Armazenamento desligado (Detached Storage) - Dei-Isep

Instituto Superior de Engenharia do Porto
Administração de Sistemas Informáticos I
SAN (Storage Area Network)
NAS (Network Attached Storage)
DAS (Direct Attached Storage)
1020552 – Jorge Silva
1020578 – Nuno Carvalho
Índice
Índice ................................................................................................................................ 3
Introdução ......................................................................................................................... 4
Armazenamento Directo ................................................................................................... 6
DAS (Direct Attached Storage) .................................................................................... 6
Armazenamento desligado (Detached Storage) ............................................................... 7
SAN (Storage Area Network) ...................................................................................... 7
NAS (Network Attached Storage) .............................................................................. 10
Fibre Channel ................................................................................................................. 12
iSCSI............................................................................................................................... 12
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Introdução
No mundo dos negócios, só é possível atingir os resultados traçados à medida em que os
dados necessários para a tomada de decisões podem ser acedidos pelas empresas. Para
que isso possa ocorrer, é preciso que os dados estejam armazenados com segurança e
disponibilidade. Por esta razão, é vital contar com uma gestão que garanta bons níveis
de performance e protecção, que deve suportar desde falhas durante o armazenamento
(storage media) até elaborar procedimentos completos em caso de problemas mais
graves (disaster recovery).
Em ambientes com um computador central (host-centric), a gestão de armazenamento é
centralizado. Os dispositivos de armazenamento são ligados directamente ao
computador.
Com o aparecimento do modelo de computação Cliente/Servidor, trouxe consigo novas
necessidades no sistema de gestão de armazenamento. A informação que era
centralizada num ambiente com computador central passou a estar espalhada pela rede.
Os dispositivos de armazenamento, neste modelo, também estão ligados a máquinas
individuais e o aumento de capacidade deve ser traçado máquina por máquina, inclusive
variando conforme a plataforma. É possível visualizar estes ambientes como "ilhas de
informação", como mostrado na figura abaixo. A informação que está numa ilha
dificilmente pode ser acedida por outras ilhas, dificultando o acesso aos dados.
Figura 1 – Ilhas de informação
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A indústria tem reconhecido por décadas a lacuna entre a apresentação, o
processamento e o armazenamento dos dados. A arquitectura Cliente/Servidor é baseada
nestes três níveis:

O nível mais alto utiliza o desktop para a apresentação dos dados. O desktop é
baseado em computadores pessoais ou computadores de rede.

No nível intermédio, servidores de aplicação realizam o processamento. Os
servidores de aplicação são acedidos pelo desktop e utilizam os dados
armazenados no nível mais baixo.

O nível mais baixo consiste nos dispositivos de armazenamento que contêm os
dados.
Este trabalho segue os princípios referidos em cima, abordando o tema de redes de
armazenamento directo ligado e armazenamento desligado.
Em relação ao armazenamento directo ligado, trata-se de DAS (Direct Attached
Storage) e em relação ao armazenamento desligado (Detached Storage), trata-se de SAN
(Storage Area Network) e NAS (Network Attached Storage).
Para a implementação destes armazenamentos são utilizadas as tecnologias mais
frequentes, ou seja, iSCSI e Fibre Channel, as quais também são enunciadas neste
trabalho.
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Armazenamento Directo
DAS (Direct Attached Storage)
Trata-se provavelmente da solução mais comum de armazenamento em disco rígido em
instalações de pequena e média dimensão. O disco rígido está instalado no computador
que executa a aplicação (o servidor de aplicações). A limitação depende da capacidade
do computador e do número máximo de discos rígidos que o mesmo pode suportar. A
maior parte dos computadores suporta dois, sendo que alguns suportam até quatro
discos. A capacidade de cada disco é aproximadamente de 300 GB. Deste modo, a
capacidade total de disco rígido é aproximadamente de 1,2 TB (Terabyte).
Figura 2 - Direct Attached Storage
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Armazenamento desligado (Detached Storage)
Nas aplicações em que a quantidade de dados armazenados e outros requisitos excedam
as limitações de um DAS (Direct Attached Storage), é implementado um sistema de
armazenamento em separado.
Estes sistemas são designados por SAN (Storage Area Network) e NAS (Network
Attached Storage). A diferença entre ambos reside no facto de SAN fornecer
armazenamento em blocos para partilha de capacidade entre servidores e estações de
trabalho. Por outro lado, NAS fornece armazenamento de ficheiros para partilha de
ficheiros entre servidores e estações de trabalho.
Este tipo de configuração de disco rígido permite soluções de disco rígido de grande
dimensão e escaláveis.
SAN (Storage Area Network)
Uma SAN é uma rede (ou sub rede) de alta velocidade que interliga diferentes tipos de
dispositivos de armazenamento de dados com servidores de dados para satisfazer as
necessidades de um determinado grupo de utilizadores.
Uma SAN é normalmente agrupada em proximidade com outros recursos de
computação, como por exemplo: mainframes, mas também podem ser implementados
em locais remotos para backup e arquivação, usando para isso tecnologias WAN.
As SAN suportam disk mirroring, backup e recuperação, arquivação e acesso a dados
arquivados, migração de dados de um dispositivo de armazenamento para outro, e a
partilha de dados entre diferentes servidores numa rede. As SAN também podem
incorporar sub redes com sistemas NAS.
A SAN poderia ser definida como uma rede de alta velocidade, comparada à LAN
(Local Area Network), que permite o estabelecimento de ligações directas entre os
dispositivos de armazenamento e processadores (servidores) centralizados à extensão
suportada pela distância das fibras ópticas. A SAN pode ser vista como uma extensão
do conceito que permite que os dispositivos de armazenamento sejam compartilhados
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entre servidores e interligados entre si. Uma SAN pode ser compartilhada entre
servidores ou dedicada a um servidor local ou remoto. As interfaces de SAN podem ser:

