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Red de área de almacenamiento

Para otros usos de este término, véase Almacenamiento (desambiguación).
SAN
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San1.jpeg

Red de área de almacenamiento (en inglés Storage Area Network). Está concebida para conectar servidores, matrices (arrays) de discos y librerías de soporte. Principalmente, está basada en tecnología fibre channel y más recientemente en iSCSI.

Su función es la de conectar de manera rápida, segura y fiable los distintos elementos que la conforman. Y se distingue de otros modos de almacenamiento en red por el modo de acceso a bajo nivel.

Características

El tipo de tráfico en una SAN es muy similar al de los discos duros como ATA,SATA y SCSI[1].La mayoría de las SAN actuales usan el protocolo SCSI para acceder a los datos de la SAN, aunque no usen interfaces físicas SCSI.

  • 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.
  • 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.
  • 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 ruteadores.
  • Velocidad - 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 Gigabit, hasta actualmente 2 y 4 Gigabits por segundo.
  • Disponibilidad - Una 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.
  • Componentes - Los componentes primarios de una SAN son: switches, directores, HBAs, Servidores, Ruteadores, Gateways, Matrices de discos y Librerías de cintas.

Fibre Channel

Un canal es un mecanismo cerrado, estructurado y predecible para la transmisión de información. Una vez que se ha establecido un canal, simplemente se necesita enviar la información sin necesidad de tomar la decisión de cómo y a dónde se desea enviar. Los protocolos de canal SCSI y HPPI son los que comúnmente se utilizan para conectar dispositivos periféricos, tales como unidades de disco, impresoras y unidades de cinta.

La red es impredecible y requiere de inteligencia para tomar decisiones acerca del ruteo de la información. Por lo general, esta toma de decisiones la lleva a cabo el software, que hace que las redes sean mucho más lentas que los canales. Ethernet es la red que se utiliza con más frecuencia hoy en día.

El canal de fibra combina las mejores funciones de los canales y las redes. Se trata de un estándar basado en hardware para un canal inteligente, que combina las ventajas de un canal, y las tecnologías de una red en una sola interfaz de entrada/salida.

Este canal inteligente también ofrece gran flexibilidad en el diseño de redes, ya que puede utilizarse para la transferencia en alta velocidad de diversos y conocidos protocolos, tales como FDDI, SCSI, HIPPI, IP y ATM.

El canal de fibra aprovecha todas estas tecnologías y permite seguir utilizando protocolos establecidos, funcionando a través de un cable de cobre de hasta 100 metros o de un cable de fibra óptica de hasta 10 kilómetros.

Utilidad

En la actualidad, la aplicación más conocida del Canal de Fibra es la infraestructura para redes del área de almacenamiento (Storage Area Networks, SAN). SAN es una red de almacenamiento independiente a los servidores, a diferencia de la disposición tradicional, en la que cada servidor cuenta con una unidad de disco duro integrada. En el caso de una SAN, se utiliza una conexión de alta velocidad como el Canal de Fibra para transferir rápidamente grandes cantidades de datos, entre servidores y dispositivos de almacenamiento: unidades de disco, librerías en CD-ROM y unidades de cinta, entre otros.

El canal de fibra permite la creación de una red SAN con conexiones de alta velocidad y numerosos dispositivos de almacenamiento. Debido a que el Canal de Fibra permite la transferencia de datos a distancias hasta de 10 kilómetros, es posible colocar dispositivos de almacenamiento en lugares seguros, un aspecto importante para cuestiones de recuperación en caso de desastre.

Topología de red

La interconexión de los nodos de una red Fibre Channel se realiza mediante tres topologías físicas:

Punto a punto (Point-to-point)Conexión única entre dos nodos. Todo el ancho de banda es usado por estos dos nodos.

Bucle arbitrado (Arbitrated Loop)En esta topología el ancho de banda es compartida entre todos los nodos conectados al bucle. Para laconexión de todos los dispositivos de un bucle, hasta un total de 127, se utilizan concentradores (hubs).

Conmutado (Switched)Permite múltiples conexiones concurrentes entre todos los nodos conectados a un conmutador o redde conmutadores (Fabric).

Clases de servicio

El estándar Fibre Channel define diferentes clases de servicio para las comunicaciones entre nodos,que se establecen para cada conexión según las necesidades de la misma a través de unos protocolosde negociación definidos entre los nodos y los elementos de la red.

Class 1 Conexión dedicada a través de la red equivalente a un enlace físico.

Class 2 Sin conexión pero con garantía de entrega de las tramas.

Class 3 Sin conexión y sin garantía de entrega. El flujo se controla en las capas superiores.

Class 4 Servicio orientado a la conexión pero con sólo un mínimo de ancho de banda garantizado.

Class 5 Servicio isócrono. No utilizado.

Class 6 Servicio multicast con conexión.

El hardware existente en el mercado implementa principalmente las clases 2 y 3.

Componentes

Servidores

Una red de almacenamiento debe ser una red abierta y heterogénea en la que entre a formar partetodo tipo de servidores con todo tipo de sistemas operativos que puedan acceder al almacenamiento de la red. La red entre los servidores y el almacenamiento será transparente a las aplicaciones, que verán los discos y cintas magnéticas compartidas como si fuesen dispositivos locales del sistema. Los servidores se conectan a la SAN mediante uno o varios adaptadores Fibre Channel (HBA, Host Bus Adapter) El software del sistema operativo deberá estar optimizado para la nueva situación: número elevado de dispositivos y varios caminos distintos alternativos para acceder al mismo dispositivo con reconfiguración automática en caso de caída de un camino, sistemas de ficheros adaptados, capacidad de arranque desde un disco de la SAN, etc.

Almacenamiento

Los dispositivos de almacenamiento son la base de la SAN. La SAN libera el almacenamiento de tal manera que ya no forma parte de un bus particular de un servidor, es decir, el almacenamiento se externaliza y su funcionalidad se distribuye. Tanto unidades de cinta magnética o librerías y robots de cintas como cabinas de discos se conectan directamente a la red Fibre Channel.Las cabinas de discos se diseñan teniendo en cuenta la importancia de la disponibilidad y seguridad de los datos contenidos en sus dispositivos. Elementos redundados e intercambiables en caliente: controladoras, módulos de caché, baterías, fuentes de alimentación, discos. El componente fundamental de una cabina de discos es su controladora, normalmente emparejada con otra igual.Las controladoras se conectan a la SAN mediante puertos Fibre Channel y a la estructura interna de la cabina mediante buses SCSI o conexiones Fibre Channel internas formándose un doble bucle balanceado. Los discos serán dispositivos propiamente SCSI o discos Fibre Channel. Las controladoras tiene funcionalidades de redundancia y paridad tipo RAID[2]., de acceso a los volúmenes o LUN por ellas gestionadas (LUN Masking) y capacidad de tomar el control del sistema transparentemente si su pareja falla.

Elementos de interconexión

Toda la terminología de una red de datos se hereda en el mundo de las SAN para definir los dispositivos y elementos usados para interconectar los servidores con el almacenamiento. Ya se ha mencionado al hablar del estándar Fibre Channel que existe cableado y conectores tanto para cobre como para fibra óptica multimodo y monomodo. Igualmente existen otros elementos como adaptadores de media MIA, convertidores de interface GBIC y extensores para facilitar mayores distancias en los enlaces.

Un hub o concentrador es el dispositivo de red que permite la creación de una topología de bucle, en la cual todos los dispositivos conectados comparten el ancho de banda.

Un switch o conmutador es un equipo de red de alto rendimiento capaz de interconectar muchos dispositivos o interactuar con otros conmutadores. Al conjunto de conmutadores de una red se denomina fabric o switch fabric. Cualquier dispositivo conectado a un puerto de un conmutador puede conectarse con cualquier otro dispositivo de la red. La infraestructura de conmutadores de una red es la encargada de encaminar todo el tráfico de un dispositivo a otro. También tienen la funcionalidad de restringir a qué puertos puede otro puerto conectarse mediante lo que se denomina port zoning.Un puente o bridge SCSI permite conectar dispositivos SCSI tradicionales a una red Fibre Channel. Existen también routers o encaminadores que permiten conectar una red Fibre Channel con otro tipo de redes: ATM, IP.

Aplicaciones

Las aplicaciones de una red de almacenamiento proporcionan mejoras en el rendimiento, en la gestión y en la escalabilidad de las infraestructuras de las tecnologías de la información.El hecho de que servidores y sistemas de almacenamiento compartan la misma red permite la transferencia de datos de tres maneras distintas:

a) Entre servidor y almacenamiento. Es el modelo tradicional de interacción, aunque en el caso de una SAN el mismo dispositivo de almacenamiento puede ser accedido por múltiples servidores.

b) Entre servidores. La propia SAN puede usarse como medio de comunicaciones entre servidores.

c) Entre dispositivos de almacenamiento.

La SAN permite la transferencia de datos entre sistemas de almacenamiento sin intervención directa de los servidores. Son diversas las aplicaciones de una SAN. A continuación se enumeran algunas de ellas.

  • 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.

  • Compartición de datos

En el caso 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 único 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. Para obtener una verdadera compartición de datos en necesario introducir inteligencia en los elementos de la SAN. Las soluciones propuestas van desde el nivel hardware (ampliaciones del estándar SCSI en la parte del almacenamiento para la gestión de los bloqueos), al nivel del sistema operativo (sistemas de ficheros distribuidos de nueva generación, servidores de bloqueos distribuidos, software de cluster) hasta el nivel de aplicación (gestión del almacenamiento por la propia aplicación de base de datos)

  • Protrección 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 (LAN-less backup), 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 (server-free backup) Nuevas técnicas de protección de datos pueden implementarse en una SAN: 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 de la misma. Es el escenario adecuado para los entornos críticos y para la implementación de clusters de servidores.

  • Continuidad de negocios

Una SAN puede extenderse a largas distancias, incluso su tráfico puede ser encaminado a través de otras redes de área extensa. Esto permite soluciones de recuperación ante desastres.

Ventajas y desventajas

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 megabytes/segundo (1.000 megabits/segundo) 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 generalEthernet).

Por otra parte, 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. Normalmente, cuando una compañía estima el TCO (Coste total de propiedad) con respecto al coste por byte, el coste se puede justificar con más facilidad.

Referencias