SN6000 es un conmutador para el desarrollo de redes de almacenamiento. Redes de área de almacenamiento (SAN)

En materia de conocimiento, SAN encontró un cierto obstáculo: la inaccesibilidad a la información básica. Cuando se trata de estudiar otros productos de infraestructura que haya encontrado, es más fácil: hay versiones de prueba del software, la posibilidad de instalarlos en una máquina virtual, hay muchos libros de texto, guías de referencia y blogs sobre el tema. Cisco y Microsoft publican libros de texto de muy alta calidad, MS al menos ha ordenado su infernal ático llamado technet, incluso hay un libro sobre VMware, aunque sólo uno (¡e incluso en ruso!), y con una eficiencia de alrededor del 100%. Ya en los propios dispositivos de almacenamiento de datos, puede obtener información de seminarios, eventos y documentos de marketing, foros. En la red de almacenamiento reina el silencio y los muertos sostienen guadañas. Encontré dos libros de texto, pero no me atreví a comprarlos. Se trata de "Redes de área de almacenamiento para tontos" (resulta que existe tal cosa. Aparentemente, "tontos" de habla inglesa muy curiosos entre el público objetivo) por mil quinientos rublos y "Redes de almacenamiento distribuidas: arquitectura, "Protocolos y gestión": parece más fiable, pero cuesta 8200 rublos con un 40% de descuento. Junto con este libro, Ozon también recomienda el libro “El arte de albañilería”.

No sé qué aconsejar a una persona que decide aprender al menos la teoría de cómo organizar una red de almacenamiento de datos desde cero. Como ha demostrado la práctica, incluso los cursos costosos pueden no dar ningún resultado. Las personas en relación con SAN se dividen en tres categorías: los que no saben qué es, los que saben que tal fenómeno simplemente existe y los que, cuando se les pregunta "¿por qué hacer dos o más fábricas en una red de almacenamiento", miran con tal desconcierto, como si les preguntaran algo como “¿por qué un cuadrado necesita cuatro esquinas?”

Intentaré llenar el vacío que me faltaba: describir la base y describirla de forma sencilla. Consideraré una SAN basada en su protocolo clásico: Fibre Channel.

Entonces, SAN... Red de área de almacenamiento- Diseñado para consolidar el espacio en disco del servidor en un almacenamiento en disco especialmente dedicado. La conclusión es que de esta forma los recursos del disco se utilizan de forma más económica, son más fáciles de gestionar y tienen mejor rendimiento. Y en materia de virtualización y clustering, cuando varios servidores necesitan acceso a un espacio en disco, estos sistemas de almacenamiento de datos son generalmente insustituibles.

Por cierto, debido a la traducción al ruso, surge cierta confusión en la terminología SAN. SAN traducido significa "red de almacenamiento de datos" - sistema de almacenamiento. Sin embargo, clásicamente en Rusia, por almacenamiento se entiende el término "sistema de almacenamiento de datos", es decir, una matriz de discos ( Matriz de almacenamiento), que a su vez consta de un bloque de Control ( Procesador de almacenamiento, controlador de almacenamiento) y estantes para discos ( Gabinete de disco). Sin embargo, en el original el Storage Array es sólo una parte de la SAN, aunque a veces es la más importante. En Rusia entendemos que el sistema de almacenamiento (sistema de almacenamiento de datos) es parte de la red de almacenamiento (red de almacenamiento de datos). Por lo tanto, los dispositivos de almacenamiento suelen denominarse sistemas de almacenamiento y la red de almacenamiento es SAN (y se confunde con "Sun", pero esto es trivial).

Componentes y términos

Tecnológicamente, SAN consta de los siguientes componentes:

1. Nodos, nodos

• Matrices de discos (sistemas de almacenamiento de datos) - almacenamiento (objetivos)
• Los servidores son consumidores de recursos de disco (iniciadores).

2. Infraestructura de red

• Switches (y enrutadores en sistemas complejos y distribuidos)
• cables

Peculiaridades

Sin entrar en demasiados detalles, el protocolo FC es similar al protocolo Ethernet con direcciones WWN en lugar de direcciones MAC. Solo que, en lugar de dos niveles, Ethernet tiene cinco (de los cuales el cuarto aún no se ha definido, y el quinto es el mapeo entre el transporte FC y los protocolos de alto nivel que se transmiten a través de este FC - SCSI-3, IP). Además, los conmutadores FC utilizan servicios especializados, cuyos análogos para las redes IP generalmente se alojan en servidores. Por ejemplo: Administrador de direcciones de dominio (responsable de asignar ID de dominio a los conmutadores), Servidor de nombres (almacena información sobre los dispositivos conectados, una especie de análogo de WINS dentro del conmutador), etc.

Para una SAN, los parámetros clave no son sólo el rendimiento, sino también la confiabilidad. Después de todo, si el servidor de la base de datos pierde su red durante un par de segundos (o incluso minutos), será desagradable, pero podrá sobrevivir. Y si al mismo tiempo se cae el disco duro con la base de datos o el sistema operativo, el efecto será mucho más grave. Por lo tanto, todos los componentes de una SAN suelen estar duplicados: puertos en dispositivos de almacenamiento y servidores, conmutadores, enlaces entre conmutadores y, una característica clave de una SAN, en comparación con una LAN, la duplicación a nivel de toda la infraestructura de dispositivos de red: la tela.

Fábrica (tela- que en realidad se traduce del inglés como tela, porque... el término simboliza un diagrama de conexión entrelazado de red y dispositivos finales, pero el término ya se ha establecido): un conjunto de conmutadores conectados entre sí mediante enlaces entre conmutadores ( ISL - Enlace InterSwitch).

