Sistemas de almacenamiento en red

De Departamento de Informatica
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Los Sistemas de Almacenamiento en Red son SAN, DAS y NAS. En este tópico solo se verá a fondo como funciona SAN.

Contenido

Red de Área de Almacenamiento (SAN – Storage Area Network)

Motivación

Vivimos en tiempos donde la internet es parte fundamental de nuestro quehacer, tenemos guardada información relevante , fotos, videos, entre otras cosas y con el rápido desarrollo de la internet se ha dado la tendencia de tener disponibilidad de la informacion las 24 horas. Ademas de un respaldo en caso de desastres de cualquier naturaleza. Por ejemplo, aplicaciones que necesitan informaciones 24/7 son las siguientes:

  • Transacciones y negocios en línea, tales como Amazon, Mercado Libre, entre otras.
  • Transacciones E-commerce (B2B B2C).
  • Sistemas de Data WareHouse y Minería de Datos.
  • Aplicaciones multimedia, tales como YouTube, Facebook, etc.
  • Descargas de Internet, tales como Softonic.

Como nos podemos dar cuenta, cada vez se van necesitando más y más almacenamiento, para un contenido que sigue en aumento, es por eso que es importante la calidad y el coste que conlleva guardar tanta informacion.

Los siguientes son algunos de los más importantes factores contribuyentes a la necesidad de una mejor infraestructura de almacenamiento:

  • Limitada escalabilidad soportada por dispositivos Small Computer System Interface (SCSI) .
  • Incapacidad de mantener grandes anchos de banda de entrada y salida.
  • Alto costo de redes distribuidas
  • Inconsistencias resultantes de accesos simultáneos a los datos por múltiples clientes.
  • Excesivo tráfico de datos en la red por backups y recuperaciones de datos.
  • Incremento de costos financieros.


Definición

Una red de área de almacenamiento, en inglés SAN (Storage Area Network), es una red dedicada para conectar servidores, arreglos de discos y equipos de respaldo. Principalmente, está basada en tecnología Fibre Channel (canal de fibra) y más recientemente en iSCSI. La red de canal de fibra óptica es muy rápida y no presenta problemas por tráfico de la red LAN, el problema es que es demasiado cara, en cambio, iSCSI es una nueva tecnología que envía comandos SCSI sobre una red TCP / IP, es más barata y bastante utilizada para ahorrar dinero, ya que utiliza un harware de red menos costoso.

Una red SAN es utilizada para transportar datos entre servidores y sistemas de almacenamiento. La tecnología SAN permite conectividad de alta velocidad, de servidor a almacenamiento, almacenamiento a almacenamiento, o servidor a servidor, etc.

En una SAN, un dispositivo de almacenamiento no necesariamente es propiedad exclusiva de algún servidor. Muchas veces, los dispositivos son compartidos por muchos servidores en red como recursos peer-to-peer.

Su función principal es la de conectar de manera rápida, segura y fiable los distintos elementos que la conforman.


Estructura Básica de una SAN

Las SAN proveen conectividad de E/S a través de las computadoras host y los dispositivos de almacenamiento, asi combinando los beneficios de tecnologías del canal de fibra y de las arquitecturas de redes brindando así una conexión más segura, flexible y sofisticada que supera las limitaciones de DAS(antecesor de SAN) empleando la misma interfaz lógica SCSI para acceder al almacenamiento.

Estructura Básica de una SAN

Su estructura se componen de tres capas:

  • Capa Host: Esta capa consiste principalmente en servidores, dispositivos ó componentes como HBA(adaptador de bus del host), GBIC, GLM y software (sistemas operativos).
  • Capa Fibra: Esta capa esta formada por los cables (canal de fibra optica) así como los SAN Hubs (concentradores) y los SAN switches(conmutadores) como punto central de conexión para la SAN.
  • Capa almacenamiento: Esta capa la componen las formaciones de discos como los disk arrays, memoria caché y RAIDs y cintas empleados para almacenar datos (libreria de cintas)

Ademas como decíamos la red puede estar basada en dos tipos:

  • Red Fibre Channel: Tambien llamada la red de canal de fibra óptica, es capaz de transportar los protocolos SCSI, IP, IPI (Intelligent Peripheral Interface), HIPPI (High Performance Parallel Interface), los protocolos IEEE 802 e incluso ATM.
  • Red IP: Emplea la infraestructura del estándar LAN con concentradores(hubs) y/o concentradores(switches) Ethernet interconectados. Una SAN IP emplea iSCSI para transporte.


