Impianti informatici. Sistemi di storage. Paolo Cremonesi

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1 Impianti informatici Sistemi di storage Paolo Cremonesi

2 Capacità e Prestazioni Aumento di capacità dei dischi Densità di informazione (Mbit/cm 2 ) : 25-40% / anno : 110% / anno : 65% / anno : 25% / anno

3 Capacità e Prestazioni Capacità vs. Prestazioni Crescita negli ultimi 30 anni Capacity: Data per spindle 300 MB 300 GB 1000x Performance: Random seek time 30 ms 3 ms 10x

4 Densità delle richieste (IOPS/GB) Sistemi di storage Capacità e Prestazioni Capacità vs. Prestazioni SCSI / FC ATA Speed optimized (SCSI/FC) Capacity optimized (SCSI/FC) Price optimized (ATA) Le Le prestazioni per per unità unitàd informazione sono sono crollate crollate 0,1 Anno

5 Impianti informatici 1 Sistemi di storage Rassegna delle architetture Paolo Cremonesi

6 Modello generale di un sistema di storage Application MODELLO FISICO Host level 2 Network Host level 1 Network File I/O File System Client Network File System Server Storage Virtualization MODELLO LOGICO Block I/O Network Storage Device Storage Extent

7 Architetture a confronto: modello fisico Direct Attached Storage (DAS) Host level 2 Network Attached Storage (NAS) Host level 2 Storage Area Network (SAN) Host level 2 Host level 1 Network Host level 1 Storage Device Host level 1 Storage Device Network Storage Device

8 Architetture a confronto: modello logico Direct Attached Storage (DAS) Network Attached Storage (NAS) Storage Area Network (SAN) Application File System Storage Virtualization Storage Extent Application File System Client Network File System Server Storage Virtualization Storage Extent Application File System Storage Virtualization Network Storage Extent

9 Impianti informatici 2 Sistemi di storage Direct Attached Storage (DAS) Paolo Cremonesi

10 Rassegna delle architetture Direct Attached Storage (DAS) operating system HOST HOST APPLICATION file I/O file system volume manager storage driver SCSI controller block I/O STORAGE

11 DAS: Direct Attached Storage Netware Windows 2K/XP Linux/Unix Linux/Unix Linux/Unix LAN Ethernet

12 Impianti informatici 3 Sistemi di storage NAS: Network Attached Storage Paolo Cremonesi

13 NAS: Network Attached Storage Netware Windows 2K/XP Linux/Unix LAN Ethernet NAS NAS

14 Rassegna delle architetture NAS: Network Attached Storage HOST HOST APPLICATION NAS NAS server server NAS file access handler operating system file I/O network file protocol (NFS/CIFS) TCP/IP stack NIC driver operating system file I/O network file protocol (NFS/CIFS) TCP/IP stack NIC driver file I/O file system volume manager storage driver Ethernet NIC Ethernet NIC SCSI controller block I/O file I/O carried in IP packets TCP/IP STORAGE STORAGE

15 Impianti informatici 4 Sistemi di storage SAN: Storage Area Network Paolo Cremonesi

16 SAN: Storage Area Network Rete dedicata all accesso di device di storage Connessione host-storage Protocollo Attached Fiber FiberChannel NAS NAS head head Altri Altri protocolli

17 SAN attached SAN Switch LAN Ethernet Windows 2K/XP Storage Netware SAN Switch SAN (Fiber Channel, iscsi) Linux/Unix

18 Rassegna delle architetture SAN attached: Fiber Channel HOST HOST APPLICATION SAN SAN server server file I/O operating system file system volume manager Fiber Channel stack HBA driver FC stack HBA driver SCSI storage driver Fiber Channel HBA Fiber Channel HBA SCSI controller block I/O block I/O carried in FC packets Fiber Channel STORAGE STORAGE