Las SAN altamente confiables incluyen necesariamente dos (y a veces más) estructuras, ya que la estructura en sí es un único punto de falla. Aquellos que alguna vez han observado las consecuencias de un timbre en la red o un movimiento hábil del teclado que pone en coma un kernel o un conmutador de distribución con un firmware o comando fallido entienden de qué estamos hablando.

Las fábricas pueden tener una topología idéntica (espejo) o ser diferentes. Por ejemplo, una estructura puede constar de cuatro conmutadores y otra, de uno, y sólo se pueden conectar a ella nodos altamente críticos.

Topología

Se distinguen los siguientes tipos de topologías de fábrica:

Cascada- los interruptores están conectados en serie. Si hay más de dos, entonces no es confiable ni productivo.

Anillo- cascada cerrada. Es más fiable que una simple cascada, aunque con un gran número de participantes (más de 4) el rendimiento se verá afectado. Y un solo fallo del ISL o de uno de los interruptores convierte el circuito en una cascada con todas las consecuencias.

malla). sucede Malla completa- cuando cada interruptor se conecta a cada uno. Caracterizado por su alta confiabilidad, rendimiento y precio. La cantidad de puertos necesarios para las comunicaciones entre conmutadores crece exponencialmente con la adición de cada nuevo conmutador al circuito. Con una determinada configuración, simplemente no quedarán puertos para los nodos: todos estarán ocupados por ISL. Malla Parcial- cualquier asociación caótica de interruptores.

Centro/periferia (núcleo/borde)- cerca de la topología LAN clásica, pero sin capa de distribución. A menudo, el almacenamiento está conectado a conmutadores Core y los servidores están conectados a Edge. Aunque se puede asignar una capa (nivel) adicional de conmutadores Edge para almacenamiento. Además, tanto el almacenamiento como los servidores se pueden conectar a un conmutador para mejorar el rendimiento y reducir el tiempo de respuesta (esto se llama localización). Esta topología se caracteriza por una buena escalabilidad y manejabilidad.

Zonificación (zonificación, zonificación)

Otra tecnología característica de SAN. Ésta es la definición de pares iniciador-objetivo. Es decir, qué servidores pueden tener acceso a qué recursos de disco, para que no resulte que todos los servidores vean todos los discos posibles. Esto se logra de la siguiente manera:

• los pares seleccionados se agregan a las zonas previamente creadas en el conmutador;
• las zonas se colocan en conjuntos de zonas (conjunto de zonas, configuración de zonas) creados allí;
• Los conjuntos de zonas se activan en la tela.

Para una publicación inicial sobre el tema SAN, creo que es suficiente. Pido disculpas por las imágenes variadas; todavía no tengo la oportunidad de dibujarlas en el trabajo y no tengo tiempo en casa. Hubo una idea de dibujarlo en papel y tomarle una fotografía, pero decidí que era mejor así.

Finalmente, como posdata, enumeraré Directrices básicas para el diseño de tejidos SAN.

• Diseñe la estructura de modo que no haya más de tres interruptores entre dos dispositivos finales.
• Es deseable que la fábrica tenga no más de 31 interruptores.
• Vale la pena configurar el ID de dominio manualmente antes de introducir un nuevo conmutador en la estructura; esto mejora la capacidad de administración y ayuda a evitar problemas con la misma ID de dominio, en casos, por ejemplo, de volver a conectar un conmutador de una estructura a otra.
• Tener múltiples rutas equivalentes entre cada dispositivo de almacenamiento y el iniciador.
• En casos de requisitos de rendimiento inciertos, suponga una relación entre el número de puertos Nx (para dispositivos finales) y el número de puertos ISL de 6:1 (recomendación EMC) o 7:1 (recomendación Brocade). Este ratio se llama sobresuscripción.
• Recomendaciones de zonificación:
  - utilizar nombres informativos de zonas y conjuntos de zonas;
  - utilizar zonificación WWPN, no basada en puertos (basada en direcciones de dispositivos, no en puertos físicos de un conmutador específico);
  - cada zona - un iniciador;
  - limpiar la fábrica de zonas "muertas".
• Tener una reserva de puertos y cables libres.
• Contar con una reserva de equipos (interruptores). A nivel de sitio, necesariamente, quizás a nivel de fábrica.

Conmutadores SAN

Los conmutadores SAN se utilizan como dispositivo de conmutación central para los nodos de la red SAN. Conecte un extremo del cable óptico a un conector del adaptador de servidor o controlador de matriz de discos y el otro a un puerto del conmutador.
Un conmutador se puede comparar con un conjunto de cables que se cruzan de tal manera que permiten que cada dispositivo de la red "hable" a través de un cable con todos los demás dispositivos de la red al mismo tiempo.
Puede conectar servidores y almacenamiento a una SAN mediante un único conmutador, pero es una buena práctica utilizar dos conmutadores para evitar la pérdida de datos y el tiempo de inactividad si uno de ellos falla. La Figura 1 muestra una estructura típica que utiliza dos conmutadores para conectar servidores a una matriz de discos.

Fig 1. La fábrica más sencilla que utiliza 2 interruptores.

A medida que aumenta la cantidad de servidores y almacenamiento en su SAN, simplemente agrega conmutadores.

Figura 2. Expansión de SAN Fabric

Interruptores modulares o regulares (interruptores modulares)

Los conmutadores SAN vienen en una variedad de tamaños, desde 8 hasta cientos de puertos. La mayoría de los conmutadores modulares vienen con 8 o 16 puertos. La última tendencia es la capacidad de aumentar la cantidad de puertos en un conmutador comprado en incrementos de 4. Un ejemplo típico de dicho conmutador es el Qlogic SANbox 5200 (Fig. 3). Puedes adquirir este producto con 8 puertos en la base, y luego ampliarlo a 16 en un módulo y hasta 64 puertos (!) en cuatro módulos, interconectados por 10 Gigabit FC.

