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Introduzione alle Storage Area Network (SAN) Sommario Sommario
Introduzione alle Storage Area Network (SAN) Sommario ! L’evoluzione dello storage ! ! ! ! Direct Attached Storage (DAS) Small Computer System Interface (SCSI) Network Attached Storage (NAS) Storage Area Network (SAN) Flavio Marinone Dipartimento di Automatica e Informatica XIX ciclo di Dottorato Sommario ! Le architetture SAN ! Ethernet – TCP/IP ! ! ! ! I-SCSI FC-IP Fibre Channel Complessità e prestazioni ! Fibre Channel vs. Ethernet L’evoluzione dello Storage ! Tradizionalmente ogni server ha l’accesso esclusivo ai dispositivi di storage: Directly Attached Storage (DAS) L’evoluzione dello Storage ! L’evoluzione dello Storage Small Computer System Interface (SCSI) ! ! ! ! ! Bus parallelo e condiviso è uno standard che definisce: un set di comandi un protocollo per le transazioni un'interfaccia fisica è block-oriented, cioè il s.o. degli host vede i dispositivi di storage come insiemi contigui di blocchi di dati di dimensione fissa. Windows, Unix, Novell, MacOS, ecc. ! Bassa latenza ! ! Grandi difficoltà nella gestione di una delle maggiori ricchezze aziendali: i dati ! Rete Locale o Geografica ! ! ! ! ! Server Recupero degli errori inefficiente L’evoluzione dello Storage ! Client Verso il disco (~ms) e verso la cache (~µs) Bassissimo tasso d’errore ! L’evoluzione dello Storage Lung h. M ax 2 Max 5m 16 d ispo sitiv i ! L’amministrazione delle risorse va effettuata singolarmente Disottimizzazione Scalabilità Prestazioni Distanza massima tra dispositivi limitata Inaccessibilità ai dati durante la manutenzione Gestione dei backup problematica L’evoluzione dello Storage ! Soluzione: ! ! ! L’evoluzione dello Storage Requisiti irrinunciabili: ! Separazione tra dispositivi storage e le risorse di elaborazione Connessione realizzata mutuando tecnologie dal mondo delle reti Esistono implementazioni diverse: ! ! ! ! ! ! Costi Prestazioni Network Attached Storage Network Attached Storage ! ! LAN ! NAS ! Oggetto in grado di rispondere ad una richiesta di file pervenuta via rete Consolidamento delle risorse di storage Management centralizzato Replicazione remota dei dati (disaster recovery) Backup centralizzato e trasparente alla LAN e agli elaboratori ! ! ! ! Di solito un elaboratore. In futuro si pensa a soluzioni sempre più spinte verso l’hardware Sistema operativo proprietario o pesantemente ottimizzato Elevate capacità di memorizzazione Utilizzo di RAID e Hot-Swap per la protezione dei dati e la continuità del servizio Costo Utilizzo della LAN File system invisibile ai client Network Attached Storage Storage Area Network Client LAN/WAN Server ! ! Tipicamente TCP/IP over Ethernet File esportati via NFS, CIFS (o entrambi) Dischi Storage Area Network ! ! Insieme di apparati e tecnologie per la remotizzazione dello storage in una rete Caratteristiche di una SAN ! ! ! Risorse della rete utilizzate esclusivamente per lo storage Protocollo SCSI per la comunicazione end to end: impatto minimo per la migrazione da DAS a SAN Accesso ai dati attraverso blocchi logici e non file Storage Area Network Storage Area Network ! Caratteristiche di una SAN ! Requisiti compatibili con le tecnologie DAS ! ! ! ! ! ! Alta velocità Bassa latenza Bassissimo tasso di errore Compatibilità con un elevato numero di nodi Copertura di distanze metropolitane Elevata affidabilità e capacità di reazione ai guasti Storage Area Network ! Tecnologie di trasporto utilizzate: ! Ethernet – TCP/IP ! ! ! ! Storage Area Network iSCSI FC-IP Fibre Channel Utilizzabili: ! ! ! Infiniband (per il futuro) (Sonet/SDH) (DWDM) Ethernet – TCP/IP Ethernet – TCP/IP ! R.M.Metcalfe, 1976 Benefici e difetti di Ethernet – TCP/IP ! National Computer Conference ! Prospettive di evoluzione incomparabili rispetto a qualunque tecnologia rivale (+) Nessuna garanzia di recapito dell’informazione trasferita (! - !) ! ! Benefici e difetti di Ethernet – TCP/IP ! ! Semplicità della rete (! + !) Costi infrastrutturali e di formazione molto bassi (!! + !!) ! ! ! La perdita delle frame è, ad oggi, parte integrante del funzionamento