Protocolos de armazenamento

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1 Renato Franzin Volnys Bernal & J. Maximo 2 Agenda Protocolos de Armazenamento Jefferson Maximo Volnys Borges Bernal DAS x x DAS ifcp (IP Protocol) FCIP ( over IP) i (Internet Small Computer Systems Interface) Renato Franzin Volnys Bernal & J. Maximo 4 DAS x x DAS x x DAS Direct Attached Storage Dispositivos conectados diretamente Network Attached Storage Compartilhamento de arquivos sobre uma rede de comunicação Storage Area Network Compatilhamento de blocos de disco sobre uma rede de comunicação 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 6 DAS x x DAS x x DAS DAS DAS arquivos e diretórios DAS (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 1

2 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Renato Franzin 8 DAS x x DAS blocos de disco DAS 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 10 DAS DAS Direct Attached Storage Topologia de conexão de dispositivos de armazenamento na qual os dispositivos estão conectados diretamente a um único equipamento ATA Serial ATA Tecnologias ATA Serial ATA Renato Franzin Volnys Bernal & J. Maximo 12 Alan Shugart: Lider desenvolvimento floppy disk (Shugart Associates) Fundou a Seagate Tecnology 1979 SASI (Shugart Associates Systems Interface) 1.5 Mbytes/s 1981 Formado um comite para padronizar a interface Shugart Associates NCR Corporation 1982 Proposta de padrão ANSI Baseada em extensões ao padrão SASI Comite técnico ANSI Task Group X3T Padrão (Small Computer Systems Interface ) (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 2

3 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 14 Atualmente as organizações que desenvolvem ANSI American National Standards Institute ITIC Information Technology Industry Council NCITS National Committee for Information Technology T10 T10 Technical Committee Padrões -1 (1986 primeiro padrão aprovado por ANSI) Incluído nível de sinal SE e DIFF Transferência de dados síncrono e assíncrono -2 (1990 release aprovada pelo ANSI) Suporte WORN disk drive, CD-ROM, scanners e junkboxes Taxa de transferência de dados 10MB/s -3 ( ) Documentação organizada em grupos para padronização 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 16 LVD SE HVD 5 Mbytes/s Mbytes/s SE - 2 fast differential HVD Narrow (8-bit-data) bus 20 Mbytes/s SPI fast&wide SE - 3 SPI fast&wide differential HVD 40 Mbytes/s 1996 Fast- 20 ultra SE 80 Mbytes/s 1998 Fast- 40 SPI- 2 ultra 2 LVD Fast- 80 SPI- 3 ultra 160 (ultra3) LVD Fast- 160 SPI- 4 ultra 320 LVD Fast- 320 SPI- 5 ultra 640 LVD LVD = low voltage differential Fast- 20 SE = single threaded ultra HVD ou differencial = high voltage differential differential HVD Narrow (16-bit-data) and narrow (8-bit data) bus 160 Mbytes/s Mbytes/s 640 Mbytes/s * Wide (16-bit data) bus Interface Barramento compartilhado Suporta várias tipos de periféricos Barramento de 8 bits Suporta 8 dispositivos em um único cabo Barramento de 16 bits Suporta 16 dispositivos em um único cabo Controle por arbitragem Iniciator: enviam comandos (hosts) Targets: recebem os comandos (discos) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 18 Desvantagens Limitação do número de dispositivos no barramento (varia de acordo com a tecnologia ) Possibilidade de conexão do barramento a somente 2 hosts O cabo paralelo adotado pelo é sujeito a cosstalk, limitando seu comprimento Cada dispositivo adicionado a um barramento encurta sua distância Arquitetura -3 Diversos padrões diferentes (familia de padrões) Documento -3 Architecture Model ou SAM Organizado em categorias Commands Protocols Interconnects (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 3

4 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 20 Padrão -3 Commands Padrão -3 Protocols IEEE Firewire 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 22 Padrão -3 Padrão -3 Interconnects 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 24 Padrão -3 Serviço distribuído Padrão -3 Serviço distribuído Segue o modelo cliente-servidor Estrutural (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 4

5 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 26 Padrão -3 Padrão -3 Modelo Cliente-Servidor Modelo estrutural 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Renato Franzin 28 Padrão -3 Sub sistema serviço de entrega Sincronização do estado entre servidores clientes Ordenamento de requisições e respostas 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 30 Problemas Network Attached Storage Protocolos de compartilhamento de arquivos sobre uma rede de comunicação Principais protocolos NFS CIFS Escalabilidade Aumento da capacidade do sistema implica em: Incremento de área de armazenamento Incremento de número de processadores do servidor Incremento da banda de comunicação (número de interfaces) Existem limites para número de processadores e banda de E/S de rede (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 5