Fig 3. Qlogic SANbox 5200: pila de cuatro módulos con 64 puertos

Cambios de director

Los directores son mucho más caros que los conmutadores modulares y normalmente contienen cientos de puertos (Figura 4). Los directores pueden verse en el centro de estructuras conmutadas de gran tamaño como el núcleo de la red. Los directores tienen una tolerancia excepcional a fallas y mantienen toda la infraestructura en funcionamiento las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Le permiten realizar un mantenimiento de rutina y reemplazar módulos sobre la marcha.

Arroz. 4. Puerto SilkWorm 1200 128 y McData InterPid 6140

El director consta de una plataforma, módulos de puerto intercambiables en caliente (normalmente 12 o 16 puertos) y módulos de procesador intercambiables en caliente (normalmente de doble procesador). El director se puede adquirir con 32 puertos y se puede ampliar a 128 - 140 puertos.
Las SAN empresariales suelen utilizar directores como núcleo de la red. A ellos se conectan interruptores modulares como interruptores terminales (de borde). Estos, a su vez, están conectados a servidores y almacenamiento. Esta topología se denomina topología de núcleo a borde y le permite escalar la red a miles de puertos (Fig. 5).

Arroz. 5. Topología núcleo-borde utilizando directores.

Enrutadores SAN o conmutadores multiprotocolo

Los enrutadores SAN se utilizan para conectar islas SAN remotas en una sola red para resolver problemas de protección contra desastres, consolidación de recursos de almacenamiento, organización de procedimientos para realizar copias de seguridad de datos de departamentos remotos en recursos de cinta y disco del centro de datos principal, etc. Figura 6.). La consolidación de redes SAN remotas en un solo recurso es el siguiente paso en la evolución de las redes de almacenamiento de datos después de la introducción de SAN en las oficinas centrales y departamentos de las empresas (Fig. 7).

Arroz. 6: McDATA Eclipse 1620, 3300 y 4300

Arroz. 7: Consolidar SAN remotas en un único recurso

Las islas SAN se pueden conectar mediante el protocolo FC y conmutadores o directores modulares convencionales, a través de un cable óptico monomodo (cable monomodo o fibra oscura) o mediante equipos de multiplexación (DWDM).

Sin embargo, este método no le permitirá ir más allá de los límites de la ciudad (radio de 70 km). Para distancias mayores, necesitará el protocolo Fibre Channel sobre IP (FCIP, http://www.iscsistorage.com/ipstorage.htm), implementado en los enrutadores Eclipse de McData (Fig. 6). FCIP envuelve cada trama FC en un paquete IP para su transporte a través de la red IP. El lado receptor descomprime el paquete IP y extrae de allí la trama FC original para su posterior transmisión a través de la red FC local. Aquí las distancias no están limitadas. Se trata de la velocidad de su canal IP.

Tipos de cables FC
El cable de fibra óptica o cobre se utiliza como medio de transmisión física en las redes FC. El cable de cobre es un cable de par trenzado con cubierta y se utilizaba principalmente para conexiones locales en redes FC de 1 Gbit/s. Las redes FC modernas de 2 Gbit/s utilizan principalmente cable de fibra óptica.

Hay dos tipos de cable de fibra óptica: monomodo y multimodo.

Cable monomodo (onda larga)

En un cable monomodo (SM), solo hay un camino para que viaje la onda de luz. El tamaño del núcleo suele ser de 8,3 micrones. Los cables monomodo se utilizan en aplicaciones que requieren baja pérdida de señal y altas velocidades de transferencia de datos, como largas distancias entre dos sistemas o dispositivos de red. Por ejemplo, entre un servidor y una instalación de almacenamiento, cuya distancia es de varias decenas de kilómetros.

La distancia máxima entre dos nodos de red FC 2Gbit conectados por un cable monomodo es de 80 km sin repetidores.

El cable multimodo (MM) es capaz de transmitir múltiples longitudes de onda de luz a lo largo de una sola fibra porque el tamaño del núcleo relativamente grande permite que la luz viaje en diferentes ángulos (refracción). Los tamaños de núcleo típicos para MM son 50 µm y 62,5 µm. Las conexiones de fibra multimodo son las más adecuadas para dispositivos que operan en distancias cortas. Dentro de una oficina, edificio.

La distancia máxima sobre la cual un cable multimodo admite una velocidad de 2 Gbit/s es 300 (50 um) y 150 m (62,5 um).

Tipos de conectores de cables

Los conectores de cable FC son:

Tipos de transceptor (tipos GBIC)

Los dispositivos para convertir la luz en una señal eléctrica y viceversa se denominan transceptores. También se les llama GBIC (Conectores de Interfaz Gigabit). El transceptor está ubicado en la placa adaptadora FC (FC HBA), generalmente está soldado en ella, en el interruptor, en forma de módulo extraíble (ver figura) y en un dispositivo de almacenamiento de una forma u otra.

Los transceptores son:

SFP-LC	HSSDC2

Módulos transceptores extraíbles (SFP)

HSSDC2: para 1/2Gbit FC para cable de cobre
SFP-LC: (LC conectable de factor de forma pequeño) 1/2Gbit FC onda corta/larga para cable de fibra óptica con conector LC
SFP-SC: (SC enchufable de factor de forma pequeño) FC de 1/2 Gbit de onda corta/larga para cable de fibra óptica con conector SC

7 bloques de construcción SAN

Las secciones anteriores proporcionan una descripción general de las topologías y protocolos de Fibre Channel. Ahora veamos los diversos dispositivos y componentes que se utilizan para crear redes de almacenamiento Fibre Channel. Los principales elementos estructurales de una SAN incluyen:

■ adaptadores de bus;

■ Cables de canal de fibra;

■ conectores;

■ Dispositivos de conectividad, que incluyen concentradores, conmutadores y conmutadores de estructura.

