30-05-2009 preparatic xviii charla preparatoria oposición tic 2009 redes de almacenamiento y...

30-05-2009 Preparatic XVIII

Charla preparatoria oposición TIC 2009

Redes de Almacenamiento

y Tecnologías de Backup

Juan Francisco Ramos – Miembro de Preparatic XVIII


Evolución del almacenamiento - SCSI

• Primera revolución: Estándar SCSI (años 80)

• Interfaz mucho más evolucionada que IDE/ATA (rendimiento,

fiabilidad, mayor número de dispositivos).

• Evolucionó fundamentalmente como conexión de almacenamiento

en servidores: DAS (Direct Attached Storage)

• Evolución constante de la velocidad, fiabilidad y número de

dispositivos en bus.


Evolución SCSIEstándar Tipo Bus Señal Velocidad Dispositivos Distancia

SCSI I SCSI I NSE

HVD5MB/s 8 6 – 25m

SCSI 2

Wide W SE HVD 10MB/s 16 6 – 25m

Fast-Wide N SE HVD 10MB/s 8 3 – 25m

Fast-Wide W SE HVD 20MBs 16 6 – 25m

SCSI 3

Ultra NSE

HVD20MBs 4 – 8 6 – 25m

Wide-Ultra WSE

HVD40MB/s 4 – 16 3 – 25m

Ultra2 NSE

HVD LVD40 2 – 8 25m

Wide – Ultra2 W LVD 80MB/s 2 – 16 12 – 25

Ultra3/Ultra160 W LVD 160MB/s 2 – 16 12 – 25

Ultra320 W LVD 320MB/s 2 – 16 12 – 25


SCSI

• Problemas SCSI:

– Transmisiones problemáticas (ruido en el bus)

– Problemas de distancia

– No se pueden compartir dispositivos

– SCSI se ve como tecnología “local”


SAN

• Cambio de Concepto: Storage Área Network

• Almacenamiento visto como recurso en “red”

• Conceptos similares a la red de comunicaciones

• Flexibilidad (distancia, número de dispositivos,

arquitectura, seguridad, fiabilidad).


SAN• Fibre Channel vs Fiber Channel:

– Fibre Channel: conjunto de estándares de comunicaciones,

diseñado especialmente para la conexión de dispositivos de

almacenamiento. Estandarizado por el T11 Technical Comitte

del INCITS (InterNational Committee for Information

Technology Standards) perteneciente a ANSI

– Fibre Channel: Medio físico de transmisión (cable de fibra

óptica)

– Fibre Channel Protocol (FCP): protocolo de transporte que

encapsula comandos SCSI

• Tamaño de Trama: 2148 bytes (cabecera: 28 bytes)


SAN

•Fibra multimodo o monomodo

•Multimodo: long. De onda menores. Núcleo de 50 o 62,5 micras (90m)

•Monomodo: grandes distancias (10KM). Núcleo de 9 micras.


SAN – Topología loop• Inicialmente, los dispositivos que implementaban el protocolo lo hacían

formando un lazo (HUB).


SAN – Topología loop• Cada dispositivo en el loop tenía un identificador de 8 bits (AL_PA) aunque sólo

126 se pueden direccionar realmente


SAN – Topología loop

• Problemas del HUB: TODOS!!!

– Comparten ancho banda

– Todas las tramas han de ser leídas por todos los dispositivos

– Problemas de ruido en el bus!!

– SOLUCIÓN: Red Conmutada --- modo FABRIC


SAN – Topología Fabric

• Switches de fibra: concepto similar a las redes de comunicaciones.

• Envío de tramas exclusivamente entre los dispositivos involucrados

en la comunicación

• Nuevo direccionamiento de 24 bits por dispositivo (FCID)


SAN - Topología Fabric

• Esquema de direccionamiento FABRIC:

Loop Public Loop Fabric

00 00 PP LL LL PP LL LL 00


SAN - Fabric


SAN - WWN

• WWN: identificador hardware de 64 bits estandarizado por la IEEE

http://standards.ieee.org/regauth/oui/index.hml

• WWN equivale a la MAC en el mundo de las comunicaciones

• FCID equivale a la dirección IP











SAN - Zoning

Si conecto un host a un fabric.......¿Qué veo?:

• Todo o nada, depende de la configuración por defecto

• La asignación de recursos a los host se realiza mediante el

ZONING.


SAN - ZoningZONING:

• Zona: listado de dispositivos (host, arrays, librerías...) que tienen la

comunicación entre ellos permitida.