19 SAN + NAS head LAN Ethernet SAN Switch Windows 2K/XP NAS head Storage Netware SAN (Fiber Channel, iscsi) Linux/Unix

20 Rassegna delle architetture SAN + NAS head HOST HOST APPLICATION NAS NAS head head NAS file access handler SAN SAN server server operating system file I/O network file protocol (NFS/CIFS) TCP/IP stack NIC driver operating system file I/O network file protocol (NFS/CIFS) TCP/IP stack NIC driver file I/O file system volume manager storage driver FC stack HBA driver FC stack HBA driver SCSI storage driver Ethernet NIC Ethernet NIC FC HBA FC HBA SCSI controller file I/O carried in IP packets TCP/IP block I/O carried in FC packets Fiber Channel block I/O STORAGE STORAGE

21 Impianti informatici 5 Sistemi di storage Il protocollo Fibre Channel (FC) Paolo Cremonesi

22 Prestazioni della rete Ethernet Throuhput della rete Utilizzo della CPU 120% 100% Throughput (Mbps) % 60% 40% Utilizzo della CPU % Frame size 0%

23 Problemi degli storage network su TCP/IP La pila TCP/IP su Ethernet ha una serie di overhead gestione dei frame Ethernet (overhead sulla rete) dimensione dei frame Ethernet (overhead sulla CPU) routing dei pacchetti IP (overhead sugli apparati di rete) Gli overhead aumentano con il volume dei dati trasferiti

24 Il protocollo Fibre Channel Combina le caratteristiche migliori del bus locali, per quanto riguarda la semplicità e la velocità dei protocolli di rete, per quanto riguarda la flessibilità e la capacità di realizzare reti estese e con topologie complesse Caratteristiche Collegamenti full-duplex Throughput di 1600 Mbps Supporto per connessioni fino a 10 km Connettori piccoli Utilizzo di componenti standard

25 Architettura del protocollo Fiber Channel Applications Upper Layer Mapping Common service FC-4 FC-3 Physical Layer Framing protocol Transmission protocol Physical media media FC-2 FC-1 FC-0

26 Architettura del protocollo Fiber Channel Applications Applications Applications TCP/UDP Presentation Session Session Transport Mapping Common service service FC-4 FC-3 IP IP Network Network Interface Network Network Data Data Link Link Physical Media Media Framing Framing protocol protocol Transmission protocol protocol Physical media media FC-2 FC-1 FC-0 TCP/IP OSI FC

27 Fibre Ottiche Outer coating 250 μmdiametro Cladding 125 μm diametro Core 9, 50, 62.5 μm diametro

28 Elementi di una rete Fibre Channel Nodi Fabric

29 Apparati di rete Il protocollo Fibre Channel è disegnato per operare con gli stessi tipi di cablaggi utilizzati per le reti Gigabit Gigabit Ethernet Gli apparati di rete però sono diversi Esistono Fibre Channel hub Fibre Channel switch

30 Vantaggi offerti dallo standard Fibre Channel: Miglioramento delle prestazioni, capacità e affidabilità dei sistemi di memorizzazione e della rete di computer. Aggiunta o rimozione dei dispositivi (RAID, librerie, dischi, eccetera), senza alcuna interruzione del servizio; possibilità di collegare i diversi dispositivi direttamente in rete, raggiungendo maggiori distanze tra i server e i dispositivi di memorizzazione (fino a 10 km), e assicurando l integrità dei dati lungo l intera connessione.

31 Fibre Channel vs. Ethernet A favore del Fibre Channel Elevato overhead del TCP/IP su Ethewrnet 10-gigabit Ethernet è costosa Fibre Channel ha prestazioni migliori rispetto alla gigabit Ethernet A favore di Ethernet 1-gigabit Ethernet è meno costosa rispetto al Fibre Channel Le infrastrutture IP ed Ethernet sono presenti ovunque è ben conosciute E possibile riutilizzare apparati di rete e di storage già esistenti

32 Point to point Loop Topologie Fiber channel connessione singola fra due nodi la bandwidth è suddivisa fra tutti i nodi connessi al loop ogni nodo è connesso ai suoi adiacenti Arbitrated loop due o più porte sono fra loro connesse connesse ma solo due alla volta possono comunicare nello stesso tempo Switched or fabric uno switch permette connessioni multiple fra nodi circuit switch stabilisce una connessione dedicata fra nodi frame switch stabilisce la connessione solo quando è necessaria (switched fabric)