Tenga en cuenta que todos los componentes direccionables dentro de una SAN Fibre Channel tienen nombres mundiales (WWN) únicos, que son análogos a direcciones MAC únicas. El WWN en la especificación Fibre Channel es un número de 64 bits escrito como XX:XX:XX:XX:XX:XX:XX:XX. IEEE asigna a cada fabricante un rango de direcciones específico. El fabricante es responsable de asignar de forma única las direcciones asignadas.

7.1 Adaptadores de bus

Adaptador de bus (adaptador de bus host - EVN) se conecta a una computadora y proporciona interacción con dispositivos de almacenamiento. En el mundo de las computadoras personales con Windows, los HBA generalmente se conectan al bus PCI y pueden proporcionar conectividad para dispositivos IDE, SCSI y Fibre Channel. Los adaptadores de bus funcionan bajo el control de un controlador de dispositivo, es decir. Controlador de minipuerto SCSIPort o Storport.
Cuando se inicializa, el puerto HBA se registra con el conmutador de estructura (si está disponible) y registra los atributos almacenados en él. Los atributos están disponibles para las aplicaciones que utilizan API del fabricante del conmutador o HBA. La SNIA (Asociación de la industria de redes de almacenamiento) está trabajando en una API estandarizada que admita las API de varios proveedores.
Para SAN con altos requisitos de tolerancia a fallos, algunos fabricantes de HBA ofrecen capacidades adicionales, como el cambio automático a otro HBA si el principal falla.
En un anillo compartido, sólo dos dispositivos pueden recibir y transmitir datos simultáneamente. Supongamos que uno de ellos es un HBA conectado a un host y que recibe datos desde un dispositivo de almacenamiento. Sin embargo, si este adaptador está conectado a una red SAN conmutada, puede enviar múltiples solicitudes de lectura a múltiples dispositivos de almacenamiento al mismo tiempo.

Las respuestas a estas solicitudes pueden venir en cualquier orden. Normalmente, un conmutador de estructura proporciona un servicio de operación por turnos a los puertos, lo que complica aún más la tarea del HBA; en este caso, el orden de llegada de los paquetes será tal que cada paquete subsiguiente procederá de una fuente diferente.
Los adaptadores de bus resuelven este problema de dos maneras. La primera estrategia, llamada almacenar y ordenar, implica almacenar datos en la memoria del nodo y luego ordenar los buffers usando la CPU. Obviamente, este es un enfoque ineficiente desde el punto de vista de la CPU y la carga general está asociada con el cambio de contexto cada pocas decenas de microsegundos. Otra estrategia es sobre la marcha- Implica el uso de lógica del sistema adicional y chips en el propio adaptador de bus, lo que permite cambiar de contexto sin utilizar ciclos de CPU. Normalmente, el tiempo entre cambios de contexto cuando se utiliza esta estrategia es de varios segundos.
Una reserva permite enviar una trama Fibre Channel. Antes de enviar la siguiente trama, el remitente debe recibir una señal. Receptor listo. Para utilizar eficazmente un enlace Fibre Channel, se deben transmitir varias tramas simultáneamente, lo que requerirá múltiples reservas y, por lo tanto, requerirá más memoria para recibir tramas. Algunos HBA tienen cuatro búferes de 1 KB y dos búfer de 2 KB, aunque algunos adaptadores de gama alta tienen 128 KB y 256 KB para reserva de búfer. Tenga en cuenta que esta memoria normalmente requiere dos puertos; aquellos. Cuando una región de memoria recibe datos de Fibre Channel SAN, las regiones de memoria restantes pueden enviar datos al bus PCI del host.
Además, los HBA desempeñan un papel en las arquitecturas de recuperación ante desastres y conmutación por error que proporcionan múltiples rutas de E/S a un único dispositivo de almacenamiento.

7.1.1 Sistema operativo Windows y adaptadores de bus

En Windows NT y Windows 2000, los adaptadores Fibre Channel se tratan como dispositivos SCSI y los controladores se crean como controladores de puerto mini-SCSI. El problema es que el controlador SCSIPort está desactualizado y no admite las capacidades proporcionadas por los dispositivos SCSI más nuevos, y mucho menos los dispositivos Fibre Channel. Por lo tanto, Windows Server 2003 introdujo un nuevo modelo de controlador Storport para reemplazar el modelo SCSIPort, especialmente para dispositivos SCSI-3 y Fibre Channel. Tenga en cuenta que Windows utiliza las unidades Fibre Channel como dispositivos DAS, lo cual está habilitado por la capa de abstracción proporcionada por los controladores SCSIPort y Storport.

7.1.2 Rutas duales

A veces se necesita un mayor rendimiento y confiabilidad, incluso a costa de aumentar el costo de la solución completa. En tales casos, el servidor está conectado a discos de doble puerto a través de múltiples HBA y múltiples SAN Fibre Channel independientes. La idea principal es eliminar un único punto de falla en la red. Además, durante los momentos en que el sistema funciona normalmente, se pueden utilizar múltiples rutas para equilibrar la carga y mejorar el rendimiento.

7.2 Tipos de cables de canal de fibra

Se utilizan principalmente dos tipos de cables: ópticos y de cobre. Las principales ventajas y desventajas de los cables se enumeran a continuación.

■ Los cables de cobre son más baratos que los cables ópticos.

■ Los cables ópticos admiten velocidades de transferencia de datos más altas que los cables de cobre.

■ El cable de cobre se puede utilizar en distancias más cortas, hasta 30 metros. En este caso, el cable óptico se puede utilizar a una distancia de hasta 2 kilómetros (cable multimodo) o hasta 10 kilómetros (cable monomodo).

■ El cable de cobre es más susceptible a las interferencias electromagnéticas y a las interferencias de otros cables.