di Ethernet Recupero errori affidato a TCP Implementazione hardware di TCP problematica Nessuna garanzia sulla latenza (! - !) Fibre Channel ! ! Nasce dall’esigenza di avere un supporto affidabile per il funzionamento seriale di Ultra3 SCSI Supporta elevati transfer rate ! ! ! ! Fibre Channel ! ! Esiste un link diretto e bidirezionale tra due nodi 1Gb/s, 2Gb/s, 10Gb/s Prevede un funzionamento senza perdite Prevede un data plane semplice Il control plane è pesante Fibre Channel ! Connessione diretta Anello (Arbitrated Loop) ! Fino a 127 nodi connessi ad anello fisicamente oppure, tramite un hub (maggiore robustezza) Fibre Channel ! Rete magliata (Switched Fabric) ! ! Switch connessi ai nodi e tra loro Connessioni bidirezionali Fabric Fibre Channel ! Fibre Channel Stack protocollare SCSI ! IP FC-0 ! ! FC-1 ! FC-4 ULP Mapping FC-3 FC-2 FC-1 Servizi Comuni Segnalazione FC-0 Livello Fisico ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Crittografia Compressione Channel bonding FC-4 ! Mapping tra i protocolli di livello superiore e il livello di trasporto per il recapito attraverso la fabric Frame format Indirizzamento Segmentazione Controllo di flusso Error detection/correction Fibre Channel ! Servizi comuni a tutte le porte Protocolli di trasferimento dei dati end to end ! Trasmissione FC-3 Encoding e controllo di basso livello del link FC-2 ! Fibre Channel ! Definizione dell’interfaccia fisica Esistono diversi tipi di porta dal funzionamento specifico ! ! ! ! ! ! N_port: gli HBA (Host Bus Adapter) F_port: gli switch verso gli HBA E_port: collegamento tra gli switch (ISL) NL_port, FL_port: funzionamento in loop Nx_port, Fx_port G_port, GL_port Fibre Channel Fibre Channel N_port ! Indirizzamento ! N_port ! NL_port F_port Nodi, porte e switch possiedono un “Name identifier” unico e assegnato in fabbrica di 64 bit (“World Wide Name”) Assegnazione dinamica di indirizzi a 24 bit per lo scambio dati Domain_ID FL_port E_port 23 E_port Indirizzamento ! Domain_ID da 00h a EFh. ! ! ! Solitamente uno per switch. Assegnazioni gestite da un principal switch 239 switch supportati Da F0h a FFh “Well Known Address” ! ! ! 16 Port_ID 8 0 E_port Fibre Channel ! Area_ID Servizi offerti dalla Fabric Implementati con protocolli distribuiti all’interno degli switch stessi Area_ID e Port_ID assegnati ai nodi. 65536 nodi per switch. Fibre Channel ! Routing ! ! ! FSPF: Fabric Shortest Path First. Protocollo link-state simile a OSPF FC non ha il meccanismo del TTL. Possibili loop infiniti di pacchetti La convergenza della rete deve essere la più rapida possibile Fibre Channel Fibre Channel Le comunicazioni tra due nodi prevedono l’apertura di un “exchange” Ogni exchange prevede “sequenze” di frame unidirezionali Diverse tipologie di comunicazione ! ! ! ! ! ! ! Controllo di flusso ! ! ! Controllo di flusso Prenotazione delle risorse Garanzie sul recapito in sequenza delle frame End to end Buffer to buffer Meccanismo a crediti B_to_B B_to_B B_to_B E_to_E Complessità e prestazioni ! Frame Fibre Channel SOF Header (4) Opt Hdr (24) ! ! Complessità e prestazioni ! Dati CRC EOF ! (da 4 a 2112) (4) (4) ! 36 byte di overhead Pacchetto Ethernet - TCP/IP ! ! Fibre Channel vs. Ethernet 18 byte Ethernet + 20 byte IP + 20 byte TCP + iSCSI o FC-IP Prestazioni Garanzie ! ! ! Protezione degli investimenti Sviluppo Prezzi ! Target d’utenza Riferimenti ! Libri ! ! ! http://publib-b.boulder.ibm.com/Redbooks.nsf/ RedbookAbstracts/sg245470.html J. Tate, A. Bernasconi, P. Mescher, F. Scholten, Introduction to Storage Area Networks, IBM Red Book, 2003 C. Beauchamp, J. Judd, Building SANs with Brocade Fabric Switches, Rockland, MA, USA, Syngress Publishing Inc., 2001 Standard Fibre Channel ! http://www.t11.org/index.htm Riferimenti ! Tutorials Fibre Channel ! ! ! Storage over IP ! ! http://www.fibrechannel.org/OVERVIEW/ http://www.iol.unh.edu/knowledgeBase/training/fc http://www.ietf.org/html.charters/ips-charter.html Documentazione da due dei maggiori produttori di apparati di commutazione storage ! ! http://www.brocade.com/san/resource.jsp http://www.cisco.com/en/US/products/hw/ ps4159/ps4358/prod_literature.html
