage (dischi, nastri, jukebox CD), piuttosto che tra
server e server. E’ l’interfaccia dominante nello storage, con la possibilita’ di una completa magliatura
e di un conseguente eccellente grado di ridondanza. FC presenta ampie possibilita’ di indirizzamento:
analogamente a quanto accade per SCSI ciascun elemento riceve un identificativo sul canale.
FC puo’ operare alla velocita’ di 133, 266, 530 Mbit/s, 1 e 2 Gbit/s: queste due ultime risultano essere
le predominanti. Le distanze trasmissive variano al variare della velocita’ e del mezzo trasmissivo, e
switch a 10G di tipo FC sono gia’ presenti sul mercato. In base allo standard IEEE 802.3ae,
utilizzando cavi ottici monomodali, la distanza supportata e’ pari a 10 km e scende a 300 m con
5
l’utilizzo delle nuove fibre ottiche multimodali da 50 micron. La scelta di una fibra ottimizzata per laser
diventa un fattore critico nella trasmissione a 10 Gbit/s.
Fibre Channel supporta tre diverse topologie di connessione: punto-punto, arbitrated loop e switched
fabric. Quest‘ultima e’ la soluzione migliore, consentendo la magliatura all’interno di Fibre Channel e
potendo essere configurata secondo una struttura detta “a isole”, che realizza una connessione
geografica di singole strutture FC. Tali strutture possono essere realizzate senza uso di IP entro le
distanze consentite dal mezzo trasmissivo, potendo estendere tali limiti mediante router IP. E’
possibile realizzare diverse topologie (in cascata, ad anello, magliata, core-to-edge), che possono
richedere connettivita’ addizionale per l’accesso a dati condivisi, il consolidamento delle risorse, il
backup, il remote mirroring, il disaster recovery.
Topologia FCIP
Una configurazione base e’ descritta in Figura 3. Per superare i limiti di distanza imposti dal Fibre
Channel classico, e’ stato sviluppato un protocollo di tunneling Fibre Channel su IP (FCIP). Esso
supporta la comunicazione FC su una rete standard IP, consentendo l’interconnessione di SAN FC
che possono trovarsi distribuite geograficamente all’interno di un’azienda. Per le operazioni di replica
tra sistemi di storage su una rete geografica, FCIP fornisce un meccanismo di interconnessione tra le
diverse isole su infrastruttura IP (LAN / MAN / WAN) per formare una struttura SAN unificata.
Figura 3 – Tipico diagramma SAN FCIP
Componenti tipici
L’hardware FC interconnette gli elementi di storage con i server a formare la struttura FC tramite:
•
Elementi di interconnessione: switch, director
6
•
Elementi di traslazione: HBA (Host bus adapters) nei server, bridge, router, gateway
•
Elementi di storage: disk array di tipo RAID e non-RAID (Redundant Array of
Independent Disks), nastri
•
Server: rappresenta l’iniziatore della SAN Fibre Channel e fornisce l’interfaccia verso
una rete IP. I server interagiscono con la struttura FC tramite gli HBA
•
Livello fisico: coassiale, cavi a coppie in rame e/o in fibra ottica
Gli switch SAN FC sono classificati nella struttura come switch o director: il primo tipo presenta un
numero medio-basso di porte, mentre il secondo e’ uno switch con numero elevato di porte
(tipicamente superiore a 64). Gli switch FC possono essere interconnessi per incrementare le
dimensioni della rete di storage. L’HBA e’ una scheda piu’ complessa di una tradizionale Ethernet;
essa collega una rete FC ad una rete IP. Un bridge puo’ essere utilizzato per collegare elementi di
storage SCSI o ESCON (Enterprise System Connection) di tipo classico alla rete FC.
Combinando i vantaggi di SCSI e networking, la soluzione iFCP, il successore ibrido di FCIP,
consente agli elementi FC di comunicare sulla rete mediante comandi iSCSI e switch Ethernet
tradizionali.