Principales Características

  • Rendimiento

Como SAN es una extension de DAS, le permite acceso concurrente por dos o más servidores lo que proporciona un mejor rendimiento, que sus versiones anteriores.

  • Disponibilidad

Parte de las ventajas de las SAN es que al tener mayor conectividad, permiten que los servidores y dispositivos de almacenamiento se conecten más de una vez a la SAN, de esta forma, se pueden tener rutas redundantes que a su vez incrementaran la tolerancia a fallos.

Libreria de Cintas
  • Latencia

Una de las diferencias y principales características de las SAN es que son construidas para minimizar el tiempo de respuesta del medio de transmisión.

  • Componentes

Los componentes primarios de una SAN son: switches, directores, HBAs, Servidores, Ruteadores, Gateways, Matrices de discos y Librerías de cintas, que son los que permiten a la SAN comunicarse con las diferentes capas.

  • Topologia

Cada topología provee distintas capacidades y beneficios, las topología de SAN son la cascada (cascade), anillo (ring), malla (meshed) y el Núcleo/borde (core/edge).

  • ISL

Que significa Inter Switch Link, enlace entre conmutadores - Actualmente las conexiones entre los switches de SAN se hacen mediante puertos tipo "E" y pueden agruparse para formar una troncal que permita mayor flujo de información y tolerancia a fallos.

  • Seguridad

La seguridad en las SAN siempre ha sido un tema relevante ya que se maneja mucha información valiosa, desde su creación se notó la posibilidad de que un sistema accediera a un dispositivo que no le correspondiera o interfiriera con el flujo de información, es por ello que se ha implementado la tecnología de zonificación, que consiste en que un grupo de elementos se aíslen del resto para evitar estos problemas de interferencias, la zonificación puede llevarse a cabo por hardware, software o ambas, siendo capaz de agrupar por puerto o por WWN (World Wide Name), una técnica adicional se implementa a nivel del dispositivo de almacenamiento que es la Presentación, consiste en hacer que una LUN (Logical Unit Number) sea accesible sólo por una lista predefinida de servidores o nodos (que se implementa con los WWN).

  • Velocidad

Cuando se trabaja con la Fibra Optica es bastante rapida, pero el rendimiento de cualquier sistema de computo dependerá de la velocidad de sus subsistemas, es por ello que las SAN han incrementado su velocidad de transferencia de información, desde 1 [Gbit/s], hasta actualmente 2 y 4 [Gbit/s].

  • Distancia

Las SAN al ser construidas con fibra óptica heredan los beneficios de ésta, por ejemplo, las SAN pueden tener dispositivos con una separación de hasta 10 [Km] sin repetidores.

Tejido Conmutado (Switched Fabric)
  • Conectividad

Permite que múltiples servidores sean conectados al mismo grupo de discos o librerías de cintas, permitiendo que la utilización de los sistemas de almacenamiento y los respaldos sean óptimos, y rapidos.

  • Arquitectura

Los channel actuales funcionan bajo dos arquitecturas básicas, FC-AL (Fibre Channel Arbitrated Loop) y Switched Fabric (Tejido Conmutado), ambos esquemas pueden convivir y ampliar las posibilidades de las SAN. La arquitectura FC-AL puede conectar hasta 127 dispositivos, mientras que la del tejido conmutado hasta 16 millones teóricamente.


Aplicaciones de una SAN.

La SAN permite la transferencia de datos entre sistemas de almacenamiento sin intervención directa de los servidores, entre las numerosas aplicaciones algunas de ellas son:

  • Gestión Centralizada

Una SAN permite agrupar los dispositivos de almacenamiento formando elementos especializados y separados de los servidores. Ya no necesitamos una tarjeta RAID y varios discos para cada servidor, con una cabina de discos y varios servidores en una SAN optimizamos la gestión del almacenamiento. La interconexión de todo el almacenamiento dentro de la misma infraestructura de red permite la utilización de las técnicas de gestión globales propias de las redes en una SAN.