ESCON (Enterprise Systems Connection)

SCSI (Small Computer Systems Interface)

SSA (Serial Storage Architecture)

HIPPI (High Performance Parallel Interface)

FC (Fibre Channel)

Qualquer outra nova interface emergente
A figura abaixo mostra uma visão geral de uma SAN ligando vários servidores a vários
sistemas de armazenamento.
Figura 3 – SAN
As SANs criam novos métodos de ligação de armazenamento aos servidores. Estes
novos métodos prometem uma notável melhoria em performance e disponibilidade. As
SANs são usadas para ligar conjuntos de armazenamento compartilhados a vários
servidores, e são usadas por servidores em ambiente de cluster para fail over. Elas
podem interligar discos ou fitas de mainframe a servidores ou clientes de rede e podem
criar caminhos paralelos de dados para ambientes de computação e de alta largura de
banda. A SAN é uma outra rede que difere das redes tradicionais, porque foi concebida
a partir de interfaces de armazenamento.
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Além disso, a SAN pode ser usada para contornar os conhecidos gargalos de rede, pois
suporta directamente altas velocidades de transferência de dados entre os servidores e
dispositivos de armazenamento nas seguintes formas:

Servidor para storage: é o modelo tradicional de iteração com os dispositivos
de armazenamento e cuja vantagem é que um mesmo dispositivo de
armazenamento pode ser acedido em série ou em paralelo por múltiplos
servidores.

Servidor para servidor: no qual a SAN pode ser usada para alta velocidade e
comunicações de alto volume entre servidores.

Storage para storage: permite a movimentação dos dados sem intervenção do
servidor, libertando o processador para outras actividades. Por exemplo: um
disco pode realizar o backup de dados para uma fita sem a intervenção do
servidor ou um mirror de dispositivo remoto através da SAN.
O uso de SANs gera uma melhoria de performance das aplicações, por exemplo,
permitindo que os dados enviados directamente do dispositivo de origem ao dispositivo
de destino, não requeiram intervenção do servidor. As SANs também habilitam novas
arquitecturas de rede nas quais vários computadores (hosts) acedem a vários
dispositivos de armazenamento ligados na mesma rede.
De seguida, são apresentados outros benefícios que o uso da SAN pode oferecer às
empresas:

Mais disponibilidade: armazenamento independente de aplicações acessíveis
através de caminhos alternativos de dados.

Alta performance: os dados são descarregados do servidor e movidos para uma
rede independente.

Armazenamento
centralizado
e
consolidado:
gestão
mais
simples,
escalabilidade, flexibilidade e disponibilidade.

Transferência e armazenamento: cópia remota de dados habilitada para
protecção contra falhas e desastres.

Gestão centralizada mais simplificada: a imagem simples do meio de
armazenamento simplifica a gestão.
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NAS (Network Attached Storage)
NAS, Network Attached Storage, refere-se a uma solução de hardware e software que
compõe um servidor específico para armazenar e gerir dados. Esse equipamento
dedicado possui interface de rede e serviços embutidos que o deixam pronto para ser
ligado à rede.
Esta solução é direccionada a empresas que precisam aumentar a capacidade de
armazenamento de seus servidores, sem acrescentar discos rígidos ou montar um outro
servidor com mais discos. Em alguns casos, adicionar mais discos pode não ser
conveniente por falta de espaço ou pelo comprometimento do desempenho geral do
servidor. Mas comprar novos equipamentos, programas e licenças para construir um
servidor pode ser caro ou demorado.
O servidor NAS é um exemplo de thin server, ou seja, um computador que tem todas as
funções de um servidor, mas possui arquitectura optimizada para a aplicação a que se
dedica. Como consequência, componentes considerados supérfluos para o desempenho
de sua função são eliminados, tornando o computador mais barato. O barramento
interno e os controladores de acesso às unidades de armazenamento são optimizados
visando maior desempenho. O resultado é uma solução atraente que une bom preço à
confiança e grande capacidade de partilha.
Aplicações:
• Servidores de Arquivos;
• Partilha de Informações, FTP, e-mail, CAD e Web.
Benefícios:
• Performance moderada;
• Baixo de Custo de Conectividade;
• Preservação de Investimento existente da LAN.
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Figura 4 – Exemplo de duma implementação NAS numa rede Storage
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Fibre Channel
Até ao momento, é esse o padrão de ligação mais rápido disponível comercialmente,
chegando a 400 MB/s (com a promessa de atingir 1 GB/s) e suportando até 126
dispositivos ligados. Porém, não faz parte da vida dos utilizadores normais.
Fibre Channel é o único padrão que inclui a fibra óptica, além do fio de cobre, como
meio de transmissão. Graças às propriedades da fibra óptica, um cabo pode atingir 10
km de extensão, ao contrário dos outros padrões, nos quais os cabos frequentemente não
podem ter mais do que cinco metros. Aceita diversos esquemas de ligação e
frequentemente é chamado pelo nome do esquema de ligação mais conhecido, FC-AL
(Fibre Channel-Arbitrated Loop).
O Fibre Channel é indicado para ambientes de rede que necessitem de altíssima
performance para armazenamento massivo de dados em servidores.
iSCSI
Ainda limitada no requesito distância, a tecnologia ISCSI promete fazer frente ao
padrão fibre channel com um grande apelo, menos investimento para sua
implementação. É correcto afirmar, no entanto, que o fibre channel tem vantagens tanto
na presença de canais de dados redundantes – num formato comutado – como é
compatível com distâncias muito maiores que o SCSI, chegando até 10 quilómetros.
O fibre channel foi desenvolvido a partir da necessidade de uma rede de
armazenamento rápida, dedicada e robusta. Mais recentemente, os avanços na
tecnologia de Ethernet, juntamente com o desejo de simplificar as exigências de
formação, hardware e suporte, têm tornado possível a tecnologia iSCSI (SCSI para
internet). A ideia é ter tudo disponível num único tipo de plataforma de rede.
Esse cenário não quer significar, necessariamente, que o tráfego de armazenamento
pode fluir na mesma rede aonde estão os dados. Em geral, uma SAN corporativa existe
como uma entidade separada da infra-estrutura de dados. Na verdade, do ponto de vista
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da implementação, as redes de armazenamento com base na tecnologia iSCSI
continuam sendo uma entidade separada.
O grande argumento para a utilização da tecnologia iSCSI é sua implementação de
baixo custo. Com a economia presente em diversas formas, com ênfase na utilização de
tecnologias comuns entre a rede geral de dados e a estrutura de armazenamento, o que
reduz a necessidade de formação e de pessoal.
Mas, o verdadeiro ponto de venda da solução é a capacidade de impulsionar a infraestrutura TCP/IP já existente e de fácil percepção, a fim de construir as redes de
armazenamento. Com os avanços nas áreas de QoS (Quality of Service -> qualidade de
serviço) e segurança, a oportunidade de partilhar o armazenamento com a arquitetura
pré-existente representa uma significativa economia de custo em termos de hardware,
formação e implementação. Com a Ethernet atingindo maiores capacidades, mesmo
operando sobre cobre é possível ter uma rede de armazenamento de 1 Gb, sem
modificar sua infra-estrutura.
Uma das grandes barreiras é a impressão generalizada que a tecnologia iSCSI pode
destruir a rede geral de dados. E essa é uma preocupação realista, se o tráfego de
armazenamento da companhia for elevado e não possuir mecanismos para o tráfego de
armazenamento geral de dados, tudo pode desmoronar.
Em algumas situações, como quando são utilizados pequenos servidores, compartilhar
as ligações de armazenamento de dados com as ligações do tráfego geral de dados pode
ser uma boa alternativa. Contudo, na maioria dos casos, isolar este tipo de tráfego por IP
para a própria rede é uma opção melhor. As estruturas de armazenamento são uma
extensão natural das redes de IP. Portanto, uma infra-estrutura com base em IP é
inevitável e existe "às custas" de outras tecnologias, como a fibre channel.
Ao mesmo tempo que o fibre channel atinge em seu novo padrão velocidade de 2 Gb, a
tecnologia Ethernet chega a capacidade de 10 Gb e começa a disseminar-se, em especial
no mercado norte-americano, as ligações iSCSI emergem como o padrão dominante no
futuro das redes de armazenamento.
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Na maioria das implementações envolvendo a tecnologia iSCSI, é preciso montar uma
ponte entre uma rede de armazenamento fibre channel, ou várias dessas redes, e a sua
rede de IP, interligando sectores independentes de redes de armazenamento.
Visualizadas em separado, mesmo em diferentes edifícios, as redes de armazenamento
podem ser interligadas utilizando-se iSCSI na rede pré-existente. As técnicas para
"espelhar" (mirroring) todos os seus dados e fazer backups remotos são mais fáceis com
a tecnologia iSCSI, porque têm como base o IP.
O armazenamento sobre IP será "a onda do futuro", e esperamos que o iSCSI esteja "na
crista dessa onda".
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