• Habitualmente un host y sus dispositivos (arrays y librerías)

• Se pueden crear zonas por puerto o por WWN.

• Ventajas del zoning: Eliminación de errores por accesos indebidos,

aislamiento de entornos, facilidad de administración etc..


SAN – Servicios FabricServicios ofrecidos por el fabric:

– Flogin: después de levantar el link físico, el dispositivo se une al fabric mediante un Flogin. Recibe el FCID.

– Name Server: Responsable del directorio de información de los dispositivos conectados al switch.

– Routing: Protocolo FSPF (similar a OSPF). – Zoning: Asignación de los recursos de almacenamiento a los

host.– SCN: comunicación interna del switch para actualizar el estado

de los puertos– SCR: El nodo se registra para recibir actualizaciones sobre el

estado del fabric– RSCN: Usado por el host o el switch para comunicar cambios.


SAN

ISL: Inter Switch Connection


Cabinas de discos • Ofrecen LUN’s (logical Unique Number) a los hosts.

• Desde 8 -10 discos hasta 2000 discos en un solo array (EMC DMX, HP XP,

IBM Shark etc...)

• Disponen de varios puertos de fibra que se conectan al fabric.

• Cada puerto, ofrece almacenamiento a los host:

– LUN Mapping: asignar determinadas LUN’s a determinados puertos

– LUN Masking: asignar privilegios de acceso a la LUN a determinados

WWN de hosts.

– Con la configuración de zoning permites al host contactar con el puerto

del array. Con el lun masking permites al host acceder a la LUN.


• RAID level para protección de la información : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 10

• Disco de hot spare: Disco sin utilizar reservado para reconstruir la

redundancia en caso de fallo de otro disco

• Redundancia en controladoras

Cabinas de discos - Fiabilidad


Cabinas de discos – Nuevas tecnologías

• Diferentes discos: FC, SAS, FATA, SATA, SSD (extremadamente

rápidos: tiempos de acceso de microsegundos!!)

• NAS

• iSCSI

• Thin provisioning

• Jerarquía en el almacenamiento

• Puertos de replicación


Cabinas de discos - NAS

• Se almacenamiento utilizando la red de comunicaciones

• Los host acceden a los discos con protocolos como NFS

o CIFS

• Ventajas: infraestructura más barata al suprimir HBA’s,

puertos de fibra, cables etc..

• Inconvenientes:

– NFS, CIFS no están optimizados para rendimiento.

– Todas las implicaciones del tráfico de red ethernet.


iSCSI

• Internet Small Computer System Interface RFC 3720 de IEEE.

• Se ofrecen discos por la LAN

• Se mapean como discos locales, no importados por medio de NFS,

CIFS

• Se accede a ellos por las tarjetas Ethernet

• Las tarjetas Ethernet ha de soportar acceso iSCSI (drivers

especiales).

• Tecnología poco utilizada (menor éxito del esperado)


iSCSI• Se necesita un iniciador y un target


Cabinas de discos – Thin provisioning

• Consiste en darle al host un disco de un tamaño que realmente es

de otro menor.

• Necesita ser soportado por el sistema de ficheros, aplicación etc..

• Surge como necesidad de una gestión más racional del

almacenamiento

• Exige mayor nivel de administración

• La reducción de costes depende de cada organización.


Cabinas de discos – Jerarquización

• En una organización grande, la administración de numerosas

cabinas de discos puede ser costosa.

• No todos los host tienen las mismas necesidades de rendimiento,

disponibilidad etc...

• SOLUCIÓN: Jerarquización + virtualización + movimiento online =

(Information Lifecycle ManagementI)


Cabinas de discos – Jerarquización

• A una cabina de gama alta, se le conectan cabinas de cualquier

gama (alta, media y baja)

• La cabina principal, permite controlar todas las cabinas conectadas.

• Pasamos al concepto de ofrecimiento de discos en función de la

necesidad sin conocer su origen.


FCCHIP

CHIP

External StorageHosts

FCCHIP

CHIP

LUN

MSA1500

MSA1000

HP XP

SAN

IBM

EMC

HDS

HP EVA

XP Disk Array

Ejemplo: Cabina principal HP XP 24000


Cabinas de discos – Movimiento en caliente de datos

• Racionalización del uso del almacenamiento

• En función de una política definida por el administrador (número de

accesos, IO’s, antigüedad de acceso...), la cabina migra los datos de

manera transparente de unos discos a otros.