SCSI (Small Computer Systems Interface) su IP
Il protocollo iSCSI unisce storage e networking IP, utilizzando apparati Ethernet e protocollo IP per
trasportare e gestire dati memorizzati in una SAN di tipo SCSI. Si tratta di una soluzione di storage
semplice, ad elevata velocita’, a basso costo, per tratte di elevata lunghezza. Un tipico limite degli
apparati SCSI tradizionali consisteva appunto nelle ridotte distanze consentite. Le soluzioni di tipo
iSCSI, mediante l’uso di componenti di rete tradizionali e sfruttando i vantaggi di gestione delle reti IP
ed i vari tool per LAN, MAN e WAN espandono quindi il mercato dello storage ed estendono la
connettivita’ delle SAN. Con l’aumento della capacita’ trasmissiva da 1G a 10G e l’utilizzo di apparati
commerciali, le SAN raggiungeranno le piu’ alte velocita’ di trasporto mai raggiunte nello storage.
Componenti/Elementi tipici iSCSI
•
HBA o NIC di tipo iSCSI
•
Elementi di storage: disk array di tipo RAID e non-RAID (Redundant Array of
Independent Disks), nastri
•
Server
•
Switch e Router standard IP Ethernet
•
Switch e Router di storage
•
Gateway
•
Livello fisico: fibra, coppie in rame
Generalmente, la realizzazione di una rete di storage iSCSI in un data center prevede connettivita’
tramite HBA o NIC iSCSI che collegano gli elementi di storage alla rete esistente Ethernet tramite
switch IP o switch e router IP di storage. I router e gli switch IP di storage presentano una
combinazione di interfacce iSCSI e di altre interfacce quali SCSI o FC, fornendo connettivita’
multiprotocollo non disponibile sugli switch IP / Ethernet tradizionali.
7
Collegandosi a SAN di tipo FC e’ necessario uno switch o un router di storage IP per convertire il
protocollo da FC a iSCSI, estendendo la SAN FC e operando da bridge tra SAN FC e SAN iSCSI. Ad
esempio, uno switch di storage IP permette agli utenti di realizzare switching FC-FC, FC-iCSI, FCEthernet, oltre che Ethernet-Ethernet.
Figura 4 – Diagramma SAN iSCSI
8
Reti di storage ad architettura mista
I fattori determinanti nell’implementazione di soluzioni iSCSI risultano essere la flessibilita’ ed il basso
costo, in particolare per lo storage su lunga distanza. Inoltre, all’aumentare della velocita’ di Ethernet,
si pensa che le soluzioni iSCSI a 10 Gigabit basate su IP saranno ampiamente diffuse gia’ da oggi
nelle SAN dei data center. Un gran numero di apparati e le soluzioni iFCP sono state sviluppate
rivolgendosi all’ampia base installata delle soluzioni classiche di storage. Per proteggere
l’investimento aziendale nella tecnologia di storage, le installazioni SAN dovranno probabilmente
evolvere da una condizione di rete unica e specifica ad un insieme eterogeneo di prodotti di tipo Fibre
Channel e SCSI.
Inoltre, si prevede una convergenza/integrazione di NAS e SAN, oltre che una combinazione di
switch di tipo Fibre Channel ed Ethernet. Una rete integrata SAN/NAS sara’ scalabile ed economica,
supportando protocolli ed interfacce multiple. Secondo Dataquest, nel 2006 piu’ del 20% del mercato
sara’ costituito dalla combinazione di HBA iSCSI e FC, permettendo ai clienti di ottimizzare le proprie
SAN classiche FC fornendo connessioni affidabili su lunga distanza mediante gli apparati esistenti e
la convergenza tra i protocolli FC e iSCSI.
L’evoluzione degli standard per le SAN
Gli standard FC sono stati sviluppati dal sottocomitato tecnico T11 di NCITS (National Committee for
Information Technology Standards). I primi standard FC sono stati approvati nel 1994 da ANSI
X.3230. Il primo standard SCSI e’ stato ratificato da ANSI nel 1986. Da allora, vi sono state numerose
correzioni che rispecchiavano le modifiche nell’industria.
La IETF (Internet Engineering Task Force) sta trasferendo l’evoluzione del protocollo IP verso le
interfacce esistenti e gli standard operativi. Nel Febbraio 2003 la specifica iSCSI e’ stata ufficialmente
approvata come “proposed standard” da IETF. Inoltre, la SNIA (Storage Networking Industry
Association), la FCIA (Fibre Channel Industry Association) ed altri gruppi industriali stanno lavorando
all’implementazione ed allo sviluppo dello standard per le SAN.
