IP Storage Area Networks

Rubens Altimarirubens@altimari.com.br

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HDDDesde 1980

densidade: + 7 ordens de grandezapreço: - 5 ordens de grandezapreço de storage systems: - 2.5 ordensmais barato que papel e filme, menos que fita

Lei de Moore:número de transistores duplica a cada 1.5 anodensidade de HDD dobra a cada 1 ano

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Histórico1960: controle direto pela CPU1964: controlador

independente da CPUassíncronobuffer / cache

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RAID1990: RAID

Redundant Array of Inexpensive DisksRAID-0: striping (sem redundância)RAID-1: espelhamento (c/ ou s/ duplexação)RAID-5: striping + paritypoint-in-time copy (virtual ou real)mirroring/continuous copy (síncrono/assíncrono)

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IP IP IP IP

Application

DBMS / FS

Device Driver

Application

DBMS / FS

Device Driver

Stor.Control.

RAID Control.

Stor.Control.

RAID Control.

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BackupFita MagnéticaLAN-based: HDD <-> HDDIncrementalFile-DifferentialSAN

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Network-Attached Storage (NAS)

PCs: Client / ServerLANs: Novell NetWare (PCs), NFS (Unix)Ethernet + TCP/IP: padrãoSCSI (Small Computer System Interface)

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IP IP IP IP

Application

FS Client

Application

DBMS / FS

FS Server

Device Driver

Stor.Control.

RAID Control.

Application

FS Client

LAN LAN

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SCSIPadronização

definição claraprotocolo modular e em camadasqueuing, overlapping

Implementação: Paralelalimita número de dispositivoslimita distânciagerenciamento por hostdificulta compartilhamento

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Storage Area Networks (SAN)

CaracterísticasHardware separadoRede separada

Característicassegurançaperformanceescalabilidadegerenciamento (independente)distânciaaproveitamento de recursos

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IP IP IP IP

Application

DBMS / FS

Stor.Control.

RAID Control.

SAN SAN

Application

DBMS / FS

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Requisitos SANAlta largura de bandaInfra-estrutura escalável(distância, número de nós)

Confiável: dados em ordemSegura contra ameaçasGerenciamento: rede e storageAlta performance ponto a ponto

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Implementações non-IPFibra Ótica, SSA, HIPPIFibra

2 Gbps, baixa latência, alta vazãoFCP: SCSI para fibra

Vantagens:frame-basedcredit-based congestion controlzero-copy send/receive

Desvantagens:< 100kmnão seguronova estrutura físicainteroperabilidade entre fabricantes

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IP SANsTCP/IP + EthernetGigabit, 10-GigabitEscalabilidadeSegurançaProtocolo “maleável”

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IP IP

IP SAN IP SAN

Application

DBMS / FS

Stor.Control.

RAID Control.

Application

DBMS / FS

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TCP/IPApplication

FTP SMTP iSCSI SNMP DHCP

Transport TCP UDP

Network IP

Data-LinkPhysical

Ethernet SONET

FDDI

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Vantagens / DesvantagensVantagens

anos de refinamentoconfiabilidade

Desvantagenschecksum fraconão tem remote DMA

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IP SAN ManagementDNS+TCP port+SCSI device+SCSI port

worldwide naming

SLP (Service Location Protocol)descoberta de recursos em rede IP

ICMP, SNMP, SMImonitoramento, diagnósticos

DiffServ, RSVP/IntServ, MPLSQoS

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DiscoveryEquipamento local: buscaStatic

endereços dos targets conhecidos a priori

MulticastSLP provê registro e multicast

In-Bandrede IP conhecida a priori, protocolo acha na rede

SNMPSNMP/MIB: unicast/multicast

Storage Resource Server DiscoveryDiretórios

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Monitoramento & Configuração

SMIdescreve e nomeia entidades

SNMPtransfere objetos SMI (via MIB)

SNIA CIMnovo padrão

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SegurançaEavesdropping

escuta passiva

Impersonationativa, modifica dados

Padrões: TLS, Kerberos, IPSecIPSec

3DES: 10 Gbpskey management: IKEMessage Authentication Code (MAC)mecanismo antireplay

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StandardsiSCSI, FCIP, iFCPSCSI sobre: UDP, IP, EthernetiSCSI: SCSI sobre TCP

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iSCSISessão

1 ou mais sessões TCP (vazão e redundância)número de sequência

Loginpara cada sessão TCP: autenticação, parâmetros operacionais (n. conexões, etc.)

Gerenciamento de Errosfalha de sessãofalha de transmissão (CRC próprio)muitos outros casos

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PerformanceProblemas

TCP overheadsockets não permitem zero-copytransferências por frame

Testesgargalo: CPU

interrupt overhead: framingTCP copy-and-checksum

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CaminhosModificação no nível da Ethernet

9kb Jumbo framestransmissão zero-copyTCP/IP offload

Interface iSCSI

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BibliografiaR.J.T.Morris, B.J.Truskowski, “The Evolution of Storage Systems”, IBM Systems Journal 42, n. 2, 205-217, 2003P.Sarkar, K.Voruganti, K.Meth, O.Biran and J.Satran, “Internet Protocol Storage Area Networks”, IBM Systems Journal 42, n. 2, 218-231, 2003