■ Los datos ópticos normalmente deben convertirse en señales eléctricas para su transmisión a través de un interruptor y nuevamente a su forma óptica para su posterior transmisión.
Sólo existe un tipo de cable de cobre, a diferencia del cable óptico, que se presenta en dos tipos: multimodo y monomodo.
Para distancias cortas se utiliza un cable multimodo, que tiene un diámetro de núcleo de 50 o 62,5 micrones (un micrón es un micrómetro, o una millonésima de metro). La onda de luz utilizada en el cable multimodo tiene una longitud de 780 nanómetros, que es no es compatible con cables monomodo. Para largas distancias, se diseña un cable monomodo con un diámetro de núcleo de 9 micrones. Un cable monomodo utiliza un haz de luz con una longitud de onda de 1300 nanómetros. A pesar del tema de este capítulo (la interfaz Fibre Channel), vale la pena mencionar que dichos cables se pueden utilizar para construir redes basadas en otras interfaces, como Gigabit Ethernet.

7.3 Conectores

Debido a que Fibre Channel admite múltiples tipos de cables (y tecnologías de medios), los dispositivos (como adaptadores de bus, dispositivos de interfaz y dispositivos de almacenamiento) vienen con conectores que admiten conexiones de medios para reducir los costos generales. Existen varios tipos de conectores diseñados para diferentes medios de transmisión e interfaces.

■ Los convertidores de interfaz Gigabit (GBIC) admiten la traducción en serie y en paralelo de los datos transmitidos. Los convertidores GBIC proporcionan capacidad de conexión en caliente, es decir Habilitar/deshabilitar GBIC no afecta el funcionamiento de otros puertos. Los convertidores utilizan una interfaz paralela de 20 bits.

■ Los módulos de enlace Gigabit (GLM) brindan una funcionalidad similar a los GBIC, pero requieren que el dispositivo esté apagado para su instalación. Por otro lado, son algo más económicos que los GBIC.

■ Los adaptadores de interfaz de medios se utilizan para convertir señales entre medios ópticos y de cobre y viceversa. Los adaptadores de interfaz de medios se utilizan normalmente en HBA, pero también se pueden utilizar en conmutadores y concentradores.

■ Los adaptadores de factor de forma pequeño (SFF) le permiten colocar más conectores de diferentes interfaces en una placa de cierto tamaño.

7.4 Dispositivos de interfaz

Los dispositivos de interconexión conectan los componentes de las redes de almacenamiento. Estos dispositivos van desde concentradores Fibre Channel de bajo costo hasta costosos conmutadores de estructura administrados de alto rendimiento.

7.4.1 Concentradores de anillo dividido Fibre Channel

Los concentradores FC-AL son una opción rentable para conectar múltiples nodos Fibre Channel (dispositivos de almacenamiento, servidores, sistemas informáticos, otros concentradores y conmutadores) en una configuración de anillo. Los concentradores suelen proporcionar entre 8 y 16 puertos. El concentrador puede admitir diferentes medios de transmisión, como cobre u óptico.
Los concentradores Fibre Channel son dispositivos pasivos, es decir. cualquier otro dispositivo en el ring no puede detectar su presencia. Los concentradores proporcionan las siguientes capacidades:

■ conexiones internas, que permiten que cualquier puerto se conecte a cualquier otro puerto;

■ la capacidad de omitir el puerto al que está conectado un dispositivo que funciona mal.
El mayor problema con los puertos es que sólo pueden admitir una conexión Fibre Channel a la vez. La figura muestra que si al puerto 1 se le da el control para establecer una sesión con el puerto 8, ningún otro puerto podrá transmitir datos hasta que finalice la sesión establecida.
Los concentradores se pueden conectar a conmutadores Fibre Channel sin modificaciones. También puedes crear una cascada de concentradores conectando dos concentradores con un cable.
Los concentradores FC-AL dominan el mercado de Fibre Channel, pero los conmutadores de estructura Fibre Channel se están volviendo cada vez más populares a medida que bajan los costos.
Los centros FC-AL son creados por empresas como Gadzoox Networks, Emulex y Brocade.

7.4.2 Conmutadores de anillo dividido de canal de fibra

La ventaja más significativa de los conmutadores FC-AL sobre los concentradores es que admiten múltiples conexiones simultáneamente, mientras que los concentradores solo admiten una conexión a la vez.

Arroz. Centro de canal de fibra

La capacidad de soportar simultáneamente múltiples conexiones conlleva sus propios desafíos. Los dispositivos conectados al interruptor de anillo ni siquiera son "conscientes" de su función. Los conmutadores de anillo participan tanto en la transmisión de datos como en el direccionamiento de anillo. A continuación encontrará más información sobre este tema, así como un vistazo a la función de los conmutadores en las SAN y cómo los proveedores están agregando nuevas funciones a sus productos.

Fig. Conmutador de canal de fibra

Conmutadores de anillo y transmisión de datos.

Un servidor que pretenda acceder a un dispositivo de almacenamiento debe enviar una solicitud de arbitraje para controlar el anillo. En un anillo FC-AL basado en concentrador normal, cada dispositivo recibe un paquete de arbitraje antes de devolverlo al servidor HBA, lo que le otorga al servidor el control del anillo. El conmutador de anillo enviará una respuesta de éxito inmediatamente sin enviar solicitudes a otros nodos. En este punto, el HBA enviará un paquete abierto básico destinado al puerto del dispositivo de almacenamiento, que será reenviado por el conmutador de anillo. Si el puerto no transmite datos en este momento, no debería haber ningún problema. De lo contrario, pueden surgir situaciones de conflicto. Para resolver este problema, el conmutador en anillo debe proporcionar búferes para almacenar temporalmente las tramas destinadas al puerto 7. Algunos proveedores de conmutadores proporcionan 32 búferes por puerto para este propósito.