  • Compartimiento de Datos

Como vimos en el punto anterior obtenemos el beneficio de una mejora en la utilización de los dispositivos de almacenamiento, pero seguimos teniendo un modelo en el que cada volumen de almacenamiento es asignado a un solo servidor. Tanto el protocolo SCSI como el software de sistema operativo está adaptado para estos casos, todavía no contemplan la situación en que un conjunto de servidores compartan simultáneamente un mismo volumen.

  • Protección de Datos

La oportunidad de conectar unidades de cintas magnéticas a una SAN abre la posibilidad de descargar la red de datos del tráfico de copias, incluso si los elementos de la red tienen la funcionalidad adecuada se pueden realizar las copias de disco a cinta sin pasar por el servidor. Es por eso que se han desarrollado nuevas técnicas de protección de datos que pueden implementarse en una SAN como el mirroring entre dos volúmenes remotos, snapshots de volúmenes como paso intermedio para un volcado a cinta, etc.

  • Alta Disponibilidad

Una SAN permite que varios servidores tengan acceso al mismo volumen de datos por uno o varios caminos dependiendo de la topología y configuración que utilicen. Es el escenario adecuado para los entornos críticos y para la implementación de clusters de servidores.

  • Continuidad de Negocio

Una SAN puede extenderse a largas distancias, incluso su tráfico puede ser encaminado a través de otras redes de grandes áreas. Esto permite soluciones de recuperación ante desastres, lo que lo hace bastante útil.

Comparación entre SAN, DAS y NAS

Comparativas

SAN es considerada una extensión de DAS (Direct Attached Storage), que viene siendo el método más sencillo de almacenamiento que consiste en conectar el dispositivo de almacenamiento directamente al servidor o estación de trabajo, la diferencia es que SAN lo hace con muchos servidores de almacenamiento. La principal diferencia radica que en DAS, el almacenamiento es local al sistema de ficheros, mientras que en SAN, el almacenamiento es remoto.

Mientras que NAS (Network-attached storage) es totalmente opuesto, ya el sistema de discos que se conecta a la red como cualquier otro dispositivo y se le asigna una dirección IP como un miembro más de la red y lo hace de manera remota mediante protocolos CIFS y Network File System (NFS).


Ventajas

  • El rendimiento de la SAN está directamente relacionado con el tipo de red que se utiliza. En el caso de una red de Canal de Fibra, el ancho de banda es de aproximadamente 100 [MB/s] y se puede extender aumentando la cantidad de conexiones de acceso.
  • La capacidad de una SAN se puede extender de manera casi ilimitada y puede alcanzar cientos y hasta miles de terabytes.
  • Una SAN permite compartir datos entre varios equipos de la red sin afectar el rendimiento, porque el tráfico de SAN está totalmente separado del tráfico de usuario. Son los servidores de aplicaciones que funcionan como una interfaz entre la red de datos (generalmente un canal de fibra) y la red de usuario (por lo general por Ethernet).
  • Una ventaja primordial de la SAN es su compatibilidad con los dispositivos SCSI ya existentes, aprovechando las inversiones ya realizadas y permitiendo el crecimiento a partir del hardware ya existente. Mediante el empleo de dispositivos modulares como hubs, switches, bridges y routers, se pueden crear topologías totalmente flexibles y escalables, asegurando la inversión desde el primer día y, lo que es más importante, aprovechando dispositivos SCSI de costo considerable como subsistemas RAID SCSI a SCSI, librerías de cintas o torres de CD-ROM, ya que a través de un bridge Fibre Channel a SCSI podemos conectarlos directamente a la SAN. Puesto que están en su propia red, son accesibles por todos los usuarios de manera inmediata.


Desventajas

  • Una SAN es mucho más costosa que una NAS ya que la primera es una arquitectura completa que utiliza una tecnología que todavía es muy cara (debido a la Fibra óptica). Normalmente, cuando una compañía estima el TCO (que es una especie de costo total de propiedad) con respecto al coste por [byte], el precio puede ser razonable en algunos sentidos.

Referencias

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