• Dos modos de ejecución:

– Por software: appliance conectado a la SAN que maneja y gestiona el

almacenamiento y su uso

– La propia cabina de discos ofrece esta funcionalidad, gestionando las

distintas tecnologías conectadas a él (discos SATA, FC, cabinas nivel

medio/bajo etc..)


Cabinas de discos - Replicación• Múltiples objetivos: cluster con nodos remotos, backup, recuperación de desastres etc...

• Dos modos: replicación síncrona y replicación asíncronaproduction site replication site

replicationengine

06:20

DWDM/FCIP

SAN

SAN SAN

SAN


Cabinas de disco – Replicación

• Tres tecnologías básicas: fcip, WDM y SONET


Cabinas de discos – Replicación síncrona/asíncrona

• Síncrona: 100 - 300km Depende de la tolerancia de la

aplicación, latencia de la comunicación etc...

• Asíncrona: depende de la tolerancia a riesgos. Distancia

dependiente de la tecnología.


Replicación - fcip

• SAN extendida a través de una red ip. Se encapsulan las tramas

FCP en paquetes IP.

• Se necesita un gateway FCIP en cada extremo.

• Permite grandes distancias – Replicación asíncrona

• Parámetros a tener en cuenta: ancho de banda, latencia y jitter.

Asegurar QoS!!!, creación de túneles etc...


Replicación fcip

Ejemplo real:


Replicación fcip

• Ejemplo de un proveedor:


Replicación WDM (Wavelength Division Multiplexing)

• Tecnología óptica usada para añadir capacidad de

transmisión sobre una fibra óptica.

• Transmite distintas señales ópticas a diferentes

longitudes de onda.

• Una fibra física se virtualiza en varias fibras lógicas.


• La ventana espectral suele estar centrada en 1300nm o 1550nm y tiene una anchura de 30nm.

• Dense WDM (DWDM) separación de menos de 1nm entre long. onda adyacentes. Más de 1nm: Coarse WDM

• Ventaja: cada longitud de onda tiene un ancho de banda asegurado (canales independientes)

• Capaz de transportar diferentes protocolos: FCP, IP, ATM

• Tipos:– Pasivos: no atenúan ni amplifican la señal que reciben. Simplemente envían.

– Activos con respecto a la amplificación: Atenúan o amplifican la señal

– Activos con respecto al protocolo: TDM para permitir varias señales FC sobre una misma longitud de onda. No muy habituales y caros.

Replicación WDM


Replicación

• Si tengo que replicar, que tecnología uso?

– FCIP

• Largas distancias (control de flujo a cargo de TCP)

• Más barato

• Problemas de latencias.

– WDM

• Menores distancias (3000 km). En la práctica, cientos de km.

• Control de flujo por buffers (más restringido que TCP)

• Menos problemas de latencias, ancho de banda, QoS

• Más caro.


Tecnologías de BACKUP

• Elementos básicos:

– SAN

– Librerías de backup: Copian/leen los datos.

– Software de backup: controla todas las operaciones.


Librerías de backup• Cabinas con dos elementos:

– Drives [1 - >1000]

– Cartuchos [1 - >20-000]

– Picker (robot) [Uno y sólo uno!!!]

Sun Proprietary

Each Rail is an LSM

0

1

2

3

1

2

3

4

Software numbering ( LSM 0 – 3 )

Hardware numbering ( Rail 1 – 4 )


Elementos de una librería

– Drives: Son los dispositivos que realizan el proceso de

grabación y lectura de datos (backup y restore).

• LTO: Linear Tape Open (Standard abierto)

• DLT: Digital Linear Tape (propietario)

Tecnología Velocidad Capacidad

LTO 4 160MB/s 1,6TB/800GB

SDLT II 72/36 MB/s 600/300 Gb


Elementos de una librería

• Robot o picker:

– Básicamente, es un brazo robótica que recibe órdenes del tipo:

“mete la cinta 10 en el drive 5”).

– Uno y sólo uno por librería (exceptuando las librerías ACSLS)

• Cintas o cartuchos:

– Cintas magnéticas donde se almacenan los datos


Software de backup

• Gestión integral del entorno de backup.

• Software Propietario: HP Data Protector, EMC Networker, Symantec Netbackup,

Commvault.....

• Muchos proveedores y múltiples arquitecturas. Elementos comunes:

– Servidor principal:

– Agente dispositivo

– Agente cliente

– Integración con aplicaciones (Exchange, SQL, SAP, Oracle, Informix, Lotus

Domino...)