Conmutadores de anillo y direccionamiento FC-AL

Los concentradores FC-AL no desempeñan ningún papel en la asignación de direcciones a los dispositivos y solo transmiten tramas de direcciones básicas alrededor del anillo. Lo mismo puede decirse de la mayoría de los conmutadores. Sin embargo, algunos dispositivos pueden insistir en recibir una dirección específica. Algunos concentradores tienen la capacidad de controlar el orden de inicialización de los puertos, lo que permite que un puerto específico se inicialice primero, después de lo cual el dispositivo se conectará al puerto requerido.

Inicialización de interruptores y anillos

El protocolo FC-AL requiere la reinicialización del anillo cuando un dispositivo se conecta, desconecta o reinicializa. Inicializar el anillo de esta manera puede interrumpir la comunicación existente entre los otros dos dispositivos. Algunos fabricantes de conmutadores ofrecen la capacidad de filtrar y reenviar selectivamente paquetes LIP (privaciones de inicialización de bucle). Esta operación tiene como objetivo minimizar los problemas, reducir el tiempo de reinicialización del anillo y preservar las sesiones de datos existentes siempre que sea posible. Al mismo tiempo, es necesario garantizar la unicidad de las direcciones de los dispositivos.
Si todos los dispositivos participan en la reinicialización del anillo, no se produce la duplicación de direcciones porque los dispositivos "protegen" sus direcciones. Sin embargo, si algunos dispositivos no participan en la reinicialización del anillo, es necesario evitar la asignación de direcciones ya asignadas a dispositivos que participan en la reinicialización del anillo. La unicidad de la dirección está garantizada por una lógica de conmutación de anillo adicional. Al agregar un dispositivo de almacenamiento, se debe enviar un paquete LIP al servidor, pero no es necesario enviar LIP a dispositivos de almacenamiento que nunca se comunican con otros dispositivos de almacenamiento.
Algunos dispositivos de almacenamiento pueden comunicarse directamente con otros dispositivos de almacenamiento, lo que se utiliza para realizar copias de seguridad de los datos.

Interruptores de anillo y arquitectura de tejido.

Si todos los dispositivos en el anillo "conocen" la arquitectura de la estructura, el conmutador de anillo transmite las tramas necesarias de la manera normal, como las tramas de inicio de sesión de la estructura. Si los dispositivos en el anillo no son compatibles con la arquitectura de la estructura, el conmutador de anillo debe hacerlo. realizar un trabajo suficientemente grande
volumen de trabajo.
Los conmutadores de anillo de algunos proveedores no admiten la conexión en cascada. Además, algunos conmutadores de anillo requieren una actualización de firmware antes de conectarse a conmutadores de estructura. Algunos conmutadores deben actualizarse para que sean totalmente compatibles con la arquitectura de estructura antes de conectarlos a la SAN.
Los conmutadores FC-AL son fabricados por empresas como Brocade, McDATA, Gadzoox Networks, Vixel y QLogic.

7.4.3 Conmutadores de canal de fibra

Los conmutadores de estructura de canal de fibra (FC-SW) proporcionan múltiples sesiones de comunicación de alta velocidad simultáneamente con todos los dispositivos. Por el momento, los conmutadores principales admiten velocidades de aproximadamente 1 Gbps, mientras que las velocidades de 2 Gbps tampoco son una maravilla. En general, los conmutadores de arquitectura de estructura son más caros por puerto que los concentradores y los conmutadores FC-AL, pero proporcionan mucha más funcionalidad.
Los conmutadores de arquitectura Fabric son más eficientes que los concentradores y los conmutadores FC-AL. Por ejemplo, los conmutadores brindan los servicios especiales descritos anteriormente, brindan control de flujo a través de paquetes de control básicos y, lo que es más importante, algunos conmutadores son capaces de emular la funcionalidad FC-AL para brindar compatibilidad con dispositivos más antiguos.
Algunos conmutadores de estructura admiten enrutamiento sin búfer. La idea es que cuando se recibe el encabezado de una trama, el conmutador encuentre rápidamente el encabezado de destino mientras aún se recibe la trama. La ventaja de este enfoque es la reducción de los retrasos en la entrega de tramas y la ausencia de la necesidad de almacenar el contenido de la trama en la memoria intermedia. La desventaja es la transmisión inmediata de todas las tramas, incluidas las dañadas.
Los conmutadores Fabric desempeñan un papel importante en la seguridad de las redes de almacenamiento Fibre Channel.

7.4.4 Comparación de tres dispositivos de conexión

La tabla resume la funcionalidad y las diferencias entre los tres tipos de dispositivos Fibre Channel.

7.4.5 Puentes y enrutadores

En este capítulo y en todo el artículo, los términos puentes y enrutadores no se refieren a los puentes Ethernet ni a los enrutadores IP tradicionales. En este caso, los puentes y enrutadores se refieren a dispositivos para Fibre Channel y no a protocolos de red de Capa 2 y Capa 3.
Los puentes son dispositivos que proporcionan interoperabilidad entre Fibre Channel y protocolos heredados como SCSI. Los puentes Fibre Channel a SCSI ayudan a preservar su inversión existente en almacenamiento SCSI. Dichos puentes admiten interfaces SCSI y Fibre Channel y convierten datos de los dos protocolos. De esta manera, un nuevo servidor con un HBA Fibre Channel instalado puede acceder a los dispositivos de almacenamiento SCSI existentes. Los puentes proporcionan una interfaz entre el bus SCSI paralelo y la interfaz Fibre Channel. Los enrutadores tienen capacidades similares, pero para múltiples buses SCSI e interfaces Fibre Channel. Los enrutadores de almacenamiento, o puentes inteligentes, brindan capacidades adicionales, como enmascaramiento y mapeo de LUN, y admiten comandos de copia extendida SCSI. Como dispositivos de transferencia de datos, los enrutadores utilizan comandos de copia extendida para que los utilicen las bibliotecas de almacenamiento, lo que permite copiar datos entre un dispositivo de destino específico y una biblioteca conectada. Esta función también se denomina copia de seguridad independiente (sin servidor).
Ejemplos de fabricantes de enrutadores y puentes incluyen Crossroads Systems, Chaparral Network Storage, Advanced Digital Information Corporation (ADIC después de adquirir Path-light) y MTI.

