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 Complessità e prestazioni 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 Small Computer System Interface (SCSI) 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. L evoluzione dello Storage Windows, Unix, Novell, MacOS, ecc. Lungh. Max 25m Max 16 dispositivi Bus parallelo e condiviso Bassa latenza Verso il disco (~ms) e verso la cache (~µs) Bassissimo tasso d errore Recupero degli errori inefficiente L evoluzione dello Storage L evoluzione dello Storage Client Server Rete Locale o Geografica Grandi difficoltà nella gestione di una delle maggiori ricchezze aziendali: i dati 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: Separazione tra dispositivi storage e le risorse di elaborazione Connessione realizzata mutuando tecnologie dal mondo delle reti Esistono implementazioni diverse: Costi Prestazioni L evoluzione dello Storage Requisiti irrinunciabili: Consolidamento delle risorse di storage Management centralizzato Replicazione remota dei dati (disaster recovery) Backup centralizzato e trasparente alla LAN e agli elaboratori Network Attached Storage LAN NAS Oggetto in grado di rispondere ad una richiesta di file pervenuta via rete Network Attached Storage 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 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 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 Storage Area Network Tecnologie di trasporto utilizzate: Ethernet TCP/IP iscsi FC-IP Utilizzabili: Infiniband (per il futuro) (Sonet/SDH) (DWDM) Ethernet TCP/IP Benefici e difetti di Ethernet TCP/IP Semplicità della rete (! +!) R.M.Metcalfe, 1976 National Computer Conference Costi infrastrutturali e di formazione molto bassi (!! +!!) Ethernet TCP/IP Benefici e difetti di Ethernet TCP/IP Prospettive di evoluzione incomparabili rispetto a qualunque tecnologia rivale (+) Nessuna garanzia di recapito dell informazione trasferita (! -!) 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 (! -!)
Nasce dall esigenza di avere un supporto affidabile per il funzionamento seriale di Ultra3 SCSI Supporta elevati transfer rate 1Gb/s, 2Gb/s, 10Gb/s Prevede un funzionamento senza perdite Prevede un data plane semplice Il control plane è pesante Connessione diretta Esiste un link diretto e bidirezionale tra due nodi Anello (Arbitrated Loop) Fino a 127 nodi connessi ad anello fisicamente oppure, tramite un hub (maggiore robustezza) Rete magliata (Switched Fabric) Switch connessi ai nodi e tra loro Connessioni bidirezionali Fabric
Stack protocollare FC-4 FC-3 FC-2 FC-1 FC-0 SCSI ULP Mapping Servizi Comuni Segnalazione Trasmissione Livello Fisico IP FC-0 Definizione dell interfaccia fisica FC-1 Encoding e controllo di basso livello del link FC-2 Protocolli di trasferimento dei dati end to end Frame format Indirizzamento Segmentazione Controllo di flusso Error detection/correction FC-3 Servizi comuni a tutte le porte FC-4 Crittografia Compressione Channel bonding Mapping tra i protocolli di livello superiore e il livello di trasporto per il recapito attraverso la fabric 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
N_port F_port N_port NL_port Indirizzamento 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 E_port FL_port Domain_ID Area_ID Port_ID 23 16 8 0 E_port 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 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. 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
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 Prenotazione delle risorse Garanzie sul recapito in sequenza delle frame Controllo di flusso End to end Buffer to buffer Meccanismo a crediti B_to_B B_to_B B_to_B E_to_E Problematiche Aspetti avanzati Possibilità di deadlock Blocco del traffico su un intero link a causa della mancanza di crediti VSAN Come VLAN, ma su SAN Interessante per Storage Providers Link Aggregation Load Balancing
Complessità e prestazioni Frame SOF Header Opt Hdr Dati CRC EOF (4) (24) (da 4 a 2112) (4) (4) 36 byte di overhead Pacchetto Ethernet - TCP/IP 18 byte Ethernet + 20 byte IP + 20 byte TCP + iscsi o FC-IP Complessità e prestazioni vs. Ethernet Prestazioni Garanzie Protezione degli investimenti Sviluppo Prezzi Target d utenza Scenari di impiego iscsi FC Connessione a basso costo di host (Ethernet) ad una SAN Connessione tra server e array di dischi FCIP Connessione di SAN attraverso un collegamento geografico Es. Backup o ridondanza Principali vendor SAN Brocade McData Cisco NAS NetApp HP, Dell Soluzioni chiavi in mano IBM, EMC
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 http://www.t11.org/index.htm Riferimenti Tutorials http://www.fibrechannel.org/overview/ http://www.iol.unh.edu/knowledgebase/training/fc Storage over IP 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