I data center rappresentano il punto di concentrazione piu’ critico dell’infrastruttura aziendale. Aldila’
dei componenti delle SAN/NAS, un tipico data center include numerosi altri componenti ed elementi
di connessione. Per indirizzare l’evoluzione dei data center, il gruppo TIA TR-42.1.1 sta lavorando
sullo standard dedicato all’infrastruttura di telecomunicazione per i data center, che verra’ pubblicato
come ANSI/TIA/EIA-942. Tale standard riguardera’ quindi la progettazione, i percorsi e le aree
destinate ai sistemi di cablaggio per i data center.
9
Considerazioni relative al cablaggio ed alla progettazione delle SAN nei Data Center
Le SAN trovano applicazione prevalentemente nei data center, ma anche nelle applicazioni
convergenti video, voce e dati. I requisiti di base per una soluzione affidabile sono i seguenti:
•
Un sistema aperto standardizzato
•
Elevate prestazioni, larghezza di banda, alta qualita’
•
Supporto di applicazioni a 10 Gigabit
•
Supporto diversi tipi di SAN/NAS e protocolli
•
Supporto di richieste crescenti di banda per applicazioni convergenti
•
Alta affidabilita’
•
Ridondanza
•
Flessibilita’, scalabilita’ e semplice realizzazione di MAC (Media Access Control)
Per soddisfare a tutti questi requisiti 10G ip e’ la soluzione piu’ indicata, rappresentando
un’infrastruttura solida per le comunicazioni aziendali nei data center di tutto il mondo ed essendo
totalmente allineata con quanto contenuto nei documenti di draft degli standard relativi ai data center.
La ridondanza rappresenta uno dei requisiti fondamentali nella progettazione dei data center,
permettendo di migliorare l’affidabilita’ dell’infrastruttura di comunicazione. Cio’ si ottiene mediante la
separazione fisica dei servizi, delle aree di permutazione e dei percorsi di cablaggio, piuttosto che
con apparati ridondanti.
Nota:
Il sistema di cablaggio in fibra ottica Siemon 10G ip XGLO puo’ essere configurato secondo una
topologia distribuita o centralizzata. Per informazioni dettagliate sui prodotti e sulla progettazione
delle soluzioni Siemon 10G ip e’ possibile visitare il sito Siemon (www.siemon.com) o contattare
The Siemon Company.
Conclusioni
Le SAN rappresentano solo un componente delle applicazioni di tipo convergenti che percorrono le
attuali reti di comunicazione. I benefici che tali sistemi possono apportare sono numerosi ed
essenziali per il business aziendale. Una banda sufficiente per tutte le applicazioni di rete ed una
infrastruttura di rete all’avanguardia possono garantire un’adeguata funzionalita’ negli anni a venire.
Dato che un adeguamento a passi successivi si rivela estremamente oneroso, e’ necessario
progettare un’infrastruttura di cablaggio che possa suportare le esigenze di rete per un periodo
minimo di 10 anni.
Il sistema Siemon 10G ip puo’ fornire la larghezza di banda necessaria e la protezione
dell’investimento per questo periodo, non solo per quanto riguarda il cablaggio, ma per l’insieme dei
sistemi di connettivita’ ad esso collegati.
10
Bibliografia
Per Hour Downtime Costs, Contingency Planning Research and Internetweek (4/3/2000)
Worldwide Disk Storage Systems Report, IDC, www.idc.com
SAN for the Masses, Computing Technology Industry Association,
http://www.comptia.org/research/files/summaries/sansforthemassessummary1-02.pdf
Storage Network Infrastructure, 2003 Forecast (Executive Summary), Dataquest of Gartner,
www.gartner.com
ANSI, American National Standards Institute, www.ansi.org
TIA, Telecommunications Industry Association, www.tiaonline.org
EIA, Electronics Industry Alliance, www.eia.org
IETF, Internet Engineering Task Force, www.ietf.org
SNIA, Storage Networking Industry Association, www.snia.org
FCIA, Fibre Channel Industry Association, www.fibrechannel.org
The Siemon Company
The Americas
Watertown, CT USA
Phone (1) 860 945 4200
Europe/Middle East/Africa
Surrey, England
Phone (44) 0 1483 480040
Italy
Via Senigallia, 18/2 – 20161 Milano
Tel (39) 02-6467.2209