– Más....


Software de Backup

• Servidor principal

– Lleva la bbdd con toda la información (backups, versiones,

retención de datos, medias, dispositivos..)

– Coordina la operación del resto de agentes

– Es el “cerebro” de la infraestructura


Software de backup• Agente de dispositivo

– Se instala en los servidores que vean algún dispositivo (picker o

drive)

– Responsable del manejo del robot y los drives (escribir o leer

datos del drive)

– Acceso al picker: para manejar los cartuchos: intruduce/retira los

cartuchos de los drives.

– Acceso al drive: ordenes de leer/escribir/rebobinar/avanzar..


Software de backup

• Agente de cliente

– Se instala en los servidores cuyos datos queremos proteger.

– Responsable del manejo del manejo de los datos a proteger

– Envía/recibe datos al agente de dispositivo (backup/restore)


• Integraciones con aplicaciones

– Todos los fabricantes soportan multitud de aplicaciones

– Se integran con la herramienta propietaria para gestionar el

backup dentro de la aplicación (rman, brtools...)

– Ponen la bbdd en modo backup y llevan los datos a cinta

(backup en caliente).

Software de backup


Software de backup

• Backup por red o por SAN

– Lo habitual es tener sólo unos pocos agentes de dispositivo en

el entorno. Todos los clientes envían los datos por red al agente

de dispositivo y este los escribe en los drives (solución más

barata)

– Hay clientes que necesitan más rendimiento en backup/restore

que el proporcionado por la red. Estos clientes, llevan también el

agente de dispositivo y realizan el backup por la SAN.


LAN

LAN

Servidor Principal-En cluster-Maneja el picker

Flujo de datos de backup por red

Librería

Discos

ISL

Servidores de dispositivo- 1 o más servidores -Maneja los drives-Un drive puede ser compartido

Servidor crítico- Agente cliente - Agente dispositivo-Agente de aplicación


Software de backup• Tipos de backup

– Full backup: backup de TODO– Incremental: backup de todo lo nuevo después del último backup (full o

incX)– Incremental [1...9]: hace backup de lo nuevo desde el último backup inc

[n-1]. No tienen en cuenta el inc.


VTL (Virtual Tape Library)• Cabina de discos (usualmente SATA), con un software que la presenta

como una librería

• En vez de lun’s, presenta drives y picker

• Más rápido que una librería física (??)

• Habitualmente se vuelca el contenido a librería física (horario de menos

carga de backups.

• Replicación como cabinas normales para efectuar vaulting o volcar a

librería física.

• Deduplicación: Examina los bloques de datos, calcula el hash y los que

coinciden, no los almacena por segunda vez. Ahorro en almacenamiento!


Snapshot y backups de tercera copia

• Hay servidores que, por su criticidad, no pueden dedicar recursos al backup

– Backup de tercera copia: copia física del disco en producción,

montaje en un tercer servidor y backup.

– Snapshot: realizada en segundos, utiliza punteros para

direccionar los cambios.


Snapshots y backup de tercera copia

Servidor crítico Servidor secundario


NDMP (Network Data Management Protocol)

• Diseñado para hacer backups de un NAS

– Backup de la unidad de red es muy lento

– NDMP: se conecta al NAS una librería física. Es software de

backup maneja el backup del NAS usando el protocolo NDMP.

El backup se realiza por la SAN. Ciertas limitaciones con

respecto a un backup normal (full, inc, inc1...y alguna más

dependiendo del proveedor).


NDMPLAN

LAN

Servidor Principal-En cluster-Maneja el picker

Acceso a discos: NFS, CIFS

Librería

NAS

ISL

Servidor UNIX

Servidor Windows

ndmp


Anexo: fabricantes y preciosProducto Fabricant

eG.Alta G.Media G.Baja

Switch Brocade, CISCO

200K – 500K 90K – 150K 20K – 70K

Cabinas Multivendor 500K – 2000K 100K – 400K 40K – 100K

VTL Multivedor 300K – 600K 300K – 600K 300K – 600K

Disco FC Multivendor 20€$/GB 12$/GB -

Disco SATA Multivendor - - 7$/GB

Librería StorageTek –

Multivendor

400K – 20.000K

300K 30K


Charla preparatoria oposición TIC 2009

Muchas gracias y

buena suerte!!!

[email protected]

30-05-2009 preparatic xviii charla preparatoria oposición tic 2009 redes de almacenamiento y...

Documents