33 Impianti informatici 6 Sistemi di storage Altri protocolli per SAN Paolo Cremonesi

34 Protocolli per il network storage Dispositivi di storage SCSI mapping FCIP Fibre Channel over IP TCP/IP Ethernet iscsi SCSI over IP TCP/IP Ethernet SCSI mapping Fibre channel Rame Fibre ottiche Bus SCSI

35 iscsi: protocollo economico per SAN Pregi da 4 a 10 volte meno costosa non ci sono costi di nuovo hardware Difetti non ha le stesse prestazioni di FC

36 Il protocollo iscsi Session FTP SMTP iscsi SNMP DHCP Transport TCP UDP Network IP Data-link / physical Ethernet Token Ring SONET FDDI

37 Rassegna delle architetture SAN attached: iscsi HOST HOST APPLICATION SAN SAN server server file I/O operating system file system volume manager iscsi TCP/IP stack NIC driver TCP/IP stack NIC driver iscsi / SCSI storage driver Ethernet NIC Ethernet NIC SCSI controller block I/O carried in IP packets TCP/IP STORAGE STORAGE block I/O

38 Fibre Channel su IP (FCIP) Fibre Channel Frame SOF FC Header SCSI Data CRC EOF FCIP Encapsulation IP Datagram IP Header IP Payload CRC

39 Connessione di SAN con FCIP Metro Network Element (SONET, WDM, IP Router) FCIP Gateway Rete IP MAN / WAN IP LAN Switch LAN Servers IP Edge Router LAN FC Fabric Switch SAN SAN Tape Storage Disk Storage Storage System FCIP richiede apparati per: FCIP encapsulation IP routing Optical IP interfaces FC switching SAN IP Optical (OC-48c, OC-12c, o Gigabit Ethernet ) Gigabit Ethernet Fibre Channel Ethernet (10BT or 100BT) Apparati di rete FCIP

40 Scenari di utilizzo del FCIP Data Center #1 Dati sensbili ed on-line SAN LAN FCIP Gateway Remote Backup Rete IP MAN / WAN LAN FCIP Gateway SAN Data Center #2

41 Impianti informatici 7 Sistemi di storage Esempi di apparati di storage Paolo Cremonesi

42 DAS e NAS di fascia bassa Server Rack di 3-4 RackUnit con dischi rigidi ATA o SATA Costi bassi (2K al TB) Buona flessibilità nella gestione (Linux Box) Apparati basati su server biprocessore Intel con 16 dischi da 250 GB 4TB Lordi, 3 TB Netti Raid5+2HotSpare Problemi rilevati più frequentemente: Guasti frequenti di dischi e controller

43 Apparati complessi Produttori principali NAS di fascia alta EmC2 (DELL), NetApp, Procom, IBM Costi alti (6-8K al TB) Scalano fino a dimensioni di decine di TB Sistemi chiusi esportano i propri volumi via NFS, CIFS, HTTP e HTTPS Possono esportare porzioni di spazio disco Via FC (Verso una SAN) o via iscsi

44 SAN: Principali componenti Shelf di dischi dischi semplici da 8 a 16 dischi 1 o 2 controller RAID numero di uscite Fibre Channel comprese fra 2 e 4 Tecnologia dei dischi: FC, SCSI, ATA o SATA Configurazione raid set e creazione di partizioni logiche Piu array con hot spare dedicati o con un unico hot spare globale Principali produttori Axus (Brownie), Dell, Infortrend, RAIDTech, Prezzi indicativi per soluzioni ATA to FC: 2-2,8 K al TB

45 Esempio: BladeStore di Storagetek Blade: è l unità di base del sistema ed è composto da 5 dischi in tecnologia ATA Array: contiene fino a 10 Balde Sistema Bladestore: 1 Control Module + Max. 12 Array Massima Espandibilità 12*10*5*250GB = 150TB Blade (5 HD ADA) Array (10 Blade)

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