En el caso más sencillo, una SAN consta de sistemas de almacenamiento, conmutadores y servidores conectados mediante canales de comunicación óptica. Además de los sistemas de almacenamiento directo en disco, a la SAN se pueden conectar bibliotecas de discos, bibliotecas de cintas (streamers), dispositivos para almacenar datos en discos ópticos (CD/DVD y otros), etc.

Un ejemplo de una infraestructura altamente confiable en la que los servidores están conectados simultáneamente a una red local (izquierda) y una red de almacenamiento (derecha). Este esquema proporciona acceso a los datos ubicados en el sistema de almacenamiento en caso de falla de cualquier módulo del procesador, conmutador o ruta de acceso.

El uso de SAN le permite proporcionar:

• gestión centralizada de recursos de servidores y sistemas de almacenamiento de datos;
• conectar nuevos conjuntos de discos y servidores sin detener todo el sistema de almacenamiento;
• utilizar equipos adquiridos previamente junto con nuevos dispositivos de almacenamiento de datos;
• acceso rápido y confiable a dispositivos de almacenamiento de datos ubicados a grandes distancias de los servidores, *sin pérdidas significativas de rendimiento;
• acelerar el proceso de copia de seguridad y recuperación de datos - BURA.

Historia

El desarrollo de tecnologías de red ha llevado al surgimiento de dos soluciones de red para sistemas de almacenamiento: la red de área de almacenamiento (SAN) para el intercambio de datos a nivel de bloque respaldada por los sistemas de archivos del cliente y los servidores para almacenar datos en el almacenamiento conectado a la red (NAS). nivel de archivo. Para distinguir los sistemas de almacenamiento tradicionales de los de red, se propuso otro retrónimo: Direct Attached Storage (DAS).

Los sucesivos DAS, SAN y NAS que han aparecido en el mercado reflejan la evolución de la cadena de comunicaciones entre las aplicaciones que utilizan datos y los bytes de los medios que contienen esos datos. Érase una vez, los propios programas de aplicación leían y escribían bloques, luego aparecían los controladores como parte del sistema operativo. En los DAS, SAN y NAS modernos, la cadena consta de tres eslabones: el primer eslabón es la creación de matrices RAID, el segundo es el procesamiento de metadatos que permite interpretar datos binarios en forma de archivos y registros, y el tercero Son servicios para proporcionar datos a la aplicación. Se diferencian en dónde y cómo se implementan estos enlaces. En el caso de DAS, el sistema de almacenamiento es “básico”; sólo proporciona la capacidad de almacenar y acceder a datos, y todo lo demás se hace en el lado del servidor, empezando por las interfaces y los controladores. Con la llegada de SAN, la provisión de RAID se transfiere al lado del sistema de almacenamiento; todo lo demás sigue igual que en el caso de DAS. Pero NAS se diferencia en que los metadatos también se transfieren al sistema de almacenamiento para garantizar el acceso a los archivos; aquí el cliente sólo puede admitir servicios de datos.

La aparición de SAN fue posible después de que el protocolo Fibre Channel (FC) fuera desarrollado en 1988 y aprobado por ANSI como estándar en 1994. El término Red de Área de Almacenamiento se remonta al año 1999. Con el tiempo, FC dio paso a Ethernet y las redes IP-SAN con conexiones iSCSI se generalizaron.

La idea de un servidor de almacenamiento conectado a la red (NAS) pertenece a Brian Randall de la Universidad de Newcastle y se implementó en máquinas que ejecutaban un servidor UNIX en 1983. Esta idea tuvo tanto éxito que fue adoptada por muchas empresas, incluidas Novell, IBM y Sun, pero finalmente reemplazó a los líderes por NetApp y EMC.

En 1995, Garth Gibson desarrolló los principios de NAS y creó los sistemas de almacenamiento de objetos (OBS). Comenzó dividiendo todas las operaciones del disco en dos grupos, uno que incluía las que se realizaban con más frecuencia, como lectura y escritura, y el otro que se realizaba con menor frecuencia, como las operaciones con nombres. Luego propuso otro contenedor además de bloques y archivos, al que llamó objeto.

OBS presenta un nuevo tipo de interfaz, se llama basada en objetos. Los servicios de datos del cliente interactúan con los metadatos utilizando la API de objetos. OBS no solo almacena datos, sino que también admite RAID, almacena metadatos relacionados con objetos y admite interfaces de objetos. DAS, SAN, NAS y OBS coexisten a lo largo del tiempo, pero cada tipo de acceso se adapta más a un tipo específico de datos y aplicaciones.

Arquitectura SAN

Topología de red

SAN es una red de datos de alta velocidad diseñada para conectar servidores a dispositivos de almacenamiento. Una variedad de topologías SAN (punto a punto, bucle arbitrado y conmutación) reemplazan las conexiones de bus de servidor a almacenamiento tradicionales y brindan mayor flexibilidad, rendimiento y confiabilidad sobre ellas. El concepto SAN se basa en la capacidad de conectar cualquiera de los servidores a cualquier dispositivo de almacenamiento de datos que se ejecute mediante el protocolo Fibre Channel. El principio de interacción de nodos en una SAN con topologías punto a punto o conmutación se muestra en las figuras. En una SAN de bucle arbitrado, la transferencia de datos se produce secuencialmente de un nodo a otro. Para comenzar la transmisión de datos, el dispositivo transmisor inicia un arbitraje por el derecho a utilizar el medio de transmisión de datos (de ahí el nombre de la topología: Bucle Arbitrado).

La base de transporte de SAN es el protocolo Fibre Channel, que utiliza conexiones de dispositivos tanto de cobre como de fibra óptica.

Componentes SAN

Los componentes SAN se clasifican de la siguiente manera:

• Recursos de almacenamiento de datos;
• Dispositivos que implementan infraestructura SAN;

Adaptadores de bus host

Recursos de almacenamiento

Los recursos de almacenamiento incluyen matrices de discos, unidades de cinta y bibliotecas Fibre Channel. Los recursos de almacenamiento realizan muchas de sus capacidades sólo cuando se incluyen en la SAN. Por lo tanto, las matrices de discos de alta gama pueden replicar datos entre matrices a través de redes Fibre Channel, y las bibliotecas de cintas pueden transferir datos a cinta directamente desde matrices de discos con una interfaz Fibre Channel, sin pasar por la red y los servidores (copia de seguridad sin servidor). Los más populares en el mercado son las matrices de discos de EMC, Hitachi, IBM, Compaq (familia Storage Works, que Compaq heredó de Digital), y entre los fabricantes de bibliotecas de cintas cabe mencionar StorageTek, Quantum/ATL e IBM.

Dispositivos que implementan infraestructura SAN

Los dispositivos que implementan la infraestructura SAN son conmutadores de canal de fibra (conmutadores FC), concentradores (concentrador de canal de fibra) y enrutadores (los enrutadores SCSI de canal de fibra se utilizan para combinar dispositivos que funcionan en modo de bucle arbitrado de canal de fibra (FC_AL). El uso de concentradores le permite conectar y desconectar dispositivos en un bucle sin detener el sistema, ya que el concentrador cierra automáticamente el bucle si se desconecta un dispositivo y abre automáticamente el bucle si se conecta un nuevo dispositivo. Cada cambio de bucle va acompañado de un complejo proceso de inicialización. El proceso de inicialización consta de varias etapas y, hasta que se completa, el intercambio de datos en el bucle es imposible.

Todas las SAN modernas se basan en conmutadores que permiten una conexión de red completa. Los conmutadores no solo pueden conectar dispositivos Fibre Channel, sino también limitar el acceso entre dispositivos, para lo cual se crean las llamadas zonas en los conmutadores. Los dispositivos colocados en diferentes zonas no pueden comunicarse entre sí. La cantidad de puertos en una SAN se puede aumentar conectando conmutadores entre sí. Un grupo de conmutadores interconectados se denomina Fibre Channel Fabric o simplemente Fabric. Las conexiones entre conmutadores se denominan Interswitch Links o ISL para abreviar.

Software

El software le permite implementar redundancia de rutas de acceso al servidor a matrices de discos y distribución dinámica de carga entre rutas. Para la mayoría de las matrices de discos, existe una forma sencilla de determinar que los puertos a los que se puede acceder a través de diferentes controladores pertenecen al mismo disco. El software especializado mantiene una tabla de rutas de acceso a los dispositivos y garantiza que las rutas se desconecten en caso de un desastre, conectando dinámicamente nuevas rutas y distribuyendo la carga entre ellas. Como regla general, los fabricantes de matrices de discos ofrecen software especializado de este tipo para sus matrices. VERITAS Software produce el software VERITAS Volume Manager, diseñado para organizar volúmenes de discos lógicos a partir de discos físicos y proporcionar redundancia de rutas de acceso a los discos, así como distribución de carga entre ellos para la mayoría de las matrices de discos conocidas.

Protocolos utilizados

Los protocolos de bajo nivel se utilizan en redes de almacenamiento:

• Protocolo de canal de fibra (FCP), transporte SCSI a través de Fibre Channel. El protocolo más utilizado en este momento. Disponible en opciones de 1 Gbit/s, 2 Gbit/s, 4 Gbit/s, 8 Gbit/s y 10 Gbit/s.
• iSCSI, transporte SCSI sobre TCP/IP.
• Transporte FCoE, FCP/SCSI a través de Ethernet puro.
• FCIP e iFCP, encapsulación y transmisión de FCP/SCSI en paquetes IP.
• HyperSCSI, transporte SCSI a través de Ethernet.
• Transporte FICON a través de Fibre Channel (utilizado solo por mainframes).
• ATA sobre Ethernet, transporte ATA sobre Ethernet.
• Transporte SCSI y/o TCP/IP sobre InfiniBand (IB).

Ventajas

• Alta confiabilidad de acceso a los datos ubicados en sistemas de almacenamiento externos. Independencia de la topología SAN de los sistemas de almacenamiento y servidores utilizados.
• Almacenamiento de datos centralizado (fiabilidad, seguridad).
• Cómoda conmutación centralizada y gestión de datos.
• Mover tráfico pesado de E/S a una red separada: descargar la LAN.
• Alto rendimiento y baja latencia.
• Escalabilidad y flexibilidad del tejido lógico SAN
• El tamaño geográfico de una SAN, a diferencia del DAS clásico, es prácticamente ilimitado.
• La capacidad de distribuir rápidamente recursos entre servidores.
• La capacidad de crear soluciones de clúster tolerantes a fallas sin costos adicionales basadas en una SAN existente.
• Un esquema de copia de seguridad simple: todos los datos están en un solo lugar.
• Disponibilidad de funciones y servicios adicionales (instantáneas, replicación remota).
• Alto grado de seguridad SAN.

Compartir sistemas de almacenamiento generalmente simplifica la administración y agrega bastante flexibilidad, ya que no es necesario transportar ni reconectar físicamente los cables y las matrices de discos de un servidor a otro.

Otra ventaja es la capacidad de iniciar servidores directamente desde la red de almacenamiento. Con esta configuración, puede reemplazar rápida y fácilmente un defectuoso