6 Renato Franzin Volnys Bernal & J. Maximo 32 StorageAreaNetwork Protocolos de compatilhamento de blocos de disco sobre uma rede de comunicação Principais protocolos Não baseadas na pilha TCP/IP Infiniband Baseadas na pilha TCP/IP i (Internet Small Computer Systems Interface) ifcp (IP Protocol) FCIP ( over IP) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Renato Franzin 34 Modelo de uso do disco Exclusivo Utiliza diretamente um sistema de arquivos para DAS Exemplos: ufs, ext2, ext3, ntfs,... Compartilhado Necessita de um sistema de arquivos que permita acesso concorrente ao disco Exemplos de sistemas de arquivos distribuídos GFS Sistina ( OpenGFS ( PVFS (IBM) Panasas ( Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 36 Histórico Aquitetura desenvolvida pela SUN Microsystems Como parte do Projeto StoreX Protocolo desenvolvido pela IBM IBM decidiu que FC era muito complexo para muitas aplicações IBM desenvolveu a SSA Versão simplificada pela IBM FC foi originalmente desenvolvida para diversas velocidades Variando de 125 Mbps a Mbps Instalações iniciais do eram loops privados Protocolo voltado para transmissão de dados de armazenamento de alto desempenho Implementações atuais possuem taxas de 1 a 2 Gbps Previstas implementações de 4 e 8 Gpbs Cabeamento físico: Cobre: Conectores HSSDC, HSSDC2, ou DB9 Fibra Single-mode ou multi-mode: Conectores SC ou LC (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 6

7 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 38 Pilha de protocolos FC3 FC 0 Camada física FC2 FC 1 FC1 Camada de codificação FC0 FC 2 Camanda de manipulação de quadros FC 3 Camanda de serviços FC 4 Camada de adaptação para protocolos de nível superior FC0 Camada física Manipulada pela eletrônica da interface GBIC 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 40 FC1 Camada de codificação Codificaçao 8b/10b (desenvolvida pela IBM) Detecta erros envolvendo a troca de 1 bit. 10 bits (1024 valores) Sendo que 268 são valores válidos 256 data values 12 control values Start of Frame (SOF), End of Frame (EOF), Idle, Receiver Ready (R_RDY), etc. FC2 Montagem dos quadros, Segmentação e remontagem Controle de fluxo FC3 Camada de serviços Facilidades de broadcasting e multicasting Fornece hunt groups, e.g. routing to a free port Fornece striping across multiple ports Attempts to provide a topology-agnostic view of the network to anything above it in the stack Camada de adaptação para a camada superior 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 42 FC3 FC2 FC1 FC0 FC3 FC2 FC1 FC0 Hierarquia de mensagens Quadros FC é um protocolo baseado em quadros Quadros são de 512, 1024, ou 2048 bytes Tamanho do quadro é negociado durante o port login Praticamente tudo usa frames de 2048 bytes Sequence Uma mensagem atômica é chamada de sequence Sequeces consistem de um ou mais quadros Exchange Uma transação é chamado de Exchange Exchanges consistem de uma ou mais sequencias (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 7

8 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 44 Hierarquia de mensagens Exchange Sequence 0 Sequence 0 Sequence N Quadro 0 Quadro 1 Quadro N byte 0 byte 0 byte N Tipos de Quadros Quadros de controle de enlace Implementar controle de fluxo Reconhecimento (ACK) Não contém Payload Quadros de Dados Para transporde de dados Contém payload de 0 a 2112 bytes codif. 8b/10b codif. 8b/10b codif. 8b/10b Renato Franzin Volnys Bernal & J. Maximo 46 ifcp ifcp ifcp IP Protocol Protocolo que utiliza a pilha TCP/IP para interconexão de disposistivos baseados em Fibre Cannel utilizando infraestrutura IP, em conjunção ou em substituição aos switchs e roteadores Fibre Cannel Volnys Bernal & J. Maximo Renato Franzin 48 ifcp ifcp TCP IP Intra Rede ifcp TCP IP Intra Rede FCIP Rede (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 8

9 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 50 FCIP FCIP FCIP Fibre Cannel over IP Gateway Protocolo que utiliza a pilha TCP/IP para tunelamento de Fibre Cannel sobre a pilha TCP/IP para interconexão de s baseados em geograficamente distribuídos. FC3 FC2 FC1 FC2 FC1 FCIP TCP IP FC0 FC0 Intra Rede Rede Rede TCP/IP Renato Franzin Volnys Bernal & J. Maximo 52 i i i Internet Small Computer Systems Interface Protocolo baseado na pilha TCP/IP para interconexão de hosts e dispositivos utilizando infraestrutura IP e comandos encapsulados 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 54 i i TCP IP Intra Rede TCP IP Intra Rede O que é i? Protocolo de transporte de dados de armazenamento sobre uma rede IP Baseado em Baseado na pilha TCP/IP protocolo de armazenamento Em padronização pelo IETF Encapsula o protocolo dentro de pacotes da rede Rede TCP/IP (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 9

10 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 56 i i Diferentes formas de implementação 1. O host pilha TCP/IP executando sobre diferentes links e tecnologias como uma 10/100/1000 Ethernet, ATM, FDDI etc. 2. TOE (TCP/IP Offload Engine NICs) usando interfaces Gigabit ou Gigabit Ethernet 3. i HBAs usando interface Gigabit Ehernet 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